CN116192267A - 一种基于光纤的数据传输装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种基于光纤的数据传输装置，装置包括：信号串化模块、激光驱动模块、激光发生模块、多模光纤、激光接收模块、信号放大模块、信号解串模块，所述信号串化模块依次通过所述激光驱动模块、所述激光发生模块、所述多模光纤、所述激光接收模块和所述信号放大模块与所述信号解串模块连接；相对于现有技术的有益效果为：本发明提出了一种基于光传输的PHY层解决方案，相对于C/D/A‑PHY，LVDS，USB等PHY层技术，传输速率更高，传输距离更远；相对于现有的铜线传输方案，其功耗更低、无EMC干扰、并且大大降低了使用的数据门槛，同时降低了数据传输的时延，提升了数据的安全性。

Description

一种基于光纤的数据传输装置
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，更具体地，涉及一种基于光纤的数据传输装置。
背景技术
未来世界是万物互联的智能世界，处理器是智能世界的大脑，摄像头则是其眼睛，当前主流的摄像头模组和显示屏幕，其主要的对外接口是MIPI C/D-PHY或者LVDS，源自移动产业处理器接口(MIPI)，在移动产业(Mobil PHONE，PAD)中，摄像头与处理器距离很近，MIPI C/D-PHY具备功耗低，带宽高的优势，但是同时具有信号管脚多，传输距离短(30cm内)的缺点。
随着物联网技术的快速发展，视频信号源头设备与视频显示设备之间的传输距离也越来越远，因此上述传统的视频短距离传输已经不能满足人们的需求，因此，如何进一步提高视频数据传输距离是亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于光纤的数据传输装置，用以解决如何进一步提高视频数据传输距离的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种基于光纤的数据传输装置，包括：信号串化模块、激光驱动模块、激光发生模块、多模光纤、激光接收模块、信号放大模块、信号解串模块，所述信号串化模块依次通过所述激光驱动模块、所述激光发生模块、所述多模光纤、所述激光接收模块和所述信号放大模块与所述信号解串模块连接；
所述信号串化模块，用于将接收到的第一数字信号进行串化处理，转换成第一高速串行信号；
所述激光驱动模块，用于基于所述第一高速串行信号驱动所述激光发生模块，将其转换成对应的光信号；
所述激光发生模块，用于将所述第一高速串行信号转换成光信号，并通过所述多模光纤发送至所述激光接收模块；
所述多模光纤，用于接收所述光信号，并将其传递至所述激光接收模块；
所述激光接收模块，用于将所述光信号恢复成所述第一高速串行信号；
所述信号放大模块，用于将所述第一高速串行信号进行放大处理，得到高速串行数字信号；
所述信号解串模块，用于对所述高速串行数字信号进行解串，得到所述第一数字信号。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
优选的，所述数据传输装置，还包括：第一MIPI C/D-PHY模块；
所述第一MIPI C/D-PHY模块，用于将获取到的图像数据转换成所述第一数字信号。
优选的，所述数据传输装置，还包括：第二MIPI C/D-PHY模块；
所述第二MIPI C/D-PHY模块，用于将获取到的第一数字信号还原成所述图像数据。
优选的，所述信号串化模块，还用于集成在信号源对应的芯片中，并从所述数据源中获取所述第一数字信号，并将所述第一数字信号进行串化处理，转换成所述第一高速串行信号。
优选的，所述信号解串模块，还用于集成在受信者对应的芯片中，并将获取到的所述第一高速串行信号进行解串处理，转换成所述第一数字信号并发送至所述受信者。
优选的，所述数据传输装置还包括：I2C模块；
所述I2C模块，用于为所述数据传输装置提供控制管理功能。
本发明提供的一种基于光纤的数据传输装置，装置包括：信号串化模块、激光驱动模块、激光发生模块、多模光纤、激光接收模块、信号放大模块、信号解串模块，所述信号串化模块依次通过所述激光驱动模块、所述激光发生模块、所述多模光纤、所述激光接收模块和所述信号放大模块与所述信号解串模块连接；相对于现有技术的有益效果为：本发明提出了一种基于光传输的PHY层解决方案，相对于C/D/A-PHY，LVDS，USB等PHY层技术，传输速率更高(6G提升到10G)，传输距离更远(15m提升到100m)；相对于现有的铜线传输方案，其功耗更低、无EMC干扰、并且大大降低了使用的数据门槛，同时降低了数据传输的时延，提升了数据的安全性。
附图说明
图1为现有基于电口PHY芯片数据传输装置示意图；
图2为现有基于接口转换功能的数据传输装置的示意图；
图3为本发明提供的一种基于光纤的数据传输装置结构示意图；
图4为本发明提供的桥接方式实现光纤传输摄像头结构示意图；
图5为本发明提供的芯片内置O-PHY方式实现光纤传输摄像头结构示意图；
图6为本发明提供的桥接方式应用于屏幕连接的结构示意图；
图7为本发明提供的芯片内置O-PHY方式应用于屏幕连接的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
基于现有的背景技术中的问题，部分设备厂商以及公司为了弥补其缺点，对其做了进一步的改进，参见图1，图1为现有基于电口PHY芯片数据传输装置示意图；在图1中，部分厂商以及公司研发了采用私有的串行传输协议(FPD-LINK/GMSL)，支持同轴线(Coax)或者双绞线(STP)传输，传输距离最高可支持到15m，有效扩展了摄像头/屏幕到主机之间的距离，例如当前智能汽车内部的摄像头、屏幕与主机之间的传输。同时MIPI(Mobile IndustryProcessor Interface，移动产业处理器接口)也在积极制订A-PHY的接口标准，目标应用于智能汽车和物联网(IOT)领域。支持摄像头、屏幕拉远到15m距离。
基于现有的背景技术中的问题，为了解决摄像头/屏幕拉远问题的第二种解决方案，参见图2，图2为现有基于接口转换功能的数据传输装置的示意图；在图2中通过使用接口转换功能，使用专门的协议转换芯片，将MIPI C/D-PHY接口转为USB或者以太网接口，支持更长距离的传输。
上述两种解决方案，其一由于15m的距离改变可以解决一部分问题，但是无法支持更长距离以及更高速率的数据传输；而其二，MIPI C/D-PHY到USB接口转换方式，USB接口是消费电子领域应用最为广泛的通用串行接口，产业链成熟，可通过再驱动芯片进行桥接的形式，多级驱动扩展传输距离。同时还可以通过USB hub的形式支持端口拓展等功能，但是该方式会增加成本和功耗，也带来时延、安全等问题。而且扩展的传输距离有限。并且MIPIC/D-PHY到以太网接口转换方式，以太网接口是通信领域应用最为广泛的接口，其接口序列化齐全，覆盖10M-800G速率，距离覆盖40KM内。但是接口转换依然带来成本、功耗高，技术复杂，同时带来时延、安全等方面的问题。
由此，本发明提供了一种基于光纤作为传输介质的数据传输装置，使用O-PHY技术，作为MIPI接口中区别于A/C/D-PHY的另外一种PHY技术，主要应用于摄像头/屏幕到主机之间的高速视频传输，可广泛应用于智能汽车、安防、医疗、智能家居等需要长距离传输的领域。
请参见图3，图3为本发明提供的一种基于光纤的数据传输装置结构示意图，如图3所示，装置包括：信号串化模块、激光驱动模块、激光发生模块、多模光纤、激光接收模块、信号放大模块、信号解串模块，所述信号串化模块依次通过所述激光驱动模块、所述激光发生模块、所述多模光纤、所述激光接收模块和所述信号放大模块与所述信号解串模块连接。
其中，所述信号串化模块，用于将接收到的第一数字信号进行串化处理，转换成第一高速串行信号；所述激光驱动模块，用于基于所述第一高速串行信号驱动所述激光发生模块，将其转换成对应的光信号；所述激光发生模块，用于将所述第一高速串行信号转换成光信号，并通过所述多模光纤发送至所述激光接收模块；所述多模光纤，用于接收所述光信号，并将其传递至所述激光接收模块；所述激光接收模块，用于将所述光信号恢复成所述第一高速串行信号；所述信号放大模块，用于将所述第一高速串行信号进行放大处理，得到高速串行数字信号；所述信号解串模块，用于对所述高速串行数字信号进行解串，得到所述第一数字信号。
可以理解的是，上述第一数字信号可以是通过获取CMOS图像传感器中得到的数字信号，也可以是通过获取主机内存中的数字信号，本实施例对此不作限制。
应理解的是，上述信号串化模块，可以是通过D-PHY接口与所述第一数字信号对应的源头连接，将所述第一数字信号进行串化处理，得到第一高速串行信号；上述激光驱动模块，用于基于上述高速串行信号驱动上述激光发射模块。上述源头可以是摄像头中的CIS(CMOS Image Sensor CMOS，图像传感器)芯片，也可以是服务器中的SOC(System On Chip，片上***)芯片，本实施例对此不作限制。
作为实施例，所述数据传输装置，还包括：第一MIPI C/D-PHY模块；
所述第一MIPI C/D-PHY模块，用于将获取到的图像数据转换成所述第一数字信号。
进一步的，所述数据传输装置，还包括：第二MIPI C/D-PHY模块；
所述第二MIPI C/D-PHY模块，用于将获取到的第一数字信号还原成所述图像数据。
可以理解的是，上述MIPI C/D-PHY模块是为了兼容当前摄像头以及屏幕芯片，使用MIPI组织所定义的接口形态。上述第一MIPI C/D-PHY模块可以用于连接摄像头中的CIS芯片，其对应的上述第二MIPI C/D-PHY模块则连接摄像头主机端的SOC芯片，从而实现将摄像头中CIS芯片通过透镜采集到的图像数据传输到主机端；上述第一MIPI C/D-PHY模块还可以用于连接主机端的SOC芯片，其对应的上述第二MIPI C/D-PHY模块则连接屏幕中的屏幕接口，从而实现将主机中的图像数据传输到屏幕中进行显示。
作为实施例，所述信号串化模块，还用于集成在信号源对应的芯片中，并从所述数据源中获取所述第一数字信号，并将所述第一数字信号进行串化处理，转换成所述第一高速串行信号。
作为实施例，所述信号解串模块，还用于用于集成在受信者对应的芯片中，并将获取到的所述第一高速串行信号进行解串处理，转换成所述第一数字信号并发送至所述受信者。
可以理解的是，上述信号源可以是图像数据发送的源头，其可以是摄像头中的CIS芯片，也可以是主机中的SOC芯片；上述受信者可以是主机中SOC芯片，也可以是屏幕中的信号接收芯片。
应理解的是，未来随着物联网、智能汽车的应用推广，未来的串化解串器功能(Serialize/Deserializer)可以分别集成到CIS和主机侧SOC芯片内，再通过通用的高速SerDes传输数据。
作为实施例，所述数据传输装置还包括：I2C模块；所述I2C模块，用于为所述数据传输装置提供控制管理功能。
本发明实施例中，提供的一种基于光纤的数据传输装置，装置包括：信号串化模块、激光驱动模块、激光发生模块、多模光纤、激光接收模块、信号放大模块、信号解串模块，所述信号串化模块依次通过所述激光驱动模块、所述激光发生模块、所述多模光纤、所述激光接收模块和所述信号放大模块与所述信号解串模块连接；相对于现有技术的有益效果为：本发明提出了一种基于光传输的PHY层解决方案，相对于C/D/A-PHY，LVDS，USB等PHY层技术，传输速率更高(6G提升到10G)，传输距离更远(15m提升到100m)；相对于现有的铜线传输方案，其功耗更低、无EMC干扰、并且大大降低了使用的数据门槛，同时降低了数据传输的时延，提升了数据的安全性。
在一种可能的应用场景中，上述装置还可以用于摄像头的视频数据传输，参见图4，图4为本发明提供的桥接方式实现光纤传输摄像头结构示意图；在图4中，上述摄像头主要由LENS，CIS，Transmitter,VCSEL激光器,光纤，铜线，PIN接收机，Receiver，I2C，Power等模块组成。
其中，LENS与CIS芯片可选用对应的应用领域通用的器件(例如车载领域的LENS和CIS处理器)，CIS与Transmitter之间使用C/D-PHY接口连接(目前产业链CIS处理器最通用的接口为D-PHY，少部分使用C-PHY)，Transmitter内部集成C/D-PHY接口。CIS与Transmitter之间使用C/D-PHY接口连接(目前产业链CIS处理器最通用的接口为D-PHY，少部分使用C-PHY)，Transmitter内部集成C/D-PHY接口。从C/D-PHY接收的数字信号进行串行化(Serializer)处理后送入激光器驱动(DRV)，DRV用于驱动VCSEL激光器。
VCSEL激光器为广泛应用与通信行业的多模光纤传输的通用激光器，通常用于传输距离100m以下，图一仅仅是示例，也可以根据需要换成通信常用的DFB或者EML激光器，匹配对应的DRV以及单模光纤(SMF)，实现不同的传输距离需求。VCSEL激光器与多模光纤做耦合，根据应用场景需求配备不同的光纤长度，也可以做成可插拔光纤接口，支持光纤与摄像头的现场安装。
Transmitter内部支持一个I2C模块，支持MIPI CCI(控制管理通道)，Host可以通过I2C接口对Transmitter以及CIS芯片进行控制管理。
Camera内部电源模块也支持远程供电的功能，电源与I2C接口使用铜线进行连接，上述铜线与光纤一起组成一根光电复合线缆，实现一个摄像头只用一根线缆完成所有连接功能。(远供是可选功能，根据实际应用需求，也可以使用本地供电，)
线缆的主机侧一端，光纤通过耦合的方式连接光接收机PIN(也可以根据需要选用不同的光接收机，例如APD，以获得更高的接收灵敏度，提升传输距离)，再连接到一颗Receiver芯片，Receiver芯片内部集成TIA(跨阻放大器)，对PIN感应到的微弱电信号进行放大，再经过Deserializer(解串器)后送给MIPI C/D-PHY，通过MIPI C/D-PHY接口与主机侧的SOC芯片对接。
主机侧Receiver芯片内与Transmitter一样，内部集成I2C接口模块，主机侧SOC芯片可以通过MIPI CCI接口对Receiver芯片进行控制管理，同时也可以管理Transmitter和CIS芯片。
在图4中，可以将摄像头，光电复合线缆，Transmitter，Receiver集成作为一个整体设备，与主机SOC对接，完成视频采集的功能，实际应用时，也可以根据需要将摄像头、光电复合线缆，Transmitter，Receiver这四个部件进行灵活组合，分成多个部件。
在上述应用场景中，视频数据源头从LENS收集，(LENS为业界通用的透镜组件)，外界的光信号到达CIS芯片(CIS为业界通用的摄像头视频信号处理芯片)，进行视频信号处理以后经过MIPI接口(协议层使用CSI-2，物理层使用D-PHY)传输至Transmitter，Transmitter为本实施例所定义的功能芯片，通过D-PHY接口与CIS芯片对接，恢复出数字信号后进行串化处理，转换为高速串行信号送入DRV，(DRV为芯片内的一个功能模块，驱动VCSEL激光器)，DRV驱动VCSEL激光器，VCSEL激光器为通信行业中广泛应用的激光器芯片，在这里可以选用技术成熟的10G bps激光器芯片，单通道即可支持10G速率(可支持最高速率的D-PHY，支持20MP，15Hz摄像头应用)，成本低，功耗低。视频信号经过VCSEL激光器以后转换为光信号，耦合到光纤中传输，传输距离可支持100m应用。光纤传输到对端后与PIN接收机耦合，恢复出电信号送入Receiver接收器，Receiver是本专利发明定义的另外一颗功能芯片，可以将PIN恢复的电信号进行放大(TIA)，恢复出高速串行数字信号后，再进行解串处理，通过MIPI D-PHY接口与主机侧SOC对接，完成MIPI视频的传输。相对于传统的PHY层技术，传输速率更高，传输距离更远，且大大降低了延迟，提升了安全性。
在另一种可能的应用场景中，还可以包括使用芯片内置O-PHY方式实现摄像头光纤传输视频数据，参见图5，图5为本发明提供的芯片内置O-PHY方式实现光纤传输摄像头结构示意图。
在图4中实现的桥接方式光纤传输摄像头，使用了C/D-PHY，主要是因为当前摄像头、屏幕的主流芯片均来自手机行业，所以自然使用了MIPI组织所定义的接口形态，未来随着物联网、智能汽车的应用推广，未来的串化解串器功能(Serialize/Deserializer)可以分别集成到CIS和主机侧SOC芯片内，通过通用的高速SerDes传输，Transmitter和Receiver功能只需要实现DRV和TIA功能，可以选用通信行业通用的光模块器件。
因此在图5中，未来的摄像头CIS处理器芯片和主机侧SOC芯片，可以使用通用的高速SerDes实现串化和解串处理，(当前主流的高速通信接口，如PCIe，USB，Rapid-IO，FC接口均趋向于采用通用的SerDes接口作为PHY层传输技术，主流的半导体公司均有通用高速SerDes技术，可以支持异厂家对接，产业链成熟)，从而省略了两颗芯片之间(Transmitter与CIS之间/Receiver与SOC之间)的C/D-PHY功能模块，在成本、功耗上更优。其余的DRV，TIA，PIN，VCSEL等器件均可以选用通信行业中的成熟器件。同时这些器件可以根据不同的速率要求，传输距离不同，选择不同性能的器件组合。
在另一种可能的应用场景中，还包括用于SOC与显示屏幕之间的数据传输，其结构示意图参见图6和图7。图6可以与图4对应，为桥接方式实现主机与屏幕之间的视频数据传输，图7可以与图5对应，是通过内置O-PHY方式实现主机与屏幕之间的视频数据传输。
其中，在主机与显示屏幕之间的数据传输方式与上述应用于摄像头与主机之间的数据传输场景类似，其不同之处为：
1、在显示屏幕应用时，其MIPI接口方向是从主机输出到屏幕，因此与摄像头应用时，其方向是相反的，在主机一侧是发送端，在屏幕一侧为接收端。
2、屏幕应用时，线缆并不包含屏幕的功能，只是提供标准的C/D-PHY接口与屏幕对接。
3、在屏幕应用时，其配置管理通道与高速视频传输方向相同，因此不需要带外的CCI通道。MIPI C/D-PHY中内部集成控制管理信息。
4、在屏幕应用时，其电源通道是可选的，可以与光纤共同组成一根光电复合线缆，也可以各自独立供电。
可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明提供的一种基于光纤的数据传输装置，装置包括：Transmitter芯片、激光发射模块、多模光纤、激光接收模块、Receiver芯片、激光解串模块，所述Transmitter芯片依次通过所述激光发射模块、所述多模光纤、所述激光接收模块和所述Receiver接收器与所述激光解串模块连接；相对于现有技术的有益效果为：本发明提出了一种基于光传输的PHY层解决方案，相对于C/D/A-PHY，LVDS，USB等PHY层技术，传输速率更高(6G提升到10G)，传输距离更远(15m提升到100m)；相对于现有的铜线传输方案，其功耗更低、无EMC干扰、并且大大降低了使用的数据门槛，同时降低了数据传输的时延，提升了数据的安全性。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于光纤的数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：信号串化模块、激光驱动模块、激光发生模块、多模光纤、激光接收模块、信号放大模块、信号解串模块，所述信号串化模块依次通过所述激光驱动模块、所述激光发生模块、所述多模光纤、所述激光接收模块和所述信号放大模块与所述信号解串模块连接；
所述信号串化模块，用于将接收到的第一数字信号进行串化处理，转换成第一高速串行信号；
所述激光驱动模块，用于基于所述第一高速串行信号驱动所述激光发生模块，将其转换成对应的光信号；
所述激光发生模块，用于将所述第一高速串行信号转换成光信号，并通过所述多模光纤发送至所述激光接收模块；
所述多模光纤，用于接收所述光信号，并将其传递至所述激光接收模块；
所述激光接收模块，用于将所述光信号恢复成所述第一高速串行信号；
所述信号放大模块，用于将所述第一高速串行信号进行放大处理，得到高速串行数字信号；
所述信号解串模块，用于对所述高速串行数字信号进行解串，得到所述第一数字信号。
2.根据权利要求1所述的基于光纤的数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置，还包括：第一MIPI C/D-PHY模块；
所述第一MIPI C/D-PHY模块，用于将获取到的图像数据转换成所述第一数字信号。
3.根据权利要求2所述的基于光纤的数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置，还包括：第二MIPI C/D-PHY模块；
所述第二MIPI C/D-PHY模块，用于将获取到的第一数字信号还原成所述图像数据。
4.根据权利要求1所述的基于光纤的数据传输装置，其特征在于，所述信号串化模块，还用于集成在信号源对应的芯片中，并从所述数据源中获取所述第一数字信号，并将所述第一数字信号进行串化处理，转换成所述第一高速串行信号。
5.根据权利要求1所述的基于光纤的数据传输装置，其特征在于，所述信号解串模块，还用于集成在受信者对应的芯片中，并将获取到的所述第一高速串行信号进行解串处理，转换成所述第一数字信号并发送至所述受信者。
6.根据权利要求1所述的基于光纤的数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置，还包括：I2C模块；
所述I2C模块，用于为所述数据传输装置提供控制管理功能。
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