面向高速、远距离传输应用的机器视觉数据接口

在平板显示器(FPD)、半导体、医疗和航空航天等行业中，高分辨率和超高速图像数据传输的需求日益增长，尤其是在数十米以上的距离上稳定可靠的进行数据传输，至关重要。为了满足这些需求，一种名为CoaXPress-over-Fiber(CoF)的新技术应运而生。该技术将现有成熟的基于同轴电缆的CoaXPress协议扩展到了光纤(Fiber)领域。

CoaXPress的局限性及CoaXPress-over-Fiber的出现

传统的CoaXPress支持最高12.5Gbps(CXP-12)的传输速度，并因其强大的功率传输能力而被广泛应用在工业领域。CoaXPress可以将数据、触发信号、控制信号和电源集成到单根电缆中，易用性较强。然而，CoaXPress也存在一些局限性，例如最长传输距离约为15米、易受电磁干扰(EMI)以及线缆数较多带来的布线结构复杂等。为了克服这些限制，CoaXPress-over-Fiber将传输介质改为光纤，从而实现了从数百米到数公里的高速数据传输。其抗电磁干扰和出色的布线灵活性也是CoaXPress所不具备的。

什么是CoaXPress-over-Fiber？

最新版本的CoaXPress(Rev. 2.1)无需修改即可在标准以太网上运行CoaXPress协议。这项名为“CoaXPress-over-Fiber”的新一代传输接口将CoaXPress的关键优势与光纤的优势相结合。

CoaXPress-over-Fiber保留了CoaXPress协议的高可靠性和低延迟数据传输性能，单纯的将传输介质替换为了光纤，这一改变显著地提高了传输距离和带宽。CoaXPress的上层协议保持不变，仅将物理层中的电信号转换为光信号进行传输。整个传输系统利用SFP+、QSFP+和QSFP28等光收发模块，配合多模(MMF)或单模(SMF)光纤电缆，实现远距离高速数据传输的同时与现有CoaXPress协议完美兼容。

CoaXPress到CoaXPress-over-Fiber的技术过渡

CoaXPress-over-Fiber是CoaXPress协议的扩展，支持通用的GenICam编程接口，并且设计为与操作系统无关。这使得基于同轴电缆的系统可以轻松地升级到基于光纤的系统。

为了使用CoaXPress-over-Fiber协议，需要搭载CoaXPress-over-Fiber传输接口的相机、CoaXPress-over-Fiber图像采集卡以及对应的光纤电缆(含光收发模块)。虽然目前相关硬件的选择还很有限，但与CoaXPress标准的快速普及类似，CoaXPress-over-Fiber的技术优势正在迅速得到业界的认可，预计其将快速增长并扩展其生态系统。

CoaXPress-over-Fiber应用环境

CoaXPress-over-Fiber协议具有高带宽、远距离传输、优异的抗电磁干扰能力和灵活的布线结构等优势，是需要长距离布线、在电磁噪声环境下运行的大型设备以及高速传输应用的理想解决方案。CoaXPress-over-Fiber设备正被广泛应用于各个行业，包括平板显示器检测、半导体晶圆检测、高速X射线检测和移动式自动化检测机器人等。

CoaXPress-over-Fiber的优势：光纤

光纤具有电气隔离特性，使其不受电磁干扰，并消除传输延迟和行间串扰。这一特性消除了系统设计中与接地相关的问题，提高了可靠性。此外，光纤不发热，避免了过热引发火灾的风险。与CoaXPress相比，光纤还具有更高的抗拉强度，使其在长距离传输中不易断裂。同时，光纤具有很强的环境适应性，对湿度和温度波动的敏感性远低于同轴电缆或传统以太网线缆。最后，光纤的轻巧和细小直径使其便于在空间受限的环境中布线，例如精密机械、机器人、飞行器和车辆等环境。

CoaXPress-over-Fiber功能: 搜索设备

CoaXPress采用对称的连接结构，由低速上行链路(主机→设备)和高速下行链路(设备→主机)组成。设备搜索过程也基于此结构设计。CoaXPress-over-Fiber功能同样如此，并需注意以下事项:

• 光纤上行链路与传统的低速上行链路相同，该信道仅用于发送和接收控制数据包。

• 与字节流架构不同，光纤上行链路必须遵循基于字边界(Word boundary)的数据包结构，需要在字单位进行数据对齐。

• 上行链路比特率固定为1.25Gbps(CXP-1)，而非现有CoaXPress 1.1.1版本中使用的20.83Mbps。

• 在基于光纤的CoaXPress-over-Fiber架构中，不存在高速上行链路；所有上行链路均被视为低速通道。

Vieworks CoaXPress-over-Fiber传输接口相机: VC-21MDHF相机

Vieworks的VC-21MDHF是一款搭载双通道CoaXPress-over-Fiber传输接口的2,100万像素分辨率面阵相机(双线总带宽高达200Gbps，最高帧率可达1,000fps)，具有以下主要特性：首先，基于QSFP28的4×25Gbps光收发模块配置，可在单根光纤上提供高达100Gbps的有效带宽，实现高速数据传输。

其次，同时支持多模(MMF)和单模(SMF)光纤，即使在数公里的长距离传输中，也能确保图像数据传输稳定无信号损失。

第三，与主流专业图像采集卡兼容，可确保低延迟和高可靠性的图像传输，使其成为需要精准同步的机器视觉系统的理想选择。

最后，轻巧灵活的光纤线缆结构即使在空间和布线受限的环境中(例如机械、工业机器人和移动检测系统)也能轻松安装和操作，从而增强系统设计的灵活性。

Vieworks的VC-21MDHF面阵相机