USB2.0摄像头微处理器硬件设计

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1．引言

USb2.0摄像头微处理器支持高速USb2.0接口，内嵌强劲的图像后处理单元，JPEG高速编译码器，支持高达200万像素的CMOS传感器接口和CCD传感器接口，处理器设计的产品可以实现独特的运动监测功能与脸部追踪功能，这不仅大大加强了显示效果，提高了画面的品质，更拓展了PC摄像头的应用领域，如增强的实时视频聊天功能和门禁监测系统。
主要功能：USb2.0高速传输并兼容USb1.1；高速图像后处理单元；JPEG高速编译码器；VGA下30帧／秒高速传输；CMOS／CCD接口；内置8比特微控制器。
不仪具备以上的先进特性，还拥有以下多种可扩展性：多个GPIO接口为增加连拍、LED指示灯、快捷键等功能提供了无限可能；USb2.0兼容USb1.1，为摄像头的广泛的使用增加了保障；支持多种操作系统，如64-bit Window，Windows XP，Linux，Mac，VxWorks,WinCE等等。以下就是对USb2.0摄像头微处理器的硬件设计方法及外围电路分布的介绍。
2．系统硬件设计
2.1 振荡器
USb2.0摄像头微处理器的钟频是12MHz，外部时钟频率稳定性必须小于±50ppm。图1是振荡器电路的设计参考图。





2.2 复位
上电后，复位信号必须在低设置处停上最少10ms，才能使来自振荡器的信号稳定。芯片集将在341μs后进入稳定状态。
图2展示了复位电路。二极管(D)在电力关闭时用于加快电容器(C)放电的速度。如果PCb空间不足，可选择将D去除。图3为上电顺序。













2.3 电源和地
2.3.1 电源和地的类型
电源供应是由数字部分和模拟部分构成。





2.3.2 电源电路
该电路使用的是单一电源供应模式。由外接电源供应3.3V的I／O电到芯片，再由其内置的PR(电源调节器)输出1.8V从DVDD引脚供应到USb-VDDL。内置PR电路需要将最少为10uF的电容放在与DVDD引脚最近的位置上。这些调节器必须能够做到在进入待机模式时自动转为低功耗状况。图4为3.3V电源电路。




3、外围电路分布
USb2.0摄像头微处理器的外围接口分布主要有：USb2.0接口；EEPROM接口；传感器接口；其它功能PIN接口和USb2.0 PCb排版。
3.1 USb2.0接口
USb2.0接口如表2所示。
USb_VRES是USb接口的电压参考值。USb_VRES的下拉电阻应该更为准确(推荐值6.2K±1％Ohm)。
3.2 EEPROM接口
EEPROM接口如表3所示。





如需要添加新的VID和PID或传感器配置，则需用一个2-线串行EEPROM。图5是EEPROM的应用电路。




ESCK引脚是用来选择EEPROM大小的。当EEPROM大于16k bit时则需要一个上拉电阻。当EEPROM小于或等于16k bit时则将ESCK下拉。当要支持一颗新的CMOS传感器芯片时，则需外挂一颗64k bit的EEPROM。
EEPROM可帮助更改PID，但在没有EEPROM时，ESCK引脚可用来做PID的选择。
3.3 传感器接口
传感器接口有10根(10-bit)数据线。当传感器只有8根(8-bit)数据线被采用时，低两位数据线(CS_D1，CS_D0)应接成LOW的级别。在CS_CLK和CS_PCLK pin脚处接一个电阻(推荐220hm)并将它们与DSP放置的越近越好以用来减少反射的信号。





CS_SCK和CS_SDA都被用做为opendrain，从内部上拉。CS_PWDb控制传感器的电源。当视频打开时，CS_PWDb从低设定转变为高设定以开启传感器的电源。当视频关闭后，CS_PWDb的运作则反转过来以关闭传感器的电源。在待机模式下，由于USb待机电流限制是500uA，所以CS_PWDb也可输出低级别的设定。




如果PIXCLK没有给芯片反馈，传感器也可以通过设置EEPROM来运行。
3.4 其它功能引脚
TEST引脚需要用一个47KOhm的电阻将其连接到地。GPIO_FLIP和PRIVACY在正常情况下应接成HIGH。如果GPIO_FLIP是LOW，图象会旋转180度。如果PRIVACY是LOW，图象会转黑。如果需要SNAPb功能，可接一个4.7KObm的电阻到I／OPower并接一个按钮到地，按下这个按钮即可拍静态图。GPIO_PWM是用来输出一个PWM信号的。





3.5 USb2.0 PCb排版指南
USb DP和DM的传送行程由高速(F／S)USb2.0的设计指导方针来确定。
USb DP和DM的差分线阻抗是90ohm±15％。
为将ESD免疫性最大化，工业设计需使USb连接处暴露的越少越好。
USb DP／DM的连线要宽于22 mil(1mil=25.4μm)并有7 mil间距。按要求在DP／DM连线下需要有一条持续的地线，同时DP／DMPCb的后面的地线是不能分开的，也不能有通孔。
需确保不相关的信号连线、电源及元件远离DP／DM的连线。一个通用的标准是保持最少35mils的距离。
将大的电容器保持在USb_5V电源连接口处。
退耦电容器需放置在最接近芯片处。
如有需要可将一块铁氧体放置在USb_5V处用来扩大ESD免疫性。如不需要可在板上放置0Ohm的阻抗。铁氧体必需是低DCR(<100mOhms)。如果是用mini-b型接口，则需将铁氧体放置在与芯片不同的板层。