金年会中国官方网站 Value 映像と電力を無線で送る組み込みカメラ開発デモキット、MIPI CSI-2シリアル・金年会中国官方网站タフェースICを採用
2024.10.08
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医療機器や半導体製造装置、検査装置、自動販売機、ロボットなどの産業用電子機器（産業機器）。こうした産業機器の開発現場では、映像/画像信号や制御信号などに伝送するシリアル・金年会中国官方网站タフェースに関して、さまざまな「お困り事」を抱えている。
当社（jinnianhui金年会）では、そのお困り事は大きく7つあると考えている。①電気的な絶縁の確保、②コネクタ接合部の機械的なストレスの解消、③工場の検査工程におけるコネクタの接続不良や経年劣化からの解放、④組立方法の簡略化による生産性の向上、⑤迅速な検査による生産性の向上、⑥防滴/防塵/耐塩設計の実現、⑦着脱可能なカメラやモニタのデザ金年会中国官方网站の実現、の7つである（詳細は、「非接触コネクタで信号ラ金年会中国官方网站のお困り事を解決、シリアル・金年会中国官方网站タフェースICと近距離無線ICで実現」を参照）。
実は、この7つのお困り事は、有線で送るシリアル・金年会中国官方网站タフェースを無線伝送に置き換えればいずれも解決できる。しかも、それだけではない。無線伝送化することで、新しいアプリケーションを生み出せる可能性も秘めている。ただし、「シリアル・金年会中国官方网站タフェースと言えば有線」というイメージが極めて強い。それを無線伝送に置き換えることに対して躊躇（ちゅうちょ）するエンジニアも少なくないはずだ。
そこで当社では、シリアル・インタフェースの無線伝送化のイメージを分かりやすく伝えるために各種デモキットの開発を進めている。これらを入手して検証/検討作業を進めれば、どのようなお困り事を解決できるのか、どのような性能/特性が得られるのか、どのような使い勝手なのか、などの情報が得られる。文書ベースの情報では、分からない点も一目瞭然というわけだ。しかも、デモキットはケーブルを接続して電源を入れれば、概念実証（PoC：Proof of 金年会中国官方网站cept）にいち早く取り掛かれるというメリットもある。
すでに当社は、複数のデモキットの開発を終えている。例えば、モータ制御部とモータ駆動部を接続するシリアル・金年会中国官方网站タフェースを無線伝送化したデモキットである。モータ制御部にはロータリ・エンコーダが接続されており、このツマミを作業者が動かすと、回転量を示すデジタル信号を無線伝送でモータ駆動部に伝えて、実際にモータを駆動するというものだ。
さらに、着脱式金年会中国官方网站に向けたデモキットも用意している。これは金年会中国官方网站を搭載したボードを、無線受信機を搭載したボードに近づけるだけで映像信号をモニタ側に無線伝送できるというものだ。電子機器の本体から金年会中国官方网站を取り外して活用するといった使い方を想定する。
当社（jinnianhui金年会）では、そのお困り事は大きく7つあると考えている。①電気的な絶縁の確保、②コネクタ接合部の機械的なストレスの解消、③工場の検査工程におけるコネクタの接続不良や経年劣化からの解放、④組立方法の簡略化による生産性の向上、⑤迅速な検査による生産性の向上、⑥防滴/防塵/耐塩設計の実現、⑦着脱可能なカメラやモニタのデザ金年会中国官方网站の実現、の7つである（詳細は、「非接触コネクタで信号ラ金年会中国官方网站のお困り事を解決、シリアル・金年会中国官方网站タフェースICと近距離無線ICで実現」を参照）。
実は、この7つのお困り事は、有線で送るシリアル・金年会中国官方网站タフェースを無線伝送に置き換えればいずれも解決できる。しかも、それだけではない。無線伝送化することで、新しいアプリケーションを生み出せる可能性も秘めている。ただし、「シリアル・金年会中国官方网站タフェースと言えば有線」というイメージが極めて強い。それを無線伝送に置き換えることに対して躊躇（ちゅうちょ）するエンジニアも少なくないはずだ。
そこで当社では、シリアル・インタフェースの無線伝送化のイメージを分かりやすく伝えるために各種デモキットの開発を進めている。これらを入手して検証/検討作業を進めれば、どのようなお困り事を解決できるのか、どのような性能/特性が得られるのか、どのような使い勝手なのか、などの情報が得られる。文書ベースの情報では、分からない点も一目瞭然というわけだ。しかも、デモキットはケーブルを接続して電源を入れれば、概念実証（PoC：Proof of 金年会中国官方网站cept）にいち早く取り掛かれるというメリットもある。
すでに当社は、複数のデモキットの開発を終えている。例えば、モータ制御部とモータ駆動部を接続するシリアル・金年会中国官方网站タフェースを無線伝送化したデモキットである。モータ制御部にはロータリ・エンコーダが接続されており、このツマミを作業者が動かすと、回転量を示すデジタル信号を無線伝送でモータ駆動部に伝えて、実際にモータを駆動するというものだ。
さらに、着脱式金年会中国官方网站に向けたデモキットも用意している。これは金年会中国官方网站を搭載したボードを、無線受信機を搭載したボードに近づけるだけで映像信号をモニタ側に無線伝送できるというものだ。電子機器の本体から金年会中国官方网站を取り外して活用するといった使い方を想定する。
3レーンの無線伝送が可能
今回当社は、こうしたデモキット群に新しい開発品「コンタクトレス・金年会中国官方网站・アダプタ」を追加した（図1）。
このデモキットは、カメラ・モジュールとグラバー・ボード（画像取り込み装置）を接続するシリアル・金年会中国官方网站タフェースを無線伝送化する用途に向けたものだ。基本機能だけを比べれば、前述の着脱式カメラ向けデモキットにかなり近い。しかし、それにはない特徴を複数盛り込んだ。以下で、その詳細を説明しよう。
まずは、デモキットのシステム構成から紹介する（図2）。カメラ・モジュールから出力されたMIPI CSI-2形式の映像信号は、シリアル・インタフェースIC（トランスミッタIC）「金年会中国官方网站CV241A」を載せた送信ボードに入力する。このICを使って、シリアル（V-by-One HS）形式の映像信号に変換する。その後、60GHzのミリ波による無線伝送で受信ボードに伝送し、そこでシリアル・インタフェースIC（レシーバIC）「金年会中国官方网站CV242A」でMIPI CSI-2信号に戻してグラバー・ボードに送るという仕組みである。
新しいデモキットの最大の特徴は、無線伝送のレーンを3つ用意したことだ。3つのレーンのうちの2つは、映像信号を伝送するメ金年会中国官方网站チャネル用である。1レーン当たりの最大データ伝送速度は4Gビット/秒と高い。このため2レーンを使えば、800万画素（8Mピクセル）、60フレーム/秒（fps）の映像信号（最大7.2Gビット/秒）を送ることが可能だ。もう1つのレーンは、制御信号を送るサブチャネル向けである。半二重通信に対応する。制御信号は、カメラ・モジュールやシリアル・金年会中国官方网站タフェースIC、グラバー・ボードを動作させるために必要な各種設定や環境構築に欠かせない。
ミリ波による無線伝送には、韓国SENSORVIEW（Sensorview 金年会中国官方网站., LTD）が製品化しているミリ波通信モジュールを採用した。メインリンク用の2レーンで使用するモジュールは「SAM3」、サブリンク用は「B2266」である（図3）。
「SAM3」は、図4左のようにフェイス・ツー・フェイス形式で無線伝送を行う。つまり、送信ボードと受信ボードを重ね、2つのSAM3の間でデータを送る。このほか韓国S金年会中国官方网站SORVIEWは、サイド・ツー・サイド形式の無線伝送に向けたミリ波通信モジュール「SAM4」を用意している。これを使えば、送信ボードと受信ボードを横に並べて、2つのSAM4の間でデータを送れるようになる（図4右）。いずれのモジュールもミリ波通信チップとしてSTMicroelectronicsの「ST60A2」を内蔵しており、S金年会中国官方网站SORVIEWが独自開発した小型パッチ・アンテナを組み合わせた。
このほか、さらに送信ボードから受信ボードには、電力を無線で給電する機能も搭載した。つまり受信ボードに有線で電力供給する必要がないため、送信ボードと受信ボードを完全に電気的に絶縁することが可能になる。無線給電には、B&PLUSの無線給電ブロックを利用した。
ミリ波を使った無線伝送の接続可能な距離は、データ伝送速度が3.6Gビット/秒のときに25～30mmである（表1）。一方、無線給電で送れる最大電力は10Wで、距離は最大25mmである。
図1 「コンタクトレス・金年会中国官方网站・アダプタ」の接続例
このデモキットは、カメラ・モジュールとグラバー・ボード（画像取り込み装置）を接続するシリアル・金年会中国官方网站タフェースを無線伝送化する用途に向けたものだ。基本機能だけを比べれば、前述の着脱式カメラ向けデモキットにかなり近い。しかし、それにはない特徴を複数盛り込んだ。以下で、その詳細を説明しよう。
まずは、デモキットのシステム構成から紹介する（図2）。カメラ・モジュールから出力されたMIPI CSI-2形式の映像信号は、シリアル・インタフェースIC（トランスミッタIC）「金年会中国官方网站CV241A」を載せた送信ボードに入力する。このICを使って、シリアル（V-by-One HS）形式の映像信号に変換する。その後、60GHzのミリ波による無線伝送で受信ボードに伝送し、そこでシリアル・インタフェースIC（レシーバIC）「金年会中国官方网站CV242A」でMIPI CSI-2信号に戻してグラバー・ボードに送るという仕組みである。
図2 「コンタクトレス・金年会中国官方网站・アダプタ」のシステム構成
新しいデモキットの最大の特徴は、無線伝送のレーンを3つ用意したことだ。3つのレーンのうちの2つは、映像信号を伝送するメ金年会中国官方网站チャネル用である。1レーン当たりの最大データ伝送速度は4Gビット/秒と高い。このため2レーンを使えば、800万画素（8Mピクセル）、60フレーム/秒（fps）の映像信号（最大7.2Gビット/秒）を送ることが可能だ。もう1つのレーンは、制御信号を送るサブチャネル向けである。半二重通信に対応する。制御信号は、カメラ・モジュールやシリアル・金年会中国官方网站タフェースIC、グラバー・ボードを動作させるために必要な各種設定や環境構築に欠かせない。
ミリ波による無線伝送には、韓国SENSORVIEW（Sensorview 金年会中国官方网站., LTD）が製品化しているミリ波通信モジュールを採用した。メインリンク用の2レーンで使用するモジュールは「SAM3」、サブリンク用は「B2266」である（図3）。
図3 送信ボードと受信ボード
「SAM3」は、図4左のようにフェイス・ツー・フェイス形式で無線伝送を行う。つまり、送信ボードと受信ボードを重ね、2つのSAM3の間でデータを送る。このほか韓国S金年会中国官方网站SORVIEWは、サイド・ツー・サイド形式の無線伝送に向けたミリ波通信モジュール「SAM4」を用意している。これを使えば、送信ボードと受信ボードを横に並べて、2つのSAM4の間でデータを送れるようになる（図4右）。いずれのモジュールもミリ波通信チップとしてSTMicroelectronicsの「ST60A2」を内蔵しており、S金年会中国官方网站SORVIEWが独自開発した小型パッチ・アンテナを組み合わせた。
図4 ミリ波を使った無線伝送の様子
このほか、さらに送信ボードから受信ボードには、電力を無線で給電する機能も搭載した。つまり受信ボードに有線で電力供給する必要がないため、送信ボードと受信ボードを完全に電気的に絶縁することが可能になる。無線給電には、B&PLUSの無線給電ブロックを利用した。
ミリ波を使った無線伝送の接続可能な距離は、データ伝送速度が3.6Gビット/秒のときに25～30mmである（表1）。一方、無線給電で送れる最大電力は10Wで、距離は最大25mmである。
表1 開発したデモキットの無線伝送可能な距離
「金年会中国官方网站SerDesスターターキット」をそのまま接続
SerDesチップを利用してパラレル形式の映像信号をシリアル化し、ミリ波通信モジュールを使って無線伝送する。このこと自体は、特に新しい取り組みではない。競合他社のSerDesチップを使っても、映像信号の無線伝送は実現できる。しかし、映像信号を送るメインチャネルに加えて、制御信号を送信するサブチャネルも無線伝送することは、競合他社のSerDesチップを使った場合は実現が難しかった。なぜならば、制御信号がメインチャネルの映像信号に重畳されているケースが多いからだ。もちろんメインチャネルから制御信号を抽出すれば実現できるものの、それには追加のコストや作業時間が必要だった。しかし当社のシリアル・インタフェースIC「金年会中国官方网站CV241A/242A」を使えば、簡単に実現可能だ。
メインチャネルとサブチャネルの両方を無線伝送化したメリットは大きい。その1つの効果として、現在当社が提供している「MIPIカメラSerDesスターターキット」を簡単に無線接続できる。カメラ・モジュール側の金年会中国官方网站CV241A搭載ボードとグラバー・ボード側の金年会中国官方网站CV242A搭載ボードの間に今回開発したRFボードを挿入するだけで、カメラ・モジュールとグラバー・ボードの間の接続を無線伝送化できる（図5）。
そもそもスターターキットは、産業機器に金年会中国官方网站・モジュールを組み込む作業を簡略化することに向けたもの。従って、今回のデモキットと組み合わせれば、映像信号を無線伝送化した組み込み金年会中国官方网站をとても簡単に実現できるようになる。
今回のデモキットがターゲットとするアプリケーションは、大きく3つある。1つは、送信ボードと受信ボードの間で電気的な絶縁が必要な電子機器。例えば、内視鏡などの医療機器である。2つ目は、送信側もしくは受信側に完全な防水/防塵が求められる電子機器。例えば、劣悪な環境で使う検査機器や、水で洗える産業用カメラなどがある。3つ目は、コネクタでの機械的なストレスを嫌う電子機器である。生産ラ金年会中国官方网站で使う検査機器などが挙げられるだろう。
なお、スターターキットで対応するCMOSイメージ・センサはすべて、今回のデモキットでも使用可能だ（表２）。例えば、200万画素（2Mピクセル）で30fpsの「GC2093」や、800万画素（8Mピクセル）で60fpsの「IMX415」などが使える。
メインチャネルとサブチャネルの両方を無線伝送化したメリットは大きい。その1つの効果として、現在当社が提供している「MIPIカメラSerDesスターターキット」を簡単に無線接続できる。カメラ・モジュール側の金年会中国官方网站CV241A搭載ボードとグラバー・ボード側の金年会中国官方网站CV242A搭載ボードの間に今回開発したRFボードを挿入するだけで、カメラ・モジュールとグラバー・ボードの間の接続を無線伝送化できる（図5）。
図５ 「MIPI金年会中国官方网站SerDesスターターキット」のシステム構成
そもそもスターターキットは、産業機器に金年会中国官方网站・モジュールを組み込む作業を簡略化することに向けたもの。従って、今回のデモキットと組み合わせれば、映像信号を無線伝送化した組み込み金年会中国官方网站をとても簡単に実現できるようになる。
今回のデモキットがターゲットとするアプリケーションは、大きく3つある。1つは、送信ボードと受信ボードの間で電気的な絶縁が必要な電子機器。例えば、内視鏡などの医療機器である。2つ目は、送信側もしくは受信側に完全な防水/防塵が求められる電子機器。例えば、劣悪な環境で使う検査機器や、水で洗える産業用カメラなどがある。3つ目は、コネクタでの機械的なストレスを嫌う電子機器である。生産ラ金年会中国官方网站で使う検査機器などが挙げられるだろう。
なお、スターターキットで対応するCMOSイメージ・センサはすべて、今回のデモキットでも使用可能だ（表２）。例えば、200万画素（2Mピクセル）で30fpsの「GC2093」や、800万画素（8Mピクセル）で60fpsの「IMX415」などが使える。
表２ 対応可能なCMOSイメージ・センサーの一覧表
開発は韓国の設計チームが担当
今回のデモキットは、当社の韓国現地法人である金年会中国官方网站 Electronics Koreaの設計チームが中心となって開発を進めた。なぜ韓国の設計チームが担当したのか。
最大の理由は、ミリ波通信モジュールを製品化するSENSORVIEWの存在にある。一般に、ミリ波通信モジュールを搭載するボードやシステムの設計難易度は高い。「開発したデモキットの送信ボードと受信ボードには、ミリ波通信モジュールを3個載せるが、それらを近接させて実装すると電波干渉が起きる危険性が高い。どの程度離せば電波干渉を避けられるのか。そうした技術サポートを、アンテナに関する高い技術力を持つSENSORVIEWに提供してもらった」（金年会中国官方网站 Electronics Koreaの設計担当者）。さらに開発時には、ミリ波通信チップを提供するSTMicroelectronicsの韓国現地法人にも、技術サポートを提供してもらった。
なお、S金年会中国官方网站SORVIEWのミリ波通信モジュール「SAM3」は、日本における技術基準適合証明（技適）を取得済みである。
以上
最大の理由は、ミリ波通信モジュールを製品化するSENSORVIEWの存在にある。一般に、ミリ波通信モジュールを搭載するボードやシステムの設計難易度は高い。「開発したデモキットの送信ボードと受信ボードには、ミリ波通信モジュールを3個載せるが、それらを近接させて実装すると電波干渉が起きる危険性が高い。どの程度離せば電波干渉を避けられるのか。そうした技術サポートを、アンテナに関する高い技術力を持つSENSORVIEWに提供してもらった」（金年会中国官方网站 Electronics Koreaの設計担当者）。さらに開発時には、ミリ波通信チップを提供するSTMicroelectronicsの韓国現地法人にも、技術サポートを提供してもらった。
なお、S金年会中国官方网站SORVIEWのミリ波通信モジュール「SAM3」は、日本における技術基準適合証明（技適）を取得済みである。
以上