網(wǎng)絡攝像機IPcamera設(shè)計與調(diào)測試總結(jié)

1、目錄1. 實習工作概述 12. 培訓總結(jié)與基礎(chǔ)知識學習 12.1 培訓項目 12.1.1 實驗室規(guī)章制度與儀器操作 12.1.2 常用電路和芯片應用 22.1.3 開關(guān)電源培訓 22.2 基礎(chǔ)知識學習 22.2.1 研發(fā)軟件的學習 22.2.2 信號完整性分析 23. 項目硬件設(shè)計 33.1 項目方案簡介 33.2 芯片功能研究 43.3 電源方案選型設(shè)計 53.3.1 參考樣機功耗測試 53.3.2 電源方案改動與功耗計算 63.3.3 DC-DC 芯片選用 73.4 原理圖設(shè)計 83.4.1 芯片接口設(shè)計 83.4.2 電源參數(shù)設(shè)計 93.4.3 紅外 LED 電路設(shè)計 114. 樣機制作

2、調(diào)試 124.1 上電檢測 124.2 焊接故障排查 134.3 FLASH 芯片調(diào)試 134.4 電源紋波調(diào)試 144.5 無線功能調(diào)試 155. 物料和樣機測試 155.1 系統(tǒng)復位時間測試 155.2 紅外 LED 測試 165.3 圖像質(zhì)量測試 175.3.1 Color check 175.3.2 SFR 測試 195.3.3 畸變測試 215.3.4 Dynamic range 226. 總結(jié)與感想22致謝 231. 實習工作概述實習階段開始于7月 18號，到現(xiàn)在已過去四個月時間了?；仡欉@段歷程可把實習期間的工作分為三個階段來描述：（ 1 ） 入職培訓與基礎(chǔ)學習：入職培訓時間主要集

3、中在7 月和8月份，主要包括公司規(guī)章制度和員工守則培訓，然后是實驗室制度與儀器操作、常用電路設(shè)計和硬件開發(fā)相關(guān)軟件的學習與使用。（ 2） 原理圖與PCB 設(shè)計階段：這段時間主要是對項目電路方案的理論學習并參照 Demo 進行具體設(shè)計的階段，此時對嵌入式網(wǎng)絡產(chǎn)品的基本電路模塊及模塊電路的芯片等構(gòu)成有了較明確的認識，同時學習信號完整性分析一書，對 PDB 要點的設(shè)計和后續(xù)的電路調(diào)試打下理論基礎(chǔ)。（ 3） 樣機制作與調(diào)試：樣機制作調(diào)試是對電路功能、穩(wěn)定性和可靠性的驗證階段，主要工作包括物料測試與選用，模塊電路的調(diào)測試等。在實習過程中，各階段都遇到了或多或少的疑慮和困惑，如原理圖的設(shè)計規(guī)范，還有對工作

4、流程的熟悉，與各部門之間的溝通，如何提高工作效率等。而通過對遇到問題和困惑的解決，自己也慢慢地熟悉了項目流程，增加了工作經(jīng)驗。2. 培訓總結(jié)與基礎(chǔ)知識學習培訓與學習是勝任工作所必須的一個過程。來到公司，首先就是對工作規(guī)范和工作環(huán)境的熟悉，之后便是部門內(nèi)部一些系統(tǒng)性的集中培訓，通過培訓和基礎(chǔ)知識的學習積累了一定的基礎(chǔ)，下面將對這一階段的主要培訓與學習過程進行總結(jié)。2.1 培訓項目2.1.1 實驗室規(guī)章制度與儀器操作工欲善其事必先利其器，掌握好實驗室常用儀器的操作使用能幫助我們提高樣機測試時操作的規(guī)范性和效率并得出正確的測試數(shù)據(jù)，而遵守實驗室規(guī)章制度則可起到保護人身安全及儀器壽命等方面的作用。通過

5、實驗室儀器操作使用的相關(guān)培訓后，在一定程度上了解了儀器的使用方法，如示波器、 AC Source 、直流電子負載等設(shè)備。但不足之處是參加培訓的人數(shù)較多且時間也有限，因此在培訓過后對部分儀器的使用仍有不夠熟悉的地方。不過隨著以后儀器使用次數(shù)的不斷增多，以及同事間的相互幫助，還是可以很快地掌握儀器的常用操作過程。2.1.2 常用電路和芯片應用常用的電路和芯片的培訓包括復位電路設(shè)計、Flash 分類與應用、Sdram 簡介等。其中復位電路的幾種電路形式對比讓人比較深刻認識到復位時間的概念，同時也理解和認識 了各種復位電路性能的優(yōu)劣以及采用專用復位芯片的原因。存儲器是嵌入式系統(tǒng)中的基本組成部分，也是不

6、可或缺的器件，培訓主要講解了Flash 和 Sdram 的知識。Flash 的培訓介紹了其分類并重點學習了我司常用的Nor flash 芯片的讀寫方式和時序。Sdram方面介紹了 SDR DD萼在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和速度上的差異，對內(nèi)存與CPl間的走線問題有了初步認識，也開始接觸到了高速數(shù)字設(shè)計中的一些知識點。2.1.3 開關(guān)電源培訓開關(guān)電源培訓包括AC-DC 與 DC-DC 電源，由于我們部門主要的工作之一就是電源的設(shè)計，所以開關(guān)電源方面的培訓也占了較大的篇幅。從開關(guān)電源基本電路模塊的設(shè)計開始，再到電阻電容電感等物料的選用，最后到安規(guī)認證以及電源的調(diào)測試內(nèi)容，可以說每一步都有嚴格的規(guī)范和要求。DC-D

7、C 電源的培訓包括了Buck 、 Boost 、 Buck-boost 三種基本電路的公式推導和電感電容的計算，并重點講解了電容選取時所需要注意的ESR 、耐紋波值等參數(shù)要求。而AC-DC反激式電源的設(shè)計則是一個較為繁瑣的過程，特別是變壓器的設(shè)計，由于存在多個變 量，設(shè)計過程中需要反復較調(diào)以滿足漏感、能效、安規(guī)和體積等要求。2.2 基礎(chǔ)知識學習2.2.1 研發(fā)軟件的學習在實習期間，需要學習掌握的硬件設(shè)計相關(guān)軟件主要有OrCAD 、 PowerPCB5.0 和SI9000 。剛開始學習OrCAD 時，導師給出了某機型反激式開關(guān)電源的原理圖以供參照繪制，通過繪制電路圖初步熟悉了元器件的原理圖封裝繪

8、制、原理圖設(shè)計、網(wǎng)表生成和BOM的制作等步驟。由于公司有專門的原理圖設(shè)計規(guī)范，因此剛開始繪制原理圖時出現(xiàn)了不少細節(jié)遺漏或錯誤，后來參加了原理圖設(shè)計規(guī)范培訓，使之后的原理圖設(shè)計更加規(guī)范，也深刻體會到了工作的嚴謹性。PowerPCB 的學習一方面參考OrCAD9.2 和 PowerPCB5.0 實用教程，另一方面參加PCB布線基礎(chǔ)培訓，其中涵蓋了布局規(guī)范、布線的3W原則與串擾控制、屏蔽措施、阻抗匹配和電源與地的完整性等內(nèi)容，獲益良多。而SI9000 軟件則是走線阻抗計算的一款二維場求解軟件，只要先設(shè)定好傳輸線類型和有關(guān)的導線等尺寸距離參數(shù)，就可以方便計算出給定傳輸線特征阻抗。2.2.2 信號完整性

9、分析信號完整性問題是高速數(shù)字設(shè)計中不可回避的問題，在此之前我對高速數(shù)字設(shè)計相關(guān)的內(nèi)容還缺乏相應了解，在導師的建議下開始了信號完整性分析一書的學習。這本書從電子產(chǎn)品的發(fā)展開始講起，從中引出了信號完整性這個主題，對學習和理解高速信號問 題有很大的幫助。通過對這本書的學習我首先對信號頻率、上升時間和帶寬的關(guān)系有了一定的理解，書中的一些經(jīng)驗公式對一些信號的估算也很有用。除了信號參數(shù)介紹以外，書本花了較大篇幅分析了傳輸線的特性。如果沒有從物理層面去分析傳輸線，相信很難理解瞬態(tài)阻抗和特征阻抗是什么東西。在看過書本的分析介紹后則會有較為明確的理解，原來瞬態(tài)阻抗的本質(zhì)是傳輸線信號路徑與返回路徑之間的電容在驅(qū)動

10、電壓下不斷充放電的結(jié)果，而這個瞬態(tài)阻抗就是瞬間電壓與電容充電電流的比值，而對于瞬態(tài)阻抗恒定的傳輸線而言，瞬態(tài)阻抗就等于其特征阻抗。學習完傳輸線的物理基礎(chǔ)后便開始轉(zhuǎn)入傳輸線反射、損耗和傳輸線串擾等章節(jié)的學習。信號在傳輸線中所表現(xiàn)的串擾反射問題是PCB 布線過程中不容忽略的一點，作為硬件工程師，則必須在layout requirement中為PCB設(shè)計工程師提供詳細的 PCB布線參考。如時鐘信號線的包地處理，信號線的 3W走線原則，信號回流等問題，都應該盡量減小信號間的串擾，對于關(guān)鍵高速信號線而言還必須根據(jù)CPU 等芯片的手冊時序要求在PCB 布線時采取等長走線的方法。關(guān)于傳輸線的反射問題，采取的

11、解決辦法是增加匹配電阻，如并串聯(lián)匹配、戴維寧匹配等，可以通過調(diào)試電阻的取值使反射系數(shù)盡量減小，從而提高信號質(zhì)量。3. 項目硬件設(shè)計IP Camera 項目的硬件設(shè)計過程包括了芯片方案研究、電源方案選定與設(shè)計、硬件功能的更改及原理圖的設(shè)計等步驟。導師安排我與黃偉杰師兄共同負責硬件的設(shè)計，硬件設(shè)計一共分為兩塊板子，在項目開始階段我主要負責兩方面的工作：一是負責攝像頭板原理圖繪制，二是參與系統(tǒng)電源方案的選型和設(shè)計。3.1 項目方案簡介IP Camera 稱為網(wǎng)絡攝像機，是隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及而發(fā)展起來的一種視頻監(jiān)控設(shè)備。相對于傳統(tǒng)的攝像機而言，IP Camera 的優(yōu)勢在于可通過網(wǎng)絡隨時隨地訪問到攝像機

12、拍攝的圖像，并且可以使用不同的存儲方式對影像進行儲存。還可以通過有線和無線的方式接入網(wǎng)絡。本項目方案的電源系統(tǒng)和攝像頭板的原理框圖如圖1 所示。圖1系統(tǒng)電源部分，一共有 5V、3.3V、2.5V和1.8V四路電源，其中紅外LED夜視功能電路 采用5V供電。無線 WIFI功能預留了兩種接口，如果采用標準USB接口則供電電壓為5V,若去除USB接口而采用普通接插件，則可以利用3.3V電源給WIFI電路板供電。在攝像頭板上使用的電源有5V、3.3V和1.8V三路。電源的選型與設(shè)計將在下一節(jié)中具體闡述。系統(tǒng)硬件由兩部分PCB板組成，主板由CPU、DDR、FLASH等芯片構(gòu)成基本的硬件 系統(tǒng)，主要負責軟

13、件系統(tǒng)的運行，另外集成了USB/接插件WIFI接口、攝像頭電源供電以及圖像傳輸?shù)腢SB數(shù)據(jù)接口。攝像頭板上使用的芯片主要有光電器件（ Sensor） OV7725 , DSP芯片MPG260和EEPROM 芯片24C64 ,其中Sensor負責將接收的圖像經(jīng)由內(nèi)部 AD模 塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并進行自動白平衡、自動曝光、色彩還原等控制。由Sensor處理后的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過并行接口進入 DSP器件MPG260 ,然后對數(shù)據(jù)作進一步處理，如可以通過 DSP芯片上IO 口的控制實現(xiàn)圖像顯示的翻轉(zhuǎn)功能。最后，芯片 MPG260通過USB接口將 數(shù)據(jù)傳送至CPU ,進而實現(xiàn)圖像的有線或無線網(wǎng)絡傳輸。3.2

14、 芯片功能研究項目開始后，我拿到了 Sensor和DSP芯片的規(guī)格書，然后對攝像頭板上幾個主要芯片 的具體功能進行了學習熟悉。Sensor器件OV7725是一款30萬像素的CMOS圖像傳感器，內(nèi)部集成了比較豐富的功 能模塊。首先是時鐘發(fā)生器，它一方面產(chǎn)生內(nèi)部所需的時鐘另一方面負責行同步與幀同步 信號的產(chǎn)生輸出，此外還控制著自動曝光（ AEC）的功能。然后是模擬信號處理器，光電 變換的電信號經(jīng)過放大后則進入模擬信號處理器，包括了自動增益控制（ AGC）和自動白 平衡（AWB）在內(nèi)的模擬圖像處理功能。經(jīng)過模擬信號處理器的RGB信號將進入ADC模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng) ADC數(shù)字化的信號再進入 DSP模

15、塊進行色彩空間變換和格式編碼，如 RGB565、YUV等圖像編碼方式。此外 DSP模塊還起到色彩飽和度控制、伽馬值調(diào)節(jié)以及 降噪功能。最后，圖像數(shù)據(jù)通過并行數(shù)據(jù)接口連接至外部獨立的一塊DSP芯片作進一步處理。而外部DSP芯片則通過串行協(xié)議接口對 Sensor實施控制和功能上的操作。Sensor輸出的數(shù)據(jù)將進入 DSP芯片MPG260 ,它是一款USB2.0接口的電腦攝像頭控 制器，可以負責圖像數(shù)據(jù)的高速傳輸。它的另一重要功能是內(nèi)部集成了圖像處理機制，具 備像素壞點濾除、色彩插補、白平衡控制、降噪、輪廓與銳度增強、伽瑪值校正、對比度 調(diào)節(jié)以及JPEG編碼功能。本方案中 MPG260芯片還外接了一

16、塊 64Kbit的EEPROM ,主要 用來存儲一些圖像配置數(shù)據(jù)。對于MPG260芯片上集成的另外一些功能如自動聚焦功能、40dB增益的音頻ADC輸入等，在本設(shè)計中未使用。3.3 電源方案選型設(shè)計電源方案選型主要考量的地方有成本、功耗（發(fā)熱情況）、PCB占用空間和適配器選用，同時需要對參考樣機做相關(guān)測試。3.3.1 參考樣機功耗測試在電源方案選型之前，我們要求映佳方面提供參考樣機各路電源的電流測試數(shù)據(jù)，此 外我們也對映佳的參考樣機做了電流測試。映佳樣機的電源方案框圖如下：映佳測試的電流數(shù)據(jù)與我們測試的電流數(shù)據(jù)值分別如表格1和表格2所示:5 V整機3.3V2.5V1.8V不帶紅外與無線500mA

17、380mA150mA250mA包括紅外與無線670mA470mA180mA250mA表格12.我們測試的數(shù)據(jù)（裸板樣機不帶LED與無線）5 V整機3.3V2.5V1.8V攝像頭板不帶紅外與無線535mA440mA100mA335mA90mA表格2從測試數(shù)據(jù)來看，在不帶紅外 LED和無線功能的情況下，映佳樣機的功耗為P=5VX535mA=2.7W , RT5370無線 WIFI模塊預留的最大功耗為 1.7W,紅外LED的功耗一開始預 留了 1W,這樣總功耗最大達到了 5.4W。這樣我們可以選用9V/0.85A的電源適配器，不過 由于板子需要用到5V電源，所以9V適配器必須先經(jīng)過 DC-DC電路變

18、換到5V電壓，這樣增 加一路DC-DC電路無疑會導致成本上升，占用更多PCB空間。而且立項報告中選用的是5V/1A電源適配器，因此必須通過提高電源效率降低損耗來滿足5V/1A電源適配器的功耗要求。3.3.2 電源方案改動與功耗計算為了降低電路的熱損耗，我們采取的主要方法是將電流較大效率較低的LDO電路改為DC-DC電路，同時改變電源結(jié)構(gòu)，得出以下電源方案框圖：圖3其中3.3V與2.5V兩路設(shè)計最大電流為0.2A, 1.8V電流為0.4A,若這三路電源全部采用DC-DC電路，并且按85%的效率來算，這三路的總功耗為：P= (3.3V X0.2A+2.5V X0.2A+1.8V X 0.4A) /

19、0.85=2.2W紅外LED電路經(jīng)過測試與計算后確定每路LED電流不超過30mA , 一共5路LED最大的電流則不超過150mA,因此LED電路的最大功耗小于 P=5V X 150mA=0.75W。無線WIFI模 塊RT5370預留的最大功耗仍然是 1.7w。這樣總功耗最大為：P=2.2W+0.75W+1.7W=4.65W最后，我們考慮將參考樣機中的戴維寧端接匹配電路改為源端串接匹配電路，預計這 樣改動后2.5V電源電路的電流將會有較大下降，整機總功耗會進一步降低，從而使 5V/1A 電源適配器滿足使用要求。3.3.3 DC-DC芯片選用電源方案樹確定以后，進入 DC-DC電源芯片的選用環(huán)節(jié)。

20、首先我們想到的是公司常用 的34063芯片，它具有成本低廉的優(yōu)勢，能輸出最大達 1.5A的開關(guān)電流，工作頻率也可以 在100Hz至100KHz之間調(diào)節(jié)。然而它也有較為明顯的不足：由于其內(nèi)部集成的雙極型開關(guān) 三極管存在一定的導通壓降，導致其能夠輸出的最大電壓與輸入電壓之間至少存在一定的 電壓差。其輸入與輸出電壓關(guān)系如下圖所示：輸出電壓與輸入電壓關(guān)系6543210010203040輸入電壓Vin（v）圖4參考其手冊圖表可發(fā)現(xiàn)，當輸入電壓為5V負載電流為500mA頻率約為70KHz時，它能夠輸出的最大電壓在3.3-3.5V之間。如果加上外部電感等元器件的壓降，電源最終的輸出電壓可能達不到3.3V,所

21、以可以認為采用 34063的DC-DC電路不能將5V可靠轉(zhuǎn)換為3.3V。 對于1.8V/0.4A和2.5V/0.2A這兩路電源，雖然34063的內(nèi)部壓降不影響輸出電壓值，但同 樣是因為芯片內(nèi)部采用雙極型三極管作為開關(guān)管，因此電源效率較低，只能達到70%左右。輸了上述因素以外，34063電路占用的PCB空間也較大，所以最后考慮采用體積更小效率更高的DC-DC電源方案。通過對效率、體積以及適配器輸出電壓的綜合考慮，我們選用了 MP2104DJ芯片用于 電源設(shè)計方案中的DC-DC電路。它的優(yōu)點是由于頻率的提高到1.7MHz,使外部所需的電感量和濾波電容值大幅降低，從而減少占用體積。另外由于 MP21

22、04DJ內(nèi)部采用了 MOS開 關(guān)管同步整流電路，使損耗變小，效率得到大幅提高。它擁有的600mA負載電流能力和2.5V-6V輸入電壓范圍也能夠很好滿足我們的應用要求。3.4 原理圖設(shè)計原理圖的設(shè)計我主要負責攝像頭這塊電路，另外還參與DC-DC電源和LDO電源的設(shè)計，下面主要介紹芯片接口電路以及在Demo上改動的相關(guān)設(shè)計。3.4.1 芯片接口設(shè)計攝像頭板的主要芯片為 Sensor和DSP芯片，如下如所示，它們的硬件接口有并行的8bit數(shù)據(jù)線、產(chǎn)C串行線、SENCLK和PIXCLK時鐘線、HSYNC和VSYNC同步信號線。C6 0.1uF4 $ENCLK4 P!XCLK old. 宣隈R S3 口

23、 85Q將口昱mods R.Fqs 曷jlt小bpPWDNVREFH WEFNDBSCL07SDAOS09HREFDD DID2D3 044 HST NC4 SYNC4 SCLfi4 $DM4 GPiOS C5 0.1uFVSYNC陽乂a3F51X0DF2吐膽!06PIXD2DI吐膽3B8 巴膽gEl_FDTi?rF6FTW FHXU731 FQNoQn口zav30 QXTALI 5CTAL0PIXCLK$ENCLKU3MP 0260MICINM0tASyBGAPSDAT$CLKHSYNCVSYNCPIXDD PIXD1 PIX02 PIX03 PIX04 PIX05PIXD6 PIXD?GP

24、I01 GPI02 GPI03 GP(04 GP3 GPI06 GPfO7 Gprg g叫g(shù)GFIOW GPI014DWI OP&CINDSEL1口工0山工口口 口工勺OVd tmnovEl.口之wRBCT37查 4T TJ :piU1D GP2 324&PtOl4-44R5 ORR7 ORRS15”第ADNDAGMD圖6其中Sensor的10位并行接口只用了 8位，主要取決于DSP芯片MPG260的數(shù)據(jù)接口數(shù)目，8位并行數(shù)據(jù)線能傳輸?shù)膱D像格式有RGB565、RGB444、YUV等格式。同步信號HSYNC主要用于一幅圖像中每行像素傳輸?shù)钠鹗纪?，VSYNC則負責每幅圖像的傳輸同3.4.2 電源

25、參數(shù)設(shè)計進入原理圖設(shè)計后，按照選定的電源方案開始了電源參數(shù)的計算，主要是 MP2104DJ 的DC-DC參數(shù)計算和LDO電源電路的計算，下面將 3.3V這路電源的計算過程作為例子加以 說明。下圖是3.3.V電壓的DC-DC電路：5 5VDInput:5VOutput: 3. 3V/O, 2AO零,？F 后 MOAPC，口100KpBB4 7uF & W,C7fINSW0uH 65 nACWC7CMR21Q4DJ1QuF 1OV OSKIMDpFC7I-LD.OluF52pF_NCVout=0,6* (R91+R93)/R93=3. 31V3.3V電源的設(shè)計負載電流為D X (Vin-Vo) A

26、I = fX L200mA ,取電感值為10uF,得出紋波電流為:0.66 X 1.71.7 X 106X 10-5 =66mA結(jié)合芯片手冊可知當電感為 10uF時可以提高電源輕載時的效率，因此我們的電感就取值為10uH。輸出電容值取10uF陶瓷電容，此時輸出電壓紋波計算公式為：A V=(0.5 X 0.5 X 0.5T)C+ESR) X A I采用10uF電容與0.01uF等小電容并聯(lián)濾波后的紋波電壓經(jīng)過實測在20mV左右。輸出電壓的公式如下Vout=0.6 X (R91+R93 ) /R93=3.31V預留3.3V的LDO電路如下圖所示:33VDQoC73C740.01UF 1000pF4

27、-卜C72 22uF 16 CA 1UO.ER92SOR 1/ R94 300R37111Q75 22匚F 16 75RQ3 39CM MPNR1D75R其中Q2和Q4是增加的三極管，當 GPIOA17和GPIOA18為低電平時，三極管關(guān)閉，不 影響原電路工作，當 GPIOA17為高GPIOA18為低時，Q1與Q3導通，LED開啟照明。當 GPIOA18為高電平時，Q4導通Q3截止，LED關(guān)閉照明。光敏電阻PR1在光線充足時電阻小于 10K歐姆，無光照時在1M歐姆以上。當不加入Q2 和 Q4 組成的控制電路時，到晚上Q1 導通后可以計算出Q1 基極電壓為4.3V ，電流約為43uA, Q1飽和

28、導通。加入控制電路后，GPIOA17為高電平時，Q2導通。為了點亮LED,必須使Q1基極電流大于上述計算的43uA值以使Q1飽和。由于白天光敏電阻只有10K歐姆左右，若Q1導通，流過PR1電流為70uA ,流過R12的電流為43uA。因此Q2導通時的集電 極電流Ic2應大于70uA。由于光敏電阻阻值的離散性，可以使Ic2數(shù)倍取值于70uA。當R14取值2.2K歐姆時，Q2導通后Ic2約為1.5mA ,達到了 Q1飽和導通的要求。4. 樣機制作調(diào)試原理圖設(shè)計和PCB layout 評審通過后我依次打樣回了鋼網(wǎng)和PCB 并寄送工廠進行BGA芯片的焊接，對于LQFP 和 SOP 封裝的器件以及基本的

29、元件則由研發(fā)處焊接員幫忙焊接制作樣機，焊接好樣機后便進入了各模塊電路的調(diào)試。樣機的調(diào)試是項目流程中的又一重點工作，包括了樣機功能的驗證和指標的調(diào)試，對完善原理圖階段的設(shè)計起到非常重要的作 用。4.1 上電檢測上電檢測是樣機調(diào)測試的第一步，為了保證上電時樣機不會因為短路等情況而損壞，必須在上電前確認并解決存在的問題。主要的檢查內(nèi)容包括各路電源輸入輸出有沒有短路 情況，關(guān)鍵芯片、電解電容、二極管和三極管是否有焊接錯誤。如果這些問題在上電前仍 然存在卻沒有被檢查出來，那么上電后樣機將不能工作甚至可能導致樣機損壞。確認沒問題后進行樣機上電測試，上電的第一個步驟是測量各路電壓是否正常，我們一共制作了五臺

30、樣機，3.3V、2.5V和1.8V電源芯片焊接的都是 DC-DC芯片。上電后經(jīng)過測 量發(fā)現(xiàn)1.8V這路電壓不正常，于是懷疑兩個反饋電阻接反或焊接錯誤，最終確認是兩個反 饋電阻焊接反，核對PCB 設(shè)計發(fā)現(xiàn)這兩個反饋電阻的絲印擺放位置調(diào)換，導致焊接員焊接錯誤，經(jīng)過糾正后所有電源電壓均正常。電源電路工作正常后，將經(jīng)過檢查的攝像頭板連接至主板進行整機聯(lián)調(diào)。連接好整機后再次檢查電源，確定攝像頭板供電正常。然而上電后發(fā)現(xiàn)五臺樣機均不能正常工作，于是對主要芯片F(xiàn)LASH 和 DDR 的工作電壓和頻率進行測量，發(fā)現(xiàn)DDR 工作時鐘頻率偏低，電源供電則正常。由于五臺樣機都工作異常，所以我們加緊檢查電路原理圖中存

31、在的問題，相比Demo 原理圖，我們電路的主要改動是采用了不同的看門狗芯片，上電復位電路有所改變。在江偉贊師兄的幫助下，檢查出看門狗芯片發(fā)出的復位信號讓系統(tǒng)不斷復位，原因是我們的看門狗芯片在上電1.6s 內(nèi)必須接收來自CPU 的喂狗信號，由于軟件還沒有進行功能的跟進，所以導致系統(tǒng)不斷重啟。解決的辦法是將芯片的WDOn 引腳懸空，即去掉原理圖中的二極管 D4,這樣就禁用了看門狗功能，重新上電后終于有樣機可以工作了，如 下圖所示：RESET33VDQ4 7Ki.623 1uFWDTRSTnSS1D40U4MRn3 37D OVCCRESETnGNDaS4.7KSS1D4DD.1dFWDIPFOnR

32、ESETn：e WDI/GP1OA151ODKMR T，cc匪圖104.2 焊接故障排查復位芯片禁用看門狗功能后 3號機和4號機可以運行，但也有樣機工作異常。經(jīng)過分析 認為主要是焊接不良的因素所致，因為部分樣機能正常工作證明原理設(shè)計的問題（主要是 復位電路）已得到解決。經(jīng)過檢查，確認5號樣機DDR芯片的管腳被連焊在了一起，1號機有電阻連焊現(xiàn)象，2號機有電阻虛焊現(xiàn)象。解決了連焊與虛焊問題后發(fā)現(xiàn)仍有一塊樣機網(wǎng) 口燈不亮，在師兄指導下找到了缺焊的11.5K_1%參考電阻。4.3 FLASH芯片調(diào)試Demo樣機上使用的FLASH芯片與我們打樣的芯片在型號上有差異，因此需要對比參 考樣機型號的FLASH

33、與我們已有的FLASH在扇區(qū)結(jié)構(gòu)、指令代碼方面的差別，另外還需測 試映佳提供的軟件能否支持我們的FLASH芯片。映佳Demo樣機的FLASH型號為M25P64 ,我們的 FLASH 芯片有 M25PX64、MX25L6406E 和S25FL064P 。經(jīng)過對比不同 型號的FLASH存在如下一些差異：1 .最高工作時鐘的差別，如 M25P64最高時鐘為50MHz , M25PX64為75MHz。2 .這幾款芯片都有 128個sector,每個sector分為64Kbyte ,每個sector有256個page。但 M25PX64、MX25L6406E 和 S25FL064P 還可以分成 4Kby

34、te 的 subsector ,從而可以實現(xiàn)更 小范圍的 subsector erase 。3 .輸入輸出管腳的應用差異，如 M25P64的數(shù)據(jù)輸入輸出分別為管腳 D和Q。而M25PX64 相應的管腳為DQ0和DQ1 ,它們可以同時用作輸入或輸出，從而實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸。4 .寫保護管腳的功能差異，如 M25PX64的寫保護管腳接VPPH電平時(9V)可以實現(xiàn)Fast bulk erase 。5 .軟件保護上M25PX64比M25P64多了一種軟件保護模式，每個 Sector都有一個特殊鎖 定寄存器。6 . M25PX64 等型號 FLASH 的Block Protect (BP2, BP1,

35、 BP0) bits的前一個 bit是TB bit ,數(shù)值為0表示保護高位編號的某些Sector ,為1則保護低位編號的某些 Sector。而M25P64則只保護高位編號的某些 Sector 。7 . M25PX64、MX25L6406E 和S25FL064P相比M25P64有更多的指令。其中的一條指令 “1010 1011 ” 在 M25P64 中的功能是 Read Electronic Signature ,而在 M25PX64 和MX25L6406E 中的功能則是 Release from deep power-down 。8 .由于各型號 FLASH都有自己的ID信息，通過 Read

36、Identification (RDID)讀出來的內(nèi) 容也不同，如果FLASH不在軟件支持范圍內(nèi)(即ID不匹配)，則此款 FLASH不可用。這幾款FLASH都在樣機中做過測試，其中 MX25L6406E在映佳軟件支持的范圍內(nèi)，燒 錄后可以正常使用，而 S25FL064P型號FLASH需要在軟件添加支持后才能使用。1.4 電源紋波調(diào)試攝像頭板的電源引自主板，共有5V、3.3V和1.8V三路，攝像頭板主要調(diào)試由磁珠和LC濾波器組成電路的濾波性能，3.3V電源紋波如下圖：25 Oct 2011 1 1：17：14圖11可見經(jīng)過磁珠和LC濾波之后電源的紋波噪聲電壓較低，只有 20mV左右，其中動態(tài)紋

37、波比較明顯。在去除LC濾波電路后高頻噪聲略有增加，動態(tài)紋波則基本不變，于是考慮保 留 LC 濾波電路。1.5 無線功能調(diào)試無線網(wǎng)卡的采用的型號為RT5370 ，拿到映佳方面支持此款無線驅(qū)動的文件后重新燒錄了 FLASH 進行無線功能的調(diào)試，第一次上電后樣機出現(xiàn)故障停機，經(jīng)檢查是因為主板USB接口線序弄反，導致5V電源接口處磁珠燒毀，更換磁珠后樣機得到修復。這里可以得到一個經(jīng)驗，就是USB 接口使用前應該先用萬用表測量電源順序的正確性。調(diào)整接口順序后我們對剩下的幾臺樣機也進行了FLASH 重新燒錄并測試無線功能，發(fā)現(xiàn)只有4號樣機能正常工作，3號樣機在插入USB 無線網(wǎng)卡后系統(tǒng)不能正常啟動，2號機

38、則在啟動后不能看到監(jiān)控圖像。從問題樣機出現(xiàn)的情況來看，攝像頭板USB 與無線USB 之間存在沖突。經(jīng)過檢查后并未發(fā)現(xiàn)有硬件問題，于是我們將2號樣機交給映佳幫忙調(diào)試無線以確認軟件可能存在的問題，后來由于樣機故障又提供5號機給映佳調(diào)試。此外，我們對映佳的 Demo 樣機也作了重新測試，確定其攝像頭板和USB 無線網(wǎng)卡不能同時工作。映佳在經(jīng)過調(diào)試后也確認是軟件存在問題，主要是GPIO 口存在沖突，改動配置后我們送出的樣機已經(jīng)能同時使用攝像頭功能和USB 無線網(wǎng)卡。初步確定軟件問題后，我們拿到了映佳改動后的FLASH 燒錄文件并對3、 4、 5號板以及 Demo 樣機進行重新燒寫。之后這四塊樣機都能正

39、常使用攝像頭和USB 無線功能，可以確定是軟件問題導致了沖突。另外，1 號板之前被插錯電源，芯片電源引腳與地短路，2號板在映佳調(diào)試時出現(xiàn)故障還未修復，因此不作測試。5 . 物料和樣機測試樣機在調(diào)試過程中還進行了物料、系統(tǒng)復位、圖像性能等方面的測試。5.1 系統(tǒng)復位時間測試復位芯片采用的是帶看門狗功能的IMP706S ，它能提供200ms 左右的上電復位時間，還具有2.93V的掉電檢測及看門狗功能.下面是其中一臺樣機上電復位波形圖，可以測量出復位時間約220ms ，能夠為芯片提供可靠的復位性能。圖125.2 紅外LED測試紅外LED主要為IP Camera樣機在弱光環(huán)境下提供照明所需的光源，LE

40、D的性能關(guān)系到夜視效果的好壞，它的選用也經(jīng)歷了較長時間，原因之一是我們對紅外LED的參數(shù)還不夠熟悉。一開始打樣了兩款 LED進行測試，發(fā)現(xiàn)LED的發(fā)光角度太小，接收的紅外圖像中 心處較亮而四周顯得黑暗。查看規(guī)格書后發(fā)現(xiàn)LED的發(fā)光角度分別是30。和45。，參照下圖所示：LOQ50051.0發(fā)光角度的定義是在接收面的邊緣光線亮度為中心亮度一半時，接收面與LED位置形成的夾角大小。由于4.3mm和3.6mm焦距鏡頭接收的景物范圍分別是80 和90 ,因此我們使用的LED發(fā)光范圍也要在這個角度附近。后來與供應商聯(lián)系關(guān)于LED的發(fā)光角度問題，供應商方面提供了 60、70 和130 一共三款LED,經(jīng)測

41、試60發(fā)光角度仍然較小，而70 和130 LED然角度較大但是發(fā)光亮度不夠。為了盡快選定LEDT,于是將我們OEM攝像機產(chǎn)品的LED丁拆下來作為參考，另外打樣了一款映佳方面推薦的商80。LEET品并將這兩種樣品作為參考交至現(xiàn)有供應商進行打樣。經(jīng)測試80。產(chǎn)品亮度和發(fā)光角度都得到比較好的均衡，而參照 OEMT品打樣的LEDt光角度較弱。因此暫時選用 80。的LED乍為樣機調(diào) 試的物料，并考慮用于生產(chǎn)的 IP Camera產(chǎn)品。5.3 圖像質(zhì)量測試圖像質(zhì)量的測試包括色彩偏移、分辨率測試、畸變測試和動態(tài)范圍測試。測試所用的 軟件為Imatest ,下面對研發(fā)樣機的測試過程為參考加以說明。5.3.1

42、Color check色彩的測試包含了色彩偏移、白平衡等測試內(nèi)容，結(jié)果如以下及附圖所示：圖142011-11-21039-18rbmpInner squares Ideal ColorChecker response- withh Wo luminance correctionImatestB-Nov-2011 13l54:01 SRG6 Exposure error = -0.39 f-stopsWhite Balance Eiror: HSV Saitiradon (S) Degrees K Mireds|.1320.1190.0630.011C.0000.Q44*1983 -34.6 +

43、14521-26,1 +629(*13.6+91 -2.1 +3 -0.1 J -280 +7.1 Exaggerated White Balance error上圖中黑色字體部分顯示Exposure error = -0.39 f-stops , Exposure error 的結(jié)果表示曝光準確度，當結(jié)果小于0時為曝光不夠，當結(jié)果大于0時為過度曝光。白平衡測試，主要是是對圖中的#19#24這6個色塊進行分析。其中 HSV（Hue色度，Saturation 飽和度，Value純度）為飽和度偏差，Degrees KMireds為色溫偏差。K為色溫單位，Mired為色溫度單位，當色溫偏差值K小于0

44、時為圖片色溫偏暖，當 K值大于0時為圖片色溫冷。100806040200-20-40-60011-11-2-110-39-18 Jimp Ideal CameraMean camera chroma 演u詞on) = 96.67%Color errors： ACab chroma corr;AC*ab uncorr:Ol6型函mean = 986 : (j= 11J6 mean = 175 : a = 11.6 trean = 12.4 ; J = 13.5SRG0 (D65)oqOB-Nov-2011 13:54:01Relerence: GretagPlacbBth (detauft) C

45、newJImatest-60-40-20020406000a*圖15a*b color error主要分析了 #1#24色塊的色彩偏移，如圖 2-15,正方形的圖標為理論 值分部，圓形為實際圖片的色彩分布。通過這些圖標就可以看出不同色彩的偏移方向。Row 3 Pixel noise: R, G, B, Y(Luminance).Normalized td Wiitm-B附Ck pixel tevefe: 194.4112.51,5。1O.f E iz-Avg. noisgZ2-5 RGBY % = 0.51(1.40 0.79 配32I I- s 1 *i:3123456圖16圖16主要分析了

46、 #13#18色塊的噪聲，值越小越好，根據(jù)手機攝像頭的測試文檔建議, 般不要超過2。-Pixel noise: Rt Gr Y (Luminanca; gray)-normalized to W)rte-3lack pixel leveSs： 224.1 - 29 7 = 194 4Middfe gr型(122) noise RGBY % = 0.46 0.34 %61 0.19?one (Row 4; Z 4 is middle 3S0 pixels ttytal)圖17圖17是對#19#24色塊的測試結(jié)果，數(shù)值越高，噪聲也就越明顯，一般不要超過2。5.3.2 SFR 測試SFR主要用來測試

47、分辨率，Imatest SFR測試數(shù)據(jù)分成三個部份，以兩張圖表分別顯示。Imatest 會分析 Y-Channel ( 0.3*Red + 0.59*Green + 0.11*Blue) 成份，從而取得影像 原始數(shù)據(jù)并以黑色實心線表示；另外，Imatest還會主動去除數(shù)字相機加諸于影像上銳利 化效果，并改以紅色虛線表示這個部份。單位影像高度(PH= per picture height)表示 所能容納的Pixels像素數(shù)的能力，而這個值越大表示解像能力越好。Pixe(H o riNn nij) zo0 K 產(chǎn) mEmni as 浜aH-dK n 00197- 0.15, oqbbb G/NmC

48、Dsn) u 11513t Nk)Edge profile-221 m116ag.bmpSFR (MTF)Edge profile (lineari-201M1211s8bmp-6 ,4 0 2 4 6sl0pixmwxori zn =ia=CIKJ0 4 o.mE FEM二Ency. cyc-es/p-KE-Rorr35x45 px巴伊LR T BUSIES -4E190lrQ.ge Bnu.a *5.SB dEgM ESIInnhBrtnbntrna22*,003圖18下圖顯示MTF/SFR主要數(shù)據(jù)，黑色實線為原始數(shù)據(jù)；紅色虛線則代表移除數(shù)字相機內(nèi)建銳利化效果的表現(xiàn)。Imatest會將原始

49、MTF影像降低50%的明亮度計算SFR ,這樣可以保留影像細節(jié)不會被測試圖上的雜點所干擾，標示為MTF50以區(qū)別。Imatest會將計算的 SFR值轉(zhuǎn)換成 LW/PH (line widths per picture height ) 1 個 LW/PH = 2 *line pairs per millimeter (lp/mm) 。YDT1607-2007 的規(guī)范為：30萬像素中心不低于 200 Lw/PH 。圖19主要關(guān)注CA值，代表了色散，該值越小越好。5.3.3 畸變測試畸變主要是由鏡頭的球面效果引起的，計算方法如圖20：TV DistoirionSMIA TV Distortion = 10i0( A-B ;4 TAi4A眼Traditional TV Distortion = 10