Kamera-Schnittstellen

Kamera-Schnittstellen
Wie kommt das Bild
von der Kamera in die Software?
Schnittstellen-Fragen
Schnittstellen
 Physische Verbindung Kamera-Rechner (Kabel) = Kupfer oder LWL, Anzahl Adern,
Stecker, …
 Physisches Ende im Rechner: Onboard oder eigener Framegrabber (Einsteckkarte)
 Kommunikationsprotokoll = Geräteadressierung / -erkennung, Datenpakete,
isochroner Modus, Datenprüfung / -korrektur, Uplink-/Downlink-kanäle
 Ggf. zusätzliche Protokollschicht für Kameras, Bild-/Videodaten
 Programmierschnittstelle: Bereitstellung Videodaten (Formate), Kommunikation
mit Kamera (Steuerung=Parametrierung, Trigger, …)
 Besondere Anforderungen: große Datenmengen in garantierter Bandbreite,
Datenintegrität, zeitkritische Trigger, Zeitstempel, Taktsynchronisierung
verschiedener Geräte im Bus, Parametrierung/Steuerung der Kameras
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Schnittstellen-Fragen
3
Leitungen
 Netzwerk-Topologie: Punkt-Punkt oder komplexer?
(beides Vor-/Nachteile, z.B. bei Netzwerken: Anmeldung von Kameras  Plug & Play)
 Datenrate / Bandbreite?
 Länge?
 Kupfer oder Lichtleiter ("LWL", als Glas-/Kunststofffaser)? Repeater?
Steckervarianten?
Anzahl Datenleitungen (Teilparallelisierung)?
 Steuerung der Kamera (Kameraparameter, Trigger, …) über gleiche Leitung !
 Kamera-Stromversorgung gleich mit über gleiches Kabel?
Bildquelle: Wikipedia
Schnittstellen-Fragen
>> Ich höre immer nur Datenraten? <<
 Beispiel
• Inspektion einer Papierbahn 2m Breite, 10m/s Geschwindigkeit
• Zu finden sind Defekt ab >0.2mm Größe
 Entscheidung: notwendige Auflösung 100µm x 100µm
 Wahl: Zeilenkamera 
• Auflösung quer zur Bahn 2m / 100µm = 20k Pixel
m
• Auflösung längs der Bahn 10 s / 100µm = 100kHz Zeilenfrequenz
• 1 Byte / Pixel Grauwertauflösung
 2 GHz Pixelclock = 2 GB/s = 16 Gb/s = 16 GHz Datenrate
+ RBG …, 12bit…
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Schnittstellen-Fragen
Im Rechner
HW
 Datentransport  verschiedene interne Bus-Systeme.
Potentielle Konflikte?
 Potentielle Flaschenhälse / Busse:
North-/Southbridge (Chipsatz), CPU, CPU-FSB,
Speicher (RAM)
 Erweiterungskarten (Framegrabber)
•
•
•
•
Vorwiegend über Peripheral Component Interconnect (PCI)
Aktuelle Version PCI-Express (PCIe): bis zu 1GB/s pro Lane
Datentransport per Direct Memory Access (DMA)
Achtung: Über Bus laufen auch Interrupts
 Es gibt nicht nur (Intel-basierte) PCs! (z.B. embedded Systeme)
 Framegrabber: Nur bei Analogvideo noch die urspr. "Grabbing" Funktion (ADC),
ansonsten Digitalvideo  Systembus + Pufferspeicher, ggf. Vorverarbeitung (FPGAs)
Bildquelle: www.hardwaregrundlagen.de
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Schnittstellen-Fragen
SW
 OS
• Windows, Windows CE
• Linux, Linux-Derivate (RTLinux, …)
• ….
• Auswahlkriterien: HW-Plattform, Echtzeitfähigkeit, verfügbare Software (SDKs),
OS-Support / Updates (Fluch und Segen!),
sowie ggf.: Kundenvorgaben, weitere Anwendungen auf gleichem Rechner, …
• Es gibt nicht nur Intel-PCs:
Embedded Systeme (Smart Cameras …), FPGA (eigene Programmiersprache), …
 Programmierung
• Von wem bekomme ich die Bilddaten?
• An wen gebe ich Steuerbefehle für die Kamera ab?
• Spezielle Treiber / APIs / Libraries? Sehen die für jeden Kameratyp / jeden
Hersteller gleich aus? Variablennamen und Typen?
Besser wäre einheitliche Programmierschnittstelle
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Schnittstellen-Standards
Schnittstellen-Standards
Standards
 Schnittstellen = Standardisierungsthema
Jede Kamera eigene Stecker, Kabel, Framegrabber, Treiber … nur Verlierer
 Umfasst physische Implementierung (Signale, Kabel,…) und Datenprotokolle;
beim Aufsetzen auf andere Standards (Ethernet, USB,…) nur letzteres.
G3
 AIA
Automated Imaging Association, USA, 330 Mitglieder,
seit 1984, www.visiononline.org
 EMVA
European Machine Vision Association, EU, 126 Mitglieder,
seit 2003, www.emva.org
 JIIA
Japan Industrial Imaging Association, JP, 51 Mitglieder,
seit 2006. www.jiia.org
 Standardisierungskomitees (Industrievertreter). Standards als Marken ™ ®,
d.h. Hersteller benötigen Lizenzen, Konformität wird gesichert.
(Schöne Konsequenz: Produktsuchfunktion bei Standard-Verwaltern)
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Schnittstellen-Standards
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Analog-Video
 RS170/NTSC bzw. CCIR/PAL: Alle Informationen in einem Signal kodiert,
Bildsignal (s/w und Farbe), Zeilensprung, Bildwechsel, Austastung (Dunkel bei
Zeilenrücksprung)  Composite Video / Farb-Bild-Austast-Synchron Signal (FBAS)
 Signaltransport typisch über 75Ω Koaxialkabel,
oder S-Video (Luminanz und Chrominanz in separaten Leitungen
 Formal keine Beschränkung in Kabellänge
 Framegrabber (mit AD-Wandlung) notwendig
 Alle weitere Signale (Kamerasteuerung, Trigger …)
über separate Leitungen / Stecker, nicht standardisiert
Bildquelle: Wikipedia
Schnittstellen-Standards
Camera Link ™
 Seit 2000. Verwaltet von AIA. Letzte Version 2.0.
 Standard umfasst Kabel, Stecker und Datenprotokolle.
 Punkt-zu-Punkt Verbindung: Kamera – Framegrabber
 Kameratiming und -kommunikation nicht definiert; stellt nur (mehrere) physische
Schnittstellen für Uplink (Kamerasteuerung, Trigger,…) bereit
 Kabel typ. 10 … 15m möglich. Darüber hinaus Repeater oder Glasfaserkabel
 Stromversorgung 12V / 4W möglich (Power over CameraLink, PoCl)
 Basiert auf LVDS (Low Voltage Differential Swing) -Technologie.
Ein Chip(satz) stellt 28bit-Verbindung
über 5 Adern mit 240MB/s bereit
 Option: mehrere Chips / Kabel parallel
Bildquelle: Stemmer Imaging
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Schnittstellen-Standards
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Camera Link Konfigurationen
Konfig.
Chips
Kabel
Datenformate
Datenrate
Base
1
1
3 x 8bit, 2x 10/12bit, 1x 14/16bit, 1x24bit (RGB)
250 MB/s
Medium
2
2
4 x 8/10/12bit, 1x30/36bit (RGB)
510 MB/s
Full
3
2
8 x 8bit, …
675 MB/s
Seit 2012: Camera Link HS ™
 Div. Verbesserungen, z.B.
•
•
•
•
Höhere Datenrate, 300 MB/s … 16 GB/s
Fehlerkorrekturmechanismus (CRC Prüfwerte)
Verbessertes Triggering (Jitter im ns-Bereich)
Programmierschnittstelle angelehnt an GenICam, aber nicht konsequent
Vor-/Nachteile Camera Link





Generische Kamera-Schnittstelle
Schnell
Verbreitet
Framegrabber erforderlich, Spezialkabel ( Kosten)
Stromversorgung möglich ("PoCL")
Schnittstellen-Standards
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Gigabit Ethernet
 Umfasst Stecker, Kabel und Netzwerk- / Datenprotokoll (in div. Schichten)
 Erste Varianten in den 70ern. Vorgänger 10Base, 100Base.
Erst mit Gigabit Ethernet ausreichende Datenraten für unkomprimiertes Video.
Zukünftig 10- / 40- /100-Gb/s, 400 Gb/s und 1Tb/s in Planung
 Physikalische Verbindung über Kupfer
(CAT5e oder CAT6, bis 100m) oder Glasfaser
 Power over Ethernet (PoE): 48V, 350mA, ~15W
 "Anarchische" Kommunikations-Organisation
(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)
 robust, aber eigentlich ungeeignet für zuverlässige
Verbindungen mit garantierter Bandbreite
 Mit Hubs/Routern/Switches komplexere Netzwerktopologien realisierbar.
Multicast (one-to-many) möglich  z.B. Parallelisierung der BV auf mehreren
Rechnern.
 Weit verbreitete Technologie, günstige und zuverlässige HW verfügbar.
Als Industrial Ethernet Einzug in industrielle Produktionsumgebungen
Bildquelle: Wikipedia
Schnittstellen-Standards
GigE Vision ®
 Seit 2006, verwaltet von AIA, letzte Version 2.0
 Nicht auf Gigabit-Ethernet (GigE) beschränkt.
Basiert auf UDP/IP (statt TCP/IP): unsicherer, aber schneller
 GigE Vision umfasst
• Device Discovery: automatische Suche nach Kameras, bzw. automatische
Anmeldung von Kameras
• GigE Vision Control Protocol (GVCP): Protokoll zur Kommunikation mit der
Kamera = Uplink- / Downlink Datenkanäle
• GigE Vision Streaming Protocol (GVSP): Video-Datenformate, Zerlegung des
Bildes in Datenpakete, Resend-Option, Komprimierung möglich
 Verweist auf GenICam als Standard für Programmierschnittstelle
 Treiber
• Moderne OS haben bereits ("Socket-") Treiber für Ethernet integriert: einfach,
aber eingeschränkte Performance. Alternativ: "Filtertreiber" (umgehen IP-Stack),
müssen extra installiert werden. Laufen im Kernel  höhere Priorität
• Treiber-Unterschiede: Bilddaten werden von Netzwerkkarte oder von CPU aus
Datenstrom separiert
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Schnittstellen-Standards
GigE Vision ® ff
 Seit Vers. 2.0 Prescision Time Protocol –PTP IEEE1588 möglich:
Präzisionsuhrsynchronisation = Synchronisierung der Taktgeneratoren in Kameras
auf einen Master (verbesserte Echtzeitfähigkeiten)
Vor-/Nachteile
 Sehr kostengünstig, von allen OS unterstützt, Hardware meist onboard, gute
Verfügbarkeit von Komponenten und Zubehör (auch industrielle Qualität)
 Große Kabellängen
 Zukunftssicher
 Netzwerke möglich, Plug & Play möglich
 Option Stromversorgung
 Ggf. vorhandenes Netzwerk nutzbar (Vorsicht!)
 Keine generische Video-/Kamera-Schnittstelle,
Datenrate und Timing-Sicherheit können nicht zugesichert werden
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Schnittstellen-Standards
IEEE 1394
 Auf Apple zurückgehender serieller Bus für PC-Peripherie: Firewire™
(= i.Link™ von Sony u.a. Markennamen)
 IEEE 1394 : Offizieller Standard seit 1995, verwaltet von Institute of Electrical and
Electronics Engineers und 1394 Trade Association
 Standard für Kabel/Stecker und Datenprotokoll
 Versionen
• 1394(a) / FireWire 400: 100, 200 oder 400 Mb/s
• 1394b / FireWire 800 : Erweiterung um 800 Mb/s, neue Steckervarianten,
Option alternative Leitungen (Koax-, Ethernetkabel, Lichtleiter), …
• 1394c, 1394-2008 / Firewire S3200 : bis zu 3,2 Gbit/s verfügbar,
 Kabellängen (zwischen 2 Geräten) hängen von Datenrate und Leitungstyp ab,
zwischen 4.5m (1394a) und >100m (CAT5, LWL)
 Komplexere Netzwerktopologien möglich (<64 Geräte, bzw. 16 pro Daisy Chain),
darüber hinaus mit Brücken
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Schnittstellen-Standards
IEEE 1394 ff
 Von Anfang an auch für Video- (und Audio-) Anwendungen konzipiert,
entsprechend hohe Verbreitung (Digitale Filmproduktionen, Camcorder …)
 Isochroner Transfermodus = feste zugesicherte Bandbreite (bis 80% nominelle
Bandbreite), aber keine Resend bei korrupten Datenpaketen (alternativ
asynchroner Modus)
 Zwei Datenleitungen für Voll-Duplex
 DCAM (1394-based Digital Camera Specification) : eigenes Video Datenformat /
Standard zur Kamerasteuerung, von der IIDC (Instrumentation & Industrial Digital
Camera Working Group). Definiert auch Standard-Bildformate und –Bildraten.
Vor-/Nachteile
 Seitens fast aller OS unterstützt, ggf. keine zusätzliche HW (Framegrabber)
notwendig
 Netzwerke möglich, Plug & Play, Hot Plug
 Stromversorgung möglich (8 … 33V, 1.5A bzw. 45W)
 Generische Video-Schnittstelle, aber wahrscheinlich nicht mehr lange unterstützt
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Schnittstellen-Standards
USB
 Allgemeine Computerperipherie (Maus, Drucker, ext. HDD…)
 einfach und kostengünstig, zuerst keine Videoanwendungen
 Versionen
•
•
•
•
USB 1.0: 1996 von Intel, 1.5 Mb/s (Lowspeed), 12 Mb/s (Fullspeed)
USB 2.0: 2000, bis 480 Mb/s (Hi-Speed)
USB 3.0; 2008, bis 4 Gb/s (Superspeed), neue Stecker
angekündigt USB 3.1, bis 10 Gb/s, neue Anschlüsse
 1 Datenleitung (kein Vollduplex),
Stromversorgung möglich (5V, 500mA, bzw. 900mA bei USB 3.0)
 Max. Kabellänge (in fast allen Versionen) ≤5m
 Netzwerktopologie= Baumstruktur mittels Hubs, bis zu 127 Geräte
 Isochroner Transfermodus (ohne Fehlerkorrektur) möglich
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Schnittstellen-Standards
USB Vision ™
 SW-/Programmierschnittstelle,
Setzt auf USB 3.0 als Transport- und
GenICam als Programmierstandard auf
 Seit 2013, Standard wird von AIA verwaltet
 Erster (Machine-Vision- tauglicher) Videostandard für USB
• Hohe Bandbreite ~450 MB/s
• Echtes Plug & Play
• Kabel bis 5m, mit Stromversorgung
 Sehr neu, baut auf zunehmende Verbreitung von USB 3.0,
noch wenige Kameras verfügbar
Vor-/Nachteile
 Seitens fast aller OS unterstützt, oft keine zus. Hardware (Framegrabber) notwendig
 Netzwerke möglich, Plug & Play, Hot Plug
 Stromversorgung möglich (8 … 33V, 1.5A bzw. 45W)
 Keine einheitliche SW-Schnittstelle  gerätespezifischer Treiber
 USB selbst ist keine generische Video-/Kamera-Schnittstellle
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Schnittstellen-Standards
CoaXpress ™ (CXP)
 Seit 2009. Unterstützt von JIIA. Aktuelle Version 1.1. www.coaxpress.com
 Standard für HW+SW: Datenprotokoll, Kabel, GenICam als Programmierschnittstelle
 Bilddaten, Kamerasteuerung und Stromversorgung über ein einziges Koaxkabel,
Reine Punkt-zu-Punkt Verbindung Kamera-Framegrabber
 Downlink (Bilddaten) bis 6.25 Gb/s (!), Uplink 20Mb/s
 Verschiedene Varianten = Datenraten/Kabellängen.
CXP-1 (1.25Gb/s, >200m) … CXP-6 (6.25Gb/s, 68m)
 Option: mehrere Links (Kabel) parallel
 Zwar Prüfung der Datenintegrität (CRC), aber keine Resend-Option
 Trigger: feste Latenz von 3.5µs, Jitter einige ns
 Optionale Spannungsversorgung 24V, 13W
Vor-/Nachteile




Hohe Bandbreite
Preiswerte Kabel (Viele alte Analog-Systeme nutzen Koaxkabel)
Plug & Play
Framegrabber notwendig
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Schnittstellen-Standards
20
Übersicht
Schnittstelle
Camera Link
Max. Datenrate (brutto)
680 MB/s
1)
Max. Kabellänge
(Kupfer)
Framegrabber
Power
over …
~10 m
Ja
Ja
GigE Vision
125 MB/s
>100 m
Nein
(Ja)
Firewire
400 MB/s
4.5 m … >100 m 2)
Nein
Ja
USB Vision
450 MB/s
5m
Nein
Ja
CoaXpress
600 MB/s … 3 GB/s 1)
68 m … >200 m 3)
Ja
Ja
Alle Angaben ca.
1) Mehrere Kabel parallel
2) Je nach Kabeltyp
3) Für höchste / niedrigste Datenrate
Mögliche Kabellänge immer abhängig von der Kabelqualität (Hersteller) und der
tatsächlichen Datenrate. Darüber hinaus Repeater oder Umsetzer auf LWL möglich.
Ausführlicher (nicht ganz aktueller) Vergleich auch unter www.ni.com/white-paper/5386/en/
Schnittstellen-Standards
Programmierschnittstellen
OS-native Programmierschnittstellen
 z.B. Windows:
• DirectShow (ehem. DirectX)
• Video for Windows (VfW): eingeführt 1992 mit W3.1, heute obsolet
OS-übergreifend
 TWAIN (urspr. für Scanner), für Windows, Linux, MacOS, Open Source
 Bibliotheken wie OpenCV
Hersteller-spezifisch
 Kamerahersteller stellen eigene APIs und Treiber bereit (für alle OS?)
Wunsch
 Programmmierschnittstelle (und damit die eigene SW) unabhängig von
Kameratyp / Hersteller / OS
 Volle Unterstützung von BV-relevanten Funktionen (Kamerasteuerung…)
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Schnittstellen-Standards
GenICam ™
 Generic Interface for Cameras.
Seit 2006. Verwaltet von der GenICam Standard Group, betreut von EMVA.
www.genicam.org
 Standardisierte Programmierschnittstelle (Kamerasteuerung), unabhängig von
verwendetem Datentransport (GigE, CameraLink, USB, …)
 GenICam besteht aus mehreren Modulen (in unterschiedlichen Versionierungen)
• GenApi: Abfrage & Setzen der Kamerakonfiguration. Jede Kamera macht ihre
Features bekannt (in XML-Format)
• Standard Feature Naming Convention (SFNC): Konvention für Namen und
Datentypen der Kamera-Features
• GenTL: Transport Layer Interface, Finden und Adressieren von Kameras,
Bildaufnahme
• GenCP: Generic Control Protocol
• GenTL SFNC: Empfohlene Namen und Datentypen für Transport Layer Interface
• CLProtocol: GenICam-Implementierung für CameraLink
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Schnittstellen-Standards
23
Fazit Schnittstellen
 Die großen Spieler
• CameraLink (-HS)
• GiGE Vision
• CoaXPress


USB Vision
IEEE 1394 (= Firewire)
standardisieren immer die physische Seite (Stecker, Kabel, Signalpegel und –raten, …)
und die Datencodierungen (Videoformate, Up-/Downlinkkanäle, …),
t.w. auch die Programmierschnittstelle.
 Es gibt große Unterschiede in Leistungsfähigkeiten, Preis und verfügbaren Komponenten
 Jeder Standard umfasst verschiedene Varianten: Stecker-/Kabeltypen, Konfigurationen …
 Und: von jedem Standard gibt es verschiedene Versionen
 Die Entwicklung ist schnell (demnächst: Thunderbolt ™?) ,
umkämpfter Markt
 GenICam standardisiert die Programmier-Schnittstelle
Schnittstellen-Standards
Marktübersicht 2012
"Wie häufig werden Sie in 2 Jahren Kameras mit folgenden Schnittstellentypen
verkaufen?"
Aus: Marktumfrage „Kameras in der Professionellen Bildverarbeitung 2012“,
FRAMOS GmbH + Fachmagazin INSPECT
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Kabel
… und EMV
Kabel
Kabelanforderungen
 Mechanische Belastbarkeit
• Flexibilität / Biegeradius, Biegewechselfestigkeit (Schleppketten)
• Verwindungsfestigkeit (Torsion, für Roboter)
 Isolationsmaterial
•
•
•
•
Halogenfrei, wg. Brandverhalten (PVC ! ) und Umweltverträglichkeit
Ölbeständig
Silikonfrei (ggf. auch fettfrei): Lackierstraßen, Beschichtungsanlagen
Reinraum (oberflächenstabil), hier auch keine gelöteten Verbindungen
(Flussmittel)
 Steckeranforderungen
• Analog zu Kabeln
• Zusätzlich: Arretierbar
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Kabel
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Elektrische Eigenschaften
 1Stk Kabel = RLC-Tiefpass
 Digitalsignale enthalten Oberwellen,
d.h. höchste Frequenz > Datenrate
Zeitsignal
Spektrum
Amplitude
2
6
1.5
4
1
2
0.5
0
0
5
t
10
0
0
10
20
30
f
 Je länger das Kabel, desto mehr werden hohe Frequenzen gedämpft
Beispiel:
Camera Link Kabel
 Tatsächliche Dämpfung hängt von Kabelausführung (Isolationsmaterialien, …) ab
 Kriterium für Kabelqualität
Bildquelle: Stemmer Imaging
EMV
Exkurs: EMV
 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV):
"Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung, in ihrer elektromagnetischen Umgebung
zufriedenstellend zu funktionieren, ohne diese Umgebung, zu der auch andere
Einrichtungen gehören, unzulässig zu beeinflussen."
EMV & Kabel:
Unshielded Twisted Pair (UTP), Foiled Twisted Pair (FTP), Shielded Twisted Pair (STP)…?
28
EMV
?
Einfache Verbindung
 Kamera in Entfernung
von Rechner eingesetzt
 Leitungen für Versorgungsspannung 𝑈𝑣 und Signal
𝑈𝑣𝑖𝑑𝑒𝑜
29
Kameraelektronik
?
Framegrabber
𝑈𝑣
Netzteil
𝑈𝑣𝑖𝑑𝑒𝑜
 Ggf. weitere, parallel geführte Leitungen anderer Geräte und Anlagen
 Naiver Aufbau: Gemeinsame Versorgungs- / Signalmasse
Netzstörungen
 Andere Anlagen erzeugen Störungen auf den Netzleitungen (230V)
 pflanzen sich über
interne Versorgungsspannung bis ins
KameraFrameVideosignal fort
elektronik
grabber
𝑈𝑣𝑖𝑑𝑒𝑜
Abhilfe: Netzfilter
𝑈𝑣
Netzteil
𝑈𝑠𝑡ö𝑟
EMV
30
Gemeinsame Masse
 Interne Versorgungsströme
 Spannungsabfall über
gemeinsamer Masse
 𝑈𝑣𝑖𝑑𝑒𝑜
𝐼𝑣
Kameraelektronik
Framegrabber
𝑈𝑣𝑖𝑑𝑒𝑜
𝑈𝑣
Netzteil
𝑈𝑠𝑡ö𝑟
 Vorsicht: Impedanz der
Masseleitungen für hohe
Frequenzen > ohmscher Widerstand (Leitungsinduktivitäten, Skineffekt)
Abhilfe Symmetrie
 Symmetrische Signalübertragung, Signal =
Spannungsdifferenz
 Erfordert 2 Adern
𝐼𝑣
Kameraelektronik
Framegrabber
𝑈𝑣𝑖𝑑𝑒𝑜
𝑈𝑠𝑡ö𝑟
𝑈𝑣
Netzteil
EMV
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Einstreuung von elektrischen Feldern
 Parallele Leitung führt
hohe Spannung
 Kapazität paralleler
Leiter  Einkopplung von
Störspannung
𝐸
?
Kameraelektronik
Framegrabber
𝑈!
𝑈𝑠𝑡ö𝑟
Abhilfe Abschirmung
 Umkleidung der Signalleiter mit elektrisch leitendem Material (Faradayscher Käfig)
 Ausführungen als Folie (Alu)
oder Schirmgeflecht (Kupfer)
 Abschirmung an Masse
anschließen
?
𝐸
Kameraelektronik
Framegrabber
𝑈!
EMV
32
Einstreuung magnetischer Felder
 Parallele Leitung führt
hohen Strom
 Gegeninduktivität zwischen
parallelen Leitern / Signalleitungen bilden Schleife
 induzierter Störstrom
?
Kameraelektronik
𝐵
𝐼!
Framegrabber
𝐼𝑠𝑡ö𝑟 → 𝑈𝑠𝑡ö𝑟
Abhilfe verdrillte Leiter
 Richtung der Leiterschleife ständig wechseln
 Summe der induzierten
Ströme hebt sich auf
 Twisted Pair
?
Kameraelektronik
𝐵
Framegrabber
𝐼!
EMV
Einstreuung elektromagnetischer Felder
 Leitungen in der Nähe führen
Wechselspannungen / -ströme
 Abstrahlung elektromagnetischer Wellen
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𝐻𝐹!
𝐸, 𝐵
Kameraelektronik
Framegrabber
 Leitungen wirken als
Antennen
 Abstrahl- und Einfangeffizienz ~𝑓 2 = 𝜆−2  besonders für HF- Signale (Oberwellen)
 Antennenlänge ~ 𝜆 (1 GHz x 5. Harmonische = 5 GHz  𝜆~0.05 𝑚𝑚)
 Rechtecksignale, Schaltvorgänge (steile Flanken) enthalten Oberwellen:
• geschaltete Motoren
• elektr. Funken, Schweißen
• Frequenzumrichter …
• + Sender (Mobilfunk)
Abhilfe:
Abschirmung, Einhausung !
Kameraelektronik
Framegrabber
EMV
Fazit EMV
 EMV wird erreicht durch
• richtig abgeschirmte - / Twisted-Pair Kabel
• richtig abgeschirmte Gehäuse
 Gute Abschirmung (metallische Hülle + richtiger Kontakt zur Masse) ist nicht trivial.
Öffnungen in Schirmung/Gehäuse < 𝜆/8
 Gehäuse müssen oft auf (Schutz-)Erde liegen.
Gehäuse sind oft über die Befestigungen miteinander verbunden
 unerwünschte Leiterschleifen
 EM-Einstrahlung ist ein Grund für Verwendung digitaler Signale
 Normen und Richtlinien: EMV-Richtlinie (CE), EN 61000 u.a.
34

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