网络摄像机IP camera的设计与调测试总结

目录

1. 实习工作概述 ...................................................................................................................... 1 2. 培训总结与基础知识学习 .................................................................................................... 1

2.1

培训项目 ............................................................................................................................. 1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.2

实验室规章制度与仪器操作 ..................................................................................... 1 常用电路和芯片应用 ................................................................................................ 2 开关电源培训 ........................................................................................................... 2

基础知识学习 ...................................................................................................................... 2 2.2.1 2.2.2

研发软件的学习 ........................................................................................................ 2 信号完整性分析 ........................................................................................................ 2

3. 项目硬件设计 ...................................................................................................................... 3

3.1 3.2 3.3

项目方案简介 ...................................................................................................................... 3 芯片功能研究 ...................................................................................................................... 4 电源方案选型设计 ............................................................................................................... 5 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4

参考样机功耗测试 .................................................................................................... 5 电源方案改动与功耗计算 ......................................................................................... 6 DC-DC芯片选用 ....................................................................................................... 7

原理图设计 .......................................................................................................................... 8 3.4.1 3.4.2 3.4.3

芯片接口设计 ........................................................................................................... 8 电源参数设计 ........................................................................................................... 9 红外LED电路设计 .................................................................................................. 11

4. 样机制作调试 .................................................................................................................... 12

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

上电检测 ........................................................................................................................... 12 焊接故障排查 .................................................................................................................... 13 FLASH芯片调试 ................................................................................................................ 13 电源纹波调试 .................................................................................................................... 14 无线功能调试 .................................................................................................................... 15

5. 物料和样机测试 ................................................................................................................ 15

5.1

系统复位时间测试 ............................................................................................................. 15

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5.2 5.3

红外LED测试 .................................................................................................................... 16 图像质量测试 .................................................................................................................... 17 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4

Color check ............................................................................................................ 17 SFR测试................................................................................................................. 19 畸变测试................................................................................................................. 21 Dynamic range ....................................................................................................... 22

6. 总结与感想 ....................................................................................................................... 22 致谢 ......................................................................................................................................... 23

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1. 实习工作概述

实习阶段开始于7月18号，到现在已过去四个月时间了。回顾这段历程可把实习期间的工作分为三个阶段来描述：

（1）

入职培训与基础学习：入职培训时间主要集中在7月和8月份，主要包括公司规章制度和员工守则培训，然后是实验室制度与仪器操作、常用电路设计和硬件开发相关软件的学习与使用。

（2）

原理图与PCB设计阶段：这段时间主要是对项目电路方案的理论学习并参照Demo进行具体设计的阶段，此时对嵌入式网络产品的基本电路模块及模块电路的芯片等构成有了较明确的认识，同时学习《信号完整性分析》一书，对PDB要点的设计和后续的电路调试打下理论基础。

（3）

样机制作与调试：样机制作调试是对电路功能、稳定性和可靠性的验证阶段，主要工作包括物料测试与选用，模块电路的调测试等。

在实习过程中，各阶段都遇到了或多或少的疑虑和困惑，如原理图的设计规范，还有对工作流程的熟悉，与各部门之间的沟通，如何提高工作效率等。而通过对遇到问题和困惑的解决，自己也慢慢地熟悉了项目流程，增加了工作经验。

2. 培训总结与基础知识学习

培训与学习是胜任工作所必须的一个过程。来到公司，首先就是对工作规范和工作环境的熟悉，之后便是部门内部一些系统性的集中培训，通过培训和基础知识的学习积累了一定的基础，下面将对这一阶段的主要培训与学习过程进行总结。

2.1 培训项目

2.1.1 实验室规章制度与仪器操作

工欲善其事必先利其器，掌握好实验室常用仪器的操作使用能帮助我们提高样机测试时操作的规范性和效率并得出正确的测试数据，而遵守实验室规章制度则可起到保护人身安全及仪器寿命等方面的作用。

通过实验室仪器操作使用的相关培训后，在一定程度上了解了仪器的使用方法，如示波器、AC Source、直流电子负载等设备。但不足之处是参加培训的人数较多且时间也有限，因此在培训过后对部分仪器的使用仍有不够熟悉的地方。不过随着以后仪器使用次数的不断增多，以及同事间的相互帮助，还是可以很快地掌握仪器的常用操作过程。

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2.1.2 常用电路和芯片应用

常用的电路和芯片的培训包括复位电路设计、Flash分类与应用、Sdram简介等。其中复位电路的几种电路形式对比让人比较深刻认识到复位时间的概念，同时也理解和认识了各种复位电路性能的优劣以及采用专用复位芯片的原因。

存储器是嵌入式系统中的基本组成部分，也是不可或缺的器件，培训主要讲解了Flash和Sdram的知识。Flash的培训介绍了其分类并重点学习了我司常用的Nor flash芯片的读写方式和时序。Sdram方面介绍了SDR、DDR等在内部结构和速度上的差异，对内存与CPU之间的走线问题有了初步认识，也开始接触到了高速数字设计中的一些知识点。

2.1.3 开关电源培训

开关电源培训包括AC-DC与DC-DC电源，由于我们部门主要的工作之一就是电源的设计，所以开关电源方面的培训也占了较大的篇幅。从开关电源基本电路模块的设计开始，再到电阻电容电感等物料的选用，最后到安规认证以及电源的调测试内容，可以说每一步都有严格的规范和要求。

DC-DC电源的培训包括了Buck、Boost、Buck-boost三种基本电路的公式推导和电感电容的计算，并重点讲解了电容选取时所需要注意的ESR、耐纹波值等参数要求。而AC-DC反激式电源的设计则是一个较为繁琐的过程，特别是变压器的设计，由于存在多个变量，设计过程中需要反复较调以满足漏感、能效、安规和体积等要求。

2.2 基础知识学习

2.2.1 研发软件的学习

在实习期间，需要学习掌握的硬件设计相关软件主要有OrCAD、PowerPCB5.0和SI9000。刚开始学习OrCAD时，导师给出了某机型反激式开关电源的原理图以供参照绘制，通过绘制电路图初步熟悉了元器件的原理图封装绘制、原理图设计、网表生成和BOM的制作等步骤。由于公司有专门的原理图设计规范，因此刚开始绘制原理图时出现了不少细节遗漏或错误，后来参加了原理图设计规范培训，使之后的原理图设计更加规范，也深刻体会到了工作的严谨性。

PowerPCB的学习一方面参考《OrCAD9.2和PowerPCB5.0实用教程》，另一方面参加PCB布线基础培训，其中涵盖了布局规范、布线的3W原则与串扰控制、屏蔽措施、阻抗匹配和电源与地的完整性等内容，获益良多。而SI9000软件则是走线阻抗计算的一款二维场求解软件，只要先设定好传输线类型和有关的导线等尺寸距离参数，就可以方便计算出给定传输线特征阻抗。

2.2.2 信号完整性分析

信号完整性问题是高速数字设计中不可回避的问题，在此之前我对高速数字设计相关的内容还缺乏相应了解，在导师的建议下开始了《信号完整性分析》一书的学习。这本书

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从电子产品的发展开始讲起，从中引出了信号完整性这个主题，对学习和理解高速信号问题有很大的帮助。

通过对这本书的学习我首先对信号频率、上升时间和带宽的关系有了一定的理解，书中的一些经验公式对一些信号的估算也很有用。除了信号参数介绍以外，书本花了较大篇幅分析了传输线的特性。如果没有从物理层面去分析传输线，相信很难理解瞬态阻抗和特征阻抗是什么东西。在看过书本的分析介绍后则会有较为明确的理解，原来瞬态阻抗的本质是传输线信号路径与返回路径之间的电容在驱动电压下不断充放电的结果，而这个瞬态阻抗就是瞬间电压与电容充电电流的比值，而对于瞬态阻抗恒定的传输线而言，瞬态阻抗就等于其特征阻抗。

学习完传输线的物理基础后便开始转入传输线反射、损耗和传输线串扰等章节的学习。信号在传输线中所表现的串扰反射问题是PCB布线过程中不容忽略的一点，作为硬件工程师，则必须在layout requirement中为PCB设计工程师提供详细的PCB布线参考。如时钟信号线的包地处理，信号线的3W走线原则，信号回流等问题，都应该尽量减小信号间的串扰，对于关键高速信号线而言还必须根据CPU等芯片的手册时序要求在PCB布线时采取等长走线的方法。关于传输线的反射问题，采取的解决办法是增加匹配电阻，如并串联匹配、戴维宁匹配等，可以通过调试电阻的取值使反射系数尽量减小，从而提高信号质量。

3. 项目硬件设计

IP Camera项目的硬件设计过程包括了芯片方案研究、电源方案选定与设计、硬件功能的更改及原理图的设计等步骤。导师安排我与黄伟杰师兄共同负责硬件的设计，硬件设计一共分为两块板子，在项目开始阶段我主要负责两方面的工作：一是负责摄像头板原理图绘制，二是参与系统电源方案的选型和设计。

3.1 项目方案简介

IP Camera称为网络摄像机，是随着互联网的普及而发展起来的一种视频监控设备。相对于传统的摄像机而言，IP Camera的优势在于可通过网络随时随地访问到摄像机拍摄的图像，并且可以使用不同的存储方式对影像进行储存。还可以通过有线和无线的方式接入网络。本项目方案的电源系统和摄像头板的原理框图如图1所示。

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图1

系统电源部分，一共有5V、3.3V、2.5V和1.8V四路电源，其中红外LED夜视功能电路采用5V供电。无线WIFI功能预留了两种接口，如果采用标准USB接口则供电电压为5V，若去除USB接口而采用普通接插件，则可以利用3.3V电源给WIFI电路板供电。在摄像头板上使用的电源有5V、3.3V和1.8V三路。电源的选型与设计将在下一节中具体阐述。

系统硬件由两部分PCB板组成，主板由CPU、DDR、FLASH等芯片构成基本的硬件系统，主要负责软件系统的运行，另外集成了USB/接插件WIFI接口、摄像头电源供电以及图像传输的USB数据接口。摄像头板上使用的芯片主要有光电器件（Sensor）OV7725，DSP芯片MPG260和EEPROM芯片24C64，其中Sensor负责将接收的图像经由内部AD模块转化为数字信号并进行自动白平衡、自动曝光、色彩还原等控制。由Sensor处理后的数字图像数据经过并行接口进入DSP器件MPG260，然后对数据作进一步处理，如可以通过对DSP芯片上IO口的控制实现图像显示的翻转功能。最后，芯片MPG260通过USB接口将数据传送至CPU，进而实现图像的有线或无线网络传输。

3.2 芯片功能研究

项目开始后，我拿到了Sensor和DSP芯片的规格书，然后对摄像头板上几个主要芯片的具体功能进行了学习熟悉。

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Sensor器件OV7725是一款30万像素的CMOS图像传感器，内部集成了比较丰富的功能模块。首先是时钟发生器，它一方面产生内部所需的时钟另一方面负责行同步与帧同步信号的产生输出，此外还控制着自动曝光（AEC）的功能。然后是模拟信号处理器，光电变换的电信号经过放大后则进入模拟信号处理器，包括了自动增益控制（AGC）和自动白平衡（AWB）在内的模拟图像处理功能。经过模拟信号处理器的RGB信号将进入ADC模块进行模数转换，经ADC数字化的信号再进入DSP模块进行色彩空间变换和格式编码，如RGB565、YUV等图像编码方式。此外DSP模块还起到色彩饱和度控制、伽马值调节以及降噪功能。最后，图像数据通过并行数据接口连接至外部独立的一块DSP芯片作进一步处理。而外部DSP芯片则通过串行协议接口对Sensor实施控制和功能上的操作。

Sensor输出的数据将进入DSP芯片MPG260，它是一款USB2.0接口的电脑摄像头控制器，可以负责图像数据的高速传输。它的另一重要功能是内部集成了图像处理机制，具备像素坏点滤除、色彩插补、白平衡控制、降噪、轮廓与锐度增强、伽玛值校正、对比度调节以及JPEG编码功能。本方案中MPG260芯片还外接了一块64Kbit的EEPROM，主要用来存储一些图像配置数据。对于MPG260芯片上集成的另外一些功能如自动聚焦功能、40dB增益的音频ADC输入等，在本设计中未使用。

3.3 电源方案选型设计

电源方案选型主要考量的地方有成本、功耗（发热情况）、PCB占用空间和适配器选用，同时需要对参考样机做相关测试。

3.3.1 参考样机功耗测试

在电源方案选型之前，我们要求映佳方面提供参考样机各路电源的电流测试数据，此外我们也对映佳的参考样机做了电流测试。映佳样机的电源方案框图如下：

图2

映佳测试的电流数据与我们测试的电流数据值分别如表格1和表格2所示：

5V整机 3.3V 2.5V 1.8V 5 / 25

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不带红外与无线 包括红外与无线 500mA 670mA 380mA 470mA 表格1

150mA 180mA 250mA 250mA 2．我们测试的数据（裸板样机不带LED与无线）：

不带红外与无线 5V整机 535mA 3.3V 440mA 表格2

从测试数据来看，在不带红外LED和无线功能的情况下，映佳样机的功耗为P=5V×535mA=2.7W，RT5370无线WIFI模块预留的最大功耗为1.7W，红外LED的功耗一开始预留了1W，这样总功耗最大达到了5.4W。这样我们可以选用9V/0.85A的电源适配器，不过由于板子需要用到5V电源，所以9V适配器必须先经过DC-DC电路变换到5V电压，这样增加一路DC-DC电路无疑会导致成本上升，占用更多PCB空间。而且立项报告中选用的是5V/1A电源适配器，因此必须通过提高电源效率降低损耗来满足5V/1A电源适配器的功耗要求。

2.5V 100mA 1.8V 335mA 摄像头板 90mA 3.3.2 电源方案改动与功耗计算

为了降低电路的热损耗，我们采取的主要方法是将电流较大效率较低的LDO电路改为DC-DC电路，同时改变电源结构，得出以下电源方案框图：

图3

其中3.3V与2.5V两路设计最大电流为0.2A，1.8V电流为0.4A，若这三路电源全部采用DC-DC电路，并且按85%的效率来算，这三路的总功耗为：

P=（3.3V×0.2A+2.5V×0.2A+1.8V×0.4A）/0.85=2.2W

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红外LED电路经过测试与计算后确定每路LED电流不超过30mA，一共5路LED最大的电流则不超过150mA，因此LED电路的最大功耗小于P=5V×150mA=0.75W。无线WIFI模块RT5370预留的最大功耗仍然是1.7w。这样总功耗最大为：

P=2.2W+0.75W+1.7W=4.65W

最后，我们考虑将参考样机中的戴维宁端接匹配电路改为源端串接匹配电路，预计这样改动后2.5V电源电路的电流将会有较大下降，整机总功耗会进一步降低，从而使5V/1A电源适配器满足使用要求。

3.3.3 DC-DC芯片选用

电源方案树确定以后，进入DC-DC电源芯片的选用环节。首先我们想到的是公司常用的34063芯片，它具有成本低廉的优势，能输出最大达1.5A的开关电流，工作频率也可以在100Hz至100KHz之间调节。然而它也有较为明显的不足：由于其内部集成的双极型开关三极管存在一定的导通压降，导致其能够输出的最大电压与输入电压之间至少存在一定的电压差。其输入与输出电压关系如下图所示：

图4

参考其手册图表可发现，当输入电压为5V负载电流为500mA频率约为70KHz时，它能够输出的最大电压在3.3-3.5V之间。如果加上外部电感等元器件的压降，电源最终的输出

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电压可能达不到3.3V，所以可以认为采用34063的DC-DC电路不能将5V可靠转换为3.3V。对于1.8V/0.4A和2.5V/0.2A这两路电源，虽然34063的内部压降不影响输出电压值，但同样是因为芯片内部采用双极型三极管作为开关管，因此电源效率较低，只能达到70%左右。输了上述因素以外，34063电路占用的PCB空间也较大，所以最后考虑采用体积更小效率更高的DC-DC电源方案。

通过对效率、体积以及适配器输出电压的综合考虑，我们选用了MP2104DJ芯片用于电源设计方案中的DC-DC电路。它的优点是由于频率的提高到1.7MHz，使外部所需的电感量和滤波电容值大幅降低，从而减少占用体积。另外由于MP2104DJ内部采用了MOS开关管同步整流电路，使损耗变小，效率得到大幅提高。它拥有的600mA负载电流能力和2.5V-6V输入电压范围也能够很好满足我们的应用要求。

3.4 原理图设计

原理图的设计我主要负责摄像头这块电路，另外还参与DC-DC电源和LDO电源的设计，下面主要介绍芯片接口电路以及在Demo上改动的相关设计。

3.4.1 芯片接口设计

摄像头板的主要芯片为Sensor和DSP芯片，如下如所示，它们的硬件接口有并行的8bit数据线、I2C串行线、SENCLK和PIXCLK时钟线、HSYNC和VSYNC同步信号线。

图5

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图6

其中Sensor的10位并行接口只用了8位，主要取决于DSP芯片MPG260的数据接口数目，8位并行数据线能传输的图像格式有RGB565、RGB444、YUV等格式。同步信号HSYNC主要用于一幅图像中每行像素传输的起始同步，VSYNC则负责每幅图像的传输同步。

3.4.2 电源参数设计

进入原理图设计后，按照选定的电源方案开始了电源参数的计算，主要是MP2104DJ的DC-DC参数计算和LDO电源电路的计算，下面将3.3V这路电源的计算过程作为例子加以说明。下图是3.3.V电压的DC-DC电路：

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图7

3.3V电源的设计负载电流为200mA，取电感值为10uF，得出纹波电流为：

ΔI =

D×(Vin-Vo)0.66×1.7

= =66mA f×L1.7×106×10-5

结合芯片手册可知当电感为10uF时可以提高电源轻载时的效率，因此我们的电感就取值为10uH。

输出电容值取10uF陶瓷电容，此时输出电压纹波计算公式为：

(0.5×0.5×0.5T) ΔV=(+ESR) ×ΔI

C

采用10uF电容与0.01uF等小电容并联滤波后的纹波电压经过实测在20mV左右。

输出电压的公式如下

Vout=0.6×（R91+R93）/R93=3.31V

预留3.3V的LDO电路如下图所示：

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图8

需要注意的是，LDO的调整端（管脚1）会有60uA至120uA的电流，因此上图中R92与R94取值不能过大，否则输出电压会出现较大偏差。

3.4.3 红外LED电路设计

8个红外LED灯主要用来作为夜间的补充照明使用，通过光敏电阻检测光亮变化情况来控制三极管开关。红外LED驱动电路在参考了原电路设计的基础上增加了强制开启和关闭的功能，用两个IO口加两个三极管实现。如下图所示。

图9

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其中Q2和Q4是增加的三极管，当GPIOA17和GPIOA18为低电平时，三极管关闭，不影响原电路工作，当GPIOA17为高GPIOA18为低时，Q1与Q3导通，LED开启照明。当GPIOA18为高电平时， Q4导通Q3截止，LED关闭照明。

光敏电阻PR1在光线充足时电阻小于10K欧姆，无光照时在1M欧姆以上。当不加入Q2和Q4组成的控制电路时，到晚上Q1导通后可以计算出Q1基极电压为4.3V，电流约为43uA， Q1饱和导通。加入控制电路后，GPIOA17为高电平时，Q2导通。为了点亮LED，必须使Q1基极电流大于上述计算的43uA值以使Q1饱和。由于白天光敏电阻只有10K欧姆左右，若Q1导通，流过PR1电流为70uA，流过R12的电流为43uA。因此Q2导通时的集电极电流Ic2应大于70uA。由于光敏电阻阻值的离散性，可以使Ic2数倍取值于70uA。当R14取值2.2K欧姆时，Q2导通后Ic2约为1.5mA，达到了Q1饱和导通的要求。

4. 样机制作调试

原理图设计和PCB layout评审通过后我依次打样回了钢网和PCB并寄送工厂进行BGA芯片的焊接，对于LQFP和SOP封装的器件以及基本的元件则由研发处焊接员帮忙焊接制作样机，焊接好样机后便进入了各模块电路的调试。样机的调试是项目流程中的又一重点工作，包括了样机功能的验证和指标的调试，对完善原理图阶段的设计起到非常重要的作用。

4.1 上电检测

上电检测是样机调测试的第一步，为了保证上电时样机不会因为短路等情况而损坏，必须在上电前确认并解决存在的问题。主要的检查内容包括各路电源输入输出有没有短路情况，关键芯片、电解电容、二极管和三极管是否有焊接错误。如果这些问题在上电前仍然存在却没有被检查出来，那么上电后样机将不能工作甚至可能导致样机损坏。

确认没问题后进行样机上电测试，上电的第一个步骤是测量各路电压是否正常，我们一共制作了五台样机，3.3V、2.5V和1.8V电源芯片焊接的都是DC-DC芯片。上电后经过测量发现1.8V这路电压不正常，于是怀疑两个反馈电阻接反或焊接错误，最终确认是两个反馈电阻焊接反，核对PCB设计发现这两个反馈电阻的丝印摆放位置调换，导致焊接员焊接错误，经过纠正后所有电源电压均正常。

电源电路工作正常后，将经过检查的摄像头板连接至主板进行整机联调。连接好整机后再次检查电源，确定摄像头板供电正常。然而上电后发现五台样机均不能正常工作，于是对主要芯片FLASH和DDR的工作电压和频率进行测量，发现DDR工作时钟频率偏低，电源供电则正常。由于五台样机都工作异常，所以我们加紧检查电路原理图中存在的问题，相比Demo原理图，我们电路的主要改动是采用了不同的看门狗芯片，上电复位电路有所改变。在江伟赞师兄的帮助下，检查出看门狗芯片发出的复位信号让系统不断复位，原因是我们的看门狗芯片在上电1.6s内必须接收来自CPU的喂狗信号，由于软件还没有进行功能的跟进，所以导致系统不断重启。解决的办法是将芯片的WDOn引脚悬空，即去掉

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原理图中的二极管D4，这样就禁用了看门狗功能，重新上电后终于有样机可以工作了，如下图所示：

图10

4.2 焊接故障排查

复位芯片禁用看门狗功能后3号机和4号机可以运行，但也有样机工作异常。经过分析认为主要是焊接不良的因素所致，因为部分样机能正常工作证明原理设计的问题（主要是复位电路）已得到解决。经过检查，确认5号样机DDR芯片的管脚被连焊在了一起，1号机有电阻连焊现象，2号机有电阻虚焊现象。解决了连焊与虚焊问题后发现仍有一块样机网口灯不亮，在师兄指导下找到了缺焊的11.5K_1%参考电阻。

4.3 FLASH芯片调试

Demo样机上使用的FLASH芯片与我们打样的芯片在型号上有差异，因此需要对比参考样机型号的FLASH与我们已有的FLASH在扇区结构、指令代码方面的差别，另外还需测试映佳提供的软件能否支持我们的FLASH芯片。映佳Demo样机的FLASH型号为M25P64，我们的FLASH芯片有M25PX64、MX25L6406E和S25FL064P。经过对比不同型号的FLASH存在如下一些差异：

1．最高工作时钟的差别，如M25P64最高时钟为50MHz，M25PX64为75MHz。 2．这几款芯片都有128个sector，每个sector分为64Kbyte，每个sector有256个page。但M25PX64、MX25L6406E和S25FL064P还可以分成4Kbyte的subsector，从而可以实现更小范围的subsector erase。

3．输入输出管脚的应用差异，如M25P64的数据输入输出分别为管脚D和Q。而M25PX64相应的管脚为DQ0和DQ1，它们可以同时用作输入或输出，从而实现更快的数据传输。

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4．写保护管脚的功能差异，如M25PX64的写保护管脚接VPPH电平时（9V）可以实现Fast bulk erase。

5．软件保护上M25PX64比M25P64多了一种软件保护模式，每个Sector都有一个特殊锁定寄存器。

6．M25PX64等型号FLASH的Block Protect (BP2, BP1, BP0) bits的前一个bit是TB bit，数值为0表示保护高位编号的某些Sector，为1则保护低位编号的某些Sector。而M25P64则只保护高位编号的某些Sector。

7．M25PX64、MX25L6406E和S25FL064P相比M25P64有更多的指令。其中的一条指令“1010 1011”在M25P64中的功能是Read Electronic Signature，而在M25PX64和MX25L6406E中的功能则是Release from deep power-down。

8．由于各型号FLASH都有自己的ID信息，通过Read Identification （RDID）读出来的内容也不同，如果FLASH不在软件支持范围内（即ID不匹配），则此款FLASH不可用。

这几款FLASH都在样机中做过测试，其中MX25L6406E在映佳软件支持的范围内，烧录后可以正常使用，而S25FL064P型号FLASH需要在软件添加支持后才能使用。

4.4 电源纹波调试

摄像头板的电源引自主板，共有5V、3.3V和1.8V三路，摄像头板主要调试由磁珠和LC滤波器组成电路的滤波性能，3.3V电源纹波如下图：

图11

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可见经过磁珠和LC滤波之后电源的纹波噪声电压较低，只有20mV左右，其中动态纹波比较明显。在去除LC滤波电路后高频噪声略有增加，动态纹波则基本不变，于是考虑保留LC滤波电路。

4.5 无线功能调试

无线网卡的采用的型号为RT5370，拿到映佳方面支持此款无线驱动的文件后重新烧录了FLASH进行无线功能的调试，第一次上电后样机出现故障停机，经检查是因为主板USB接口线序弄反，导致5V电源接口处磁珠烧毁，更换磁珠后样机得到修复。这里可以得到一个经验，就是USB接口使用前应该先用万用表测量电源顺序的正确性。

调整接口顺序后我们对剩下的几台样机也进行了FLASH重新烧录并测试无线功能，发现只有4号样机能正常工作，3号样机在插入USB无线网卡后系统不能正常启动，2号机则在启动后不能看到监控图像。从问题样机出现的情况来看，摄像头板USB与无线USB之间存在冲突。经过检查后并未发现有硬件问题，于是我们将2号样机交给映佳帮忙调试无线以确认软件可能存在的问题，后来由于样机故障又提供5号机给映佳调试。此外，我们对映佳的Demo样机也作了重新测试，确定其摄像头板和USB无线网卡不能同时工作。映佳在经过调试后也确认是软件存在问题，主要是GPIO口存在冲突，改动配置后我们送出的样机已经能同时使用摄像头功能和USB无线网卡。

初步确定软件问题后，我们拿到了映佳改动后的FLASH烧录文件并对3、4、5号板以及Demo样机进行重新烧写。之后这四块样机都能正常使用摄像头和USB无线功能，可以确定是软件问题导致了冲突。另外，1号板之前被插错电源，芯片电源引脚与地短路，2号板在映佳调试时出现故障还未修复，因此不作测试。

5. 物料和样机测试

样机在调试过程中还进行了物料、系统复位、图像性能等方面的测试。

5.1 系统复位时间测试

复位芯片采用的是带看门狗功能的IMP706S，它能提供200ms左右的上电复位时间，还具有2.93V的掉电检测及看门狗功能.下面是其中一台样机上电复位波形图，可以测量出复位时间约220ms，能够为芯片提供可靠的复位性能。

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图12

5.2 红外LED测试

红外LED主要为IP Camera样机在弱光环境下提供照明所需的光源，LED的性能关系到夜视效果的好坏，它的选用也经历了较长时间，原因之一是我们对红外LED的参数还不够熟悉。一开始打样了两款LED进行测试，发现LED的发光角度太小，接收的红外图像中心处较亮而四周显得黑暗。查看规格书后发现LED的发光角度分别是30°和45°，参照下图所示：

图13

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网络摄像机IP camera的设计与调测试总结

发光角度的定义是在接收面的边缘光线亮度为中心亮度一半时，接收面与LED位置形成的夹角大小。由于4.3mm和3.6mm焦距镜头接收的景物范围分别是80°和90°，因此我们使用的LED发光范围也要在这个角度附近。后来与供应商联系关于LED的发光角度问题，供应商方面提供了60°、70°和130°一共三款LED，经测试60°发光角度仍然较小，而70°和130°LED虽然角度较大但是发光亮度不够。为了尽快选定LED灯，于是将我们OEM摄像机产品的LED灯拆下来作为参考，另外打样了一款映佳方面推荐的商80°LED产品并将这两种样品作为参考交至现有供应商进行打样。经测试80°产品亮度和发光角度都得到比较好的均衡，而参照OEM产品打样的LED发光角度较弱。因此暂时选用80°的LED作为样机调试的物料，并考虑用于生产的IP Camera产品。

5.3 图像质量测试

图像质量的测试包括色彩偏移、分辨率测试、畸变测试和动态范围测试。测试所用的软件为Imatest，下面对研发样机的测试过程为参考加以说明。

5.3.1 Color check

色彩的测试包含了色彩偏移、白平衡等测试内容，结果如以下及附图所示：

图14

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网络摄像机IP camera的设计与调测试总结

上图中黑色字体部分显示Exposure error = -0.39 f-stops，Exposure error的结果表示曝光准确度，当结果小于0时为曝光不够，当结果大于0时为过度曝光。

白平衡测试，主要是是对图中的#19~#24这6个色块进行分析。其中HSV(Hue 色度, Saturation 饱和度, Value 纯度)为饱和度偏差，Degrees K[Mireds]为色温偏差。K为色温单位，Mired为色温度单位，当色温偏差值K小于0时为图片色温偏暖，当K值大于0时为图片色温冷。

图15

a*b color error主要分析了#1~#24色块的色彩偏移，如图2-15，正方形的图标为理论值分部，圆形为实际图片的色彩分布。通过这些图标就可以看出不同色彩的偏移方向。

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图16

图16主要分析了#13~#18色块的噪声，值越小越好，根据手机摄像头的测试文档建议，一般不要超过2。

图17

图17是对#19~#24色块的测试结果，数值越高，噪声也就越明显，一般不要超过2。

5.3.2 SFR测试

SFR主要用来测试分辨率，Imatest SFR 测试数据分成三个部份，以两张图表分别显示。Imatest 会分析Y-Channel ( 0.3*Red + 0.59*Green + 0.11*Blue) 成份，从而取得影像原始数据并以黑色实心线表示 ；另外，Imatest 还会主动去除数字相机加诸于影像上锐利化效果，并改以红色虚线表示这个部份。单位影像高度 （PH= per picture height)表示 所能容纳的 Pixels 像素数的能力，而这个值越大表示解像能力越好。

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图18

图19

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图18下图显示 MTF/SFR 主要数据，黑色实线为原始数据；红色虚线则代表移除数字相机内建锐利化效果的表现。 Imatest 会将原始 MTF 影像降低 50%的明亮度计算SFR，这样可以保留影像细节不会被测试图上的杂点所干扰，标示为 MTF50 以区别 。Imatest 会将计算的SFR值转换成 LW/PH ( line widths per picture height ) 1个 LW/PH = 2 *line pairs per millimeter (lp/mm)。YDT1607-2007的规范为：30万像素中心不低于200 Lw/PH。图19主要关注CA值，代表了色散，该值越小越好。

5.3.3 畸变测试

畸变主要是由镜头的球面效果引起的，计算方法如图20：

图20

图21

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从图21可看出畸变值为-6.57%， SMIA TV Distortion 表示了畸变值，畸变值为正数时为枕形失真，畸变值为负时为桶形失真，数值的绝对值越小说明畸变也越小。

5.3.4 Dynamic range

灰阶测试图卡如图22所示

图22

图23

动态范围的测试图卡结果（一共20个灰阶）就是上图，每阶的Pixel level/255的值（Y轴）都是不一样，灰度越大值越小。阶梯越明显说明动态范围越好。

6. 总结与感想

不知不觉已在公司实习期了四个月，这段时间过得很快，工作充实而有节奏，让我逐渐从一个大学生转变为了一名工程师。在这段时间里，我一边学习新知识一边做好自己的工作，逐渐熟悉了硬件相关的各方面工作。

实习期总体过得充实有规律，每天都有一定的任务等待完成，从中能学到很多东西，一开始我也比较快适应了这里的环境。公司的环境比较融洽，工作氛围良好，大家都能相

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互帮助和提高，特别是新同事之间的交流和促进。还有就是老员工很乐于帮助和指导新同事，遇到问题能尽力帮忙解决。当然我们咨询老员工时应该先经过自己的一番思考，这样才能不断得到提高。

通过入职的一系列培训以及项目的相关工作，我发现自己仍然存在许多不足之处有待改进和提高。

一方面是理论知识的缺乏，由于我的项目是网络监控产品，所以既涉及到高速数字设计的知识又涉及到图像和镜头方面的知识。刚开始有许多问题不懂如何解决，在导师的建议下我开始对信号完整性的知识进行学习，进而对时序的设计、串扰和传输线反射等内容积累了理论知识并为PCB的layout设计打下了知识基础。镜头和图像的调试方面，从开始对焦距、视场角等概念的了解到后来对镜头和图像的测试，对这方面的知识都存在了解的不足，不过在镜头和图像的测试方面，得到了手机部门同事的大力帮助支持。

另一个不足的地方是工作经验的缺乏，对项目流程的不够熟悉对工作效率产生了一定的影响，如与供应商沟通的过程中有些材料和问题准备得不够充足、事情的轻重缓急把握不够、工作不够规范等。对此老员工给了不少指导，自己则在此过程中逐渐地有了进步。

回顾过去的四个月时间，我的工作有了不少的收获，但是同时也存在着不少问题需要继续解决并改进。在今后的工作中，我将进一步加强知识的学习积累，保持严谨的工作态度，努力把工作做得更好。

致谢

以上就是我实习阶段的基本情况，刚开始工作难免会遇到许多问题，但通过问题的不断解决收获也越来越多。

在此首先要感谢我的导师江伟赞，在实习期他给我的工作和学习提供了很多帮助，在项目上也给予了亲切的指导。还有就是黄伟杰师兄，他在具体工作上给我的提醒很多，让我更快熟悉项目流程，分清楚事情的缓急进而提高工作效率。

最后还要感谢斌哥等全体新老员工的关怀与帮助，使我更快融入工作、融入普联大家庭中。

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