Hochpräzise Bilddatenerfassung für die nächste Generation von Scan- und Imaging-Systemen

Die Anforderungen an moderne Scan- und Bildverarbeitungssysteme steigen kontinuierlich. Ob in Multifunktionsdruckern, Dokumentenscannern, industriellen Inspektionsanlagen oder Machine-Vision-Systemen – gefordert werden immer höhere Auflösungen, schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeiten und eine präzise Erfassung feinster Bilddetails. Eine entscheidende Rolle spielt dabei die Qualität der Signalaufbereitung zwischen Bildsensor und digitaler Verarbeitung.

Mit der neuen CS82L4x-Familie stellt Cirrus Logic eine Generation hochintegrierter Imaging Analog Front Ends (AFEs) vor, die speziell für den Einsatz in hochpräzisen Scananwendungen entwickelt wurde. Die Bausteine kombinieren rauscharme analoge Signalverarbeitung, moderne SAR-ADC-Technologie (Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter) und flexible Schnittstellen in einer skalierbaren Plattform für CCD- und CIS-basierte Bildverarbeitungssysteme.

Dieser Artikel beleuchtet die Architektur und Vorteile moderner Imaging-AFEs, stellt die neuen Bausteine CS82L41, CS82L44 und CS82L46 im Detail vor und zeigt, wie Entwickler durch die Kombination mit ergänzenden Embedded-, Kommunikations-, Speicher- und Motion-Control-Lösungen leistungsfähige und zukunftssichere Imaging-Systeme realisieren können.

Imaging A/D Converter beziehungsweise Imaging Analog Front-End (AFE) sind zentrale Bausteine moderner Bildverarbeitungssysteme. Sie bilden die Schnittstelle zwischen dem optischen Sensor und der digitalen Signalverarbeitung und übernehmen die hochpräzise Erfassung, Aufbereitung und Digitalisierung von Bildsignalen. Insbesondere bei CCD- (Charge-Coupled Device) und CIS-Sensoren (Contact Image Sensor) sind leistungsfähige Imaging AFEs entscheidend für die erreichbare Bildqualität, Dynamik und Farbtreue.

Ein Imaging AFE integriert typischerweise mehrere analoge Funktionsblöcke in einem einzigen Baustein. Dazu gehören rauscharme Verstärker mit programmierbaren Gain-Stufen (PGA), Black-Level-Korrektur, Offset-Kompensation, Sample-and-Hold-Schaltungen sowie hochauflösende Analog-Digital-Wandler (ADC). Durch die enge Integration dieser Funktionen lassen sich Signalverluste minimieren, die Leiterplattenkomplexität reduzieren und gleichzeitig eine hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse gewährleisten.

Bei CCD- und CIS-Sensoren entstehen zunächst analoge Ausgangssignale, deren Amplitude direkt von der Lichtintensität abhängt. Diese Signale sind häufig sehr klein und empfindlich gegenüber Rauschen, Störungen und Temperaturschwankungen. Das Imaging Front-End verstärkt und konditioniert die Sensordaten, bevor sie durch hochauflösende ADCs digitalisiert werden. Moderne Lösungen erreichen dabei Auflösungen von 12 bis 16 Bit oder mehr und ermöglichen eine exakte Erfassung feinster Helligkeits- und Farbunterschiede.

Ein wesentlicher Einsatzbereich solcher Bausteine sind hochpräzise Scansysteme. In Flachbettscannern, Dokumentenscannern und Multifunktionsdruckern müssen selbst kleinste Details von Texten, Grafiken und Fotos zuverlässig erfasst werden. Hochintegrierte Imaging AFEs ermöglichen dabei eine präzise Synchronisation mit den Zeilensensoren, reduzieren das Systemrauschen und sorgen für eine konsistente Bildqualität über die gesamte Scanbreite. Dies ist besonders bei hohen optischen Auflösungen von mehreren tausend DPI von entscheidender Bedeutung.

Darüber hinaus finden Imaging A/D Converter Anwendung in industriellen Bildverarbeitungssystemen. In der Qualitätskontrolle, bei der Inspektion von Leiterplatten, Halbleitern, Displays oder Druckerzeugnissen werden hochauflösende CCD- oder CIS-Kameras eingesetzt, um selbst kleinste Defekte zu erkennen. Die hohe Signalgenauigkeit moderner Imaging AFEs trägt dazu bei, Kontrastunterschiede im Mikrometerbereich sichtbar zu machen und die Zuverlässigkeit automatisierter Inspektionsprozesse zu erhöhen.

Für Entwickler bieten moderne Imaging Front-End Devices zahlreiche Vorteile. Durch die Integration mehrerer ADC-Kanäle lassen sich mehrkanalige Farbscanner oder Zeilensensoren direkt anbinden. Programmierbare Verstärkungen und Kalibrierfunktionen erleichtern die Anpassung an unterschiedliche Sensortypen und optische Systeme. Gleichzeitig sorgen niedrige Leistungsaufnahme, kompakte Gehäuse und reduzierte externe Beschaltung für eine effiziente Systemintegration.

Besonders in High-Performance-Scanning-Systemen sind Imaging AFEs heute ein Schlüsselbaustein für höchste Bildqualität. Sie ermöglichen eine präzise Digitalisierung der Sensordaten, verbessern das Signal-Rausch-Verhältnis und unterstützen die Entwicklung leistungsfähiger Multifunktionsdrucker, professioneller Dokumentenscanner sowie anspruchsvoller industrieller Imaging-Plattformen. Durch ihre hohe Integration und Genauigkeit tragen sie maßgeblich dazu bei, die Anforderungen moderner Bildverarbeitungssysteme hinsichtlich Auflösung, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zu erfüllen.

Cirrus Logic ist ein führender Entwickler von hochpräzisen Analog- und Mixed-Signal-Halbleitern mit Hauptsitz in Austin, Texas. Das Unternehmen verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Signalaufbereitung und Datenwandlung und bietet leistungsstarke Lösungen für Audio-, Imaging- und industrielle Anwendungen. Im Bereich der Bildverarbeitung entwickelt Cirrus Logic hochintegrierte Imaging Analog Front Ends (AFEs), die eine präzise Auslesung und Digitalisierung von CCD- und CIS-Sensorsignalen (primär Zeilensensoren) ermöglichen und in professionellen Scannern, Multifunktionsdruckern sowie industriellen Bildverarbeitungssystemen eingesetzt werden.

Aufbauend auf seiner langjährigen Expertise in der hochpräzisen Signalaufbereitung hat Cirrus Logic drei neue Imaging Analog Front Ends (AFEs) für industrielle und professionelle Scananwendungen vorgestellt. Die Bausteine CS82L41, CS82L44 und CS82L46 kombinieren rauscharme analoge Signalverarbeitung, hochauflösende Datenwandlung und einen hohen Integrationsgrad in einer kompakten Lösung. Durch unterschiedliche Kanalanzahlen und flexible Datenschnittstellen adressiert die neue Produktfamilie ein breites Spektrum von kompakten Dokumentenscannern bis hin zu leistungsfähigen industriellen Imaging-Plattformen.
 

• Vier unabhängige Imaging-Kanäle
• CMOS- und LVDS-Datenausgang
• Unterstützung von Multi-Lens- und Multi-Channel-Architekturen
• Hohe Datenraten für schnelle Scanprozesse
• Geringere Systemkomplexität durch integrierte Funktionen
• Skalierbare Plattform für unterschiedliche Scannerklassen 
   

Funktion
Der CS82L44 verarbeitet gleichzeitig mehrere Sensorsignale und ermöglicht dadurch höhere Scanbreiten oder höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Dies ist besonders bei Farbsystemen oder industriellen Scannern von Vorteil, bei denen mehrere Sensorzeilen parallel ausgelesen werden müssen. Die Kombination aus hochpräziser Analogsignalverarbeitung und schneller Datenübertragung unterstützt eine exakte und effiziente Bilddatenerfassung.

Produkthighlights

• Sechs parallele Imaging-Kanäle
• CMOS- und LVDS-Datenausgang
• Unterstützung hochauflösender Mehrsensor-Systeme
• Ausgelegt für industrielle Präzisionsanwendungen
• Hohe Integrationsdichte zur Reduzierung der BOM-Kosten
• Skalierbar für anspruchsvolle Multi-Channel-Scannerarchitekturen

Funktion

Der CS82L46 ermöglicht die parallele Erfassung und Digitalisierung mehrerer Sensorkanäle und eignet sich damit für besonders leistungsfähige Imaging-Systeme. In industriellen Inspektionsanwendungen, Flachbettscannern mit großer Arbeitsfläche oder hochauflösenden Oberflächenprüfsystemen unterstützt er schnelle Scanzyklen bei gleichzeitig hoher Bildgenauigkeit. Die LVDS-Schnittstelle erleichtert dabei die störsichere Übertragung großer Datenmengen an FPGA- oder Bildverarbeitungsplattformen. 

Die neuen Imaging-AFEs von Cirrus Logic bilden das Herzstück der analogen Bildsignalkette. Für die Entwicklung eines vollständigen Scan- oder Bildverarbeitungssystems sind jedoch weitere Schlüsselkomponenten erforderlich. Als Systempartner unterstützt die TOPAS AG Entwickler mit einem breiten Portfolio an komplementären Halbleiterlösungen, die optimal mit den CS82L41-, CS82L44- und CS82L46-AFEs zusammenarbeiten.

Für die nachgelagerte Bildverarbeitung und Systemsteuerung bieten sich die ConnectCore System-on-Module von Digi International an. Die leistungsfähigen Embedded-Plattformen übernehmen Aufgaben wie Bildanalyse, OCR, Machine Vision, Edge AI, Bedienoberflächen sowie die Anbindung an Netzwerke und Cloud-Infrastrukturen. Gemeinsam mit den Cirrus-AFEs entsteht eine leistungsfähige End-to-End-Lösung vom Sensor bis zur Anwendung.

Zur Speicherung und Verarbeitung großer Bilddatenmengen eignen sich die hochzuverlässigen Speicherlösungen von GSI Technology. Insbesondere in hochauflösenden Dokumentenscannern und industriellen Inspektionssystemen sorgen schnelle SRAM- und LLDRAM-Lösungen für eine effiziente Zwischenspeicherung und Datenverarbeitung.

Für die Datenkommunikation innerhalb des Systems sowie die Anbindung an industrielle Netzwerke spielen leistungsfähige Ethernet-Schnittstellen eine zentrale Rolle. Die Gigabit-Ethernet-PHYs von IC+ und Motorcomm ermöglichen eine zuverlässige und kosteneffiziente Netzwerkverbindung für Scanner, Bildverarbeitungssysteme und vernetzte Industrieanlagen.
Ein weiterer wichtiger Bestandteil moderner Scanplattformen ist die präzise Bewegungssteuerung. In Dokumentenscannern, Flachbettscannern und industriellen Inspektionssystemen müssen Sensoren, Scanwagen oder Transportmechaniken exakt positioniert werden. Hierfür bietet die TOPAS AG ein breites Portfolio an Motorsteuerungs- und Motion-Control-Lösungen. Die Motor-Treiber von Silergy unterstützen Schrittmotor- und BLDC-Antriebe für energieeffiziente und präzise Bewegungsabläufe. Ergänzend liefern die Lösungen von LSI/CSI sowie Nisshinbo Micro Devices leistungsfähige Bausteine für Motorsteuerungen, Encoder-Auswertungen und Positionsregelungen, die eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Imaging-Anwendungen gewährleisten.

Durch die Kombination von Cirrus-Logic-Imaging-AFEs mit Embedded-Computing-Plattformen, Speicherbausteinen, Netzwerkkomponenten und Motion-Control-Lösungen kann die TOPAS AG Entwicklern eine umfassende Systemlösung für professionelle Dokumentenscanner, Multifunktionsdrucker, industrielle Präzisionsscanner und Machine-Vision-Systeme aus einer Hand anbieten.

Mit der neuen CS82L4x-Familie präsentiert Cirrus Logic eine leistungsstarke Generation von Imaging Analog Front Ends für moderne Scan- und Bildverarbeitungssysteme. Die Kombination aus moderner SAR-ADC-Architektur, geringer Latenz, hoher Integrationsdichte und skalierbaren Kanalvarianten ermöglicht die Entwicklung leistungsfähiger und kosteneffizienter Lösungen für professionelle Dokumentenscanner, Multifunktionsdrucker sowie industrielle Präzisions- und Inspektionssysteme.

Dank der Unterstützung von CCD- und CIS-Sensoren sowie flexiblen CMOS- und LVDS-Schnittstellen bieten die Bausteine Entwicklern eine zukunftssichere Plattform für unterschiedlichste Imaging-Anwendungen. Gleichzeitig lassen sich durch die hohe Integration der AFEs Entwicklungsaufwand, Leiterplattenfläche und Stücklistenkosten reduzieren.
In Kombination mit den ergänzenden Technologien aus dem TOPAS-Portfolio – von Digi ConnectCore System-on-Modules über Speicherlösungen von GSI Technology und Ethernet-Komponenten von Motorcomm bis hin zu Motion-Control-Lösungen von Silergy, LSI/CSI und Nisshinbo – entsteht eine leistungsfähige End-to-End-Plattform für anspruchsvolle Scan- und Bildverarbeitungssysteme.

Ihr Partner für moderne Imaging-Lösungen

Die TOPAS AG unterstützt Entwickler und Systemarchitekten bei der Auswahl und Integration der passenden Komponenten für ihre nächste Generation von Scan- und Imaging-Systemen. Von der Sensoranbindung über die Signalverarbeitung bis hin zu Embedded Computing, Kommunikation und Motion Control profitieren Kunden von langjähriger Applikationserfahrung und einem sorgfältig ausgewählten Technologieportfolio.

Sie möchten mehr über die neuen Imaging-AFEs von Cirrus Logic erfahren oder suchen die optimale Systemlösung für Ihre Anwendung? Das Team der TOPAS AG berät Sie gerne bei der Auswahl geeigneter Komponenten und unterstützt Sie bei der Umsetzung Ihres Projekts.

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