在圖像采集系統(tǒng)中，主機(jī)與圖像傳感器之間的控制信號(hào)交互需要一種簡(jiǎn)潔高效的通信協(xié)議。SCCB（Serial Camera Control Bus，串行攝像頭控制總線）作為專為攝像頭控制設(shè)計(jì)的串行通信接口，憑借其簡(jiǎn)單的硬件實(shí)現(xiàn)和可靠的通信機(jī)制，成為 CMOS 圖像傳感器領(lǐng)域的主流控制接口之一。本文將系統(tǒng)解析 SCCB 接口的通信原理、時(shí)序規(guī)范、實(shí)現(xiàn)方法及應(yīng)用場(chǎng)景，揭示其在圖像采集系統(tǒng)中的核心價(jià)值。

一、SCCB 接口的定義與定位

SCCB 接口是 OmniVision 公司為其 CMOS 圖像傳感器系列設(shè)備開發(fā)的專用控制總線，最初用于實(shí)現(xiàn)主機(jī)（如微處理器、FPGA）對(duì)圖像傳感器的配置與狀態(tài)讀取。作為一種簡(jiǎn)化的串行通信協(xié)議，SCCB 在保持與 I2C 協(xié)議兼容性的同時(shí)，針對(duì)攝像頭控制場(chǎng)景進(jìn)行了優(yōu)化，具有以下核心特點(diǎn)：

輕量級(jí)設(shè)計(jì)：僅需兩根信號(hào)線即可實(shí)現(xiàn)雙向通信，硬件成本低

主從架構(gòu)：支持單主機(jī)多從機(jī)的星形拓?fù)?，最多可連接 127 個(gè)從設(shè)備

低速可靠：通信速率通常在 100kbps-400kbps 之間，適合控制信號(hào)傳輸

地址可配置：每個(gè)從設(shè)備具有唯一的 7 位地址，支持靈活的設(shè)備擴(kuò)展

與通用通信接口（如 I2C、SPI）相比，SCCB 的定位更加專注：

不追求高速數(shù)據(jù)傳輸，而注重控制命令的可靠交互

針對(duì)攝像頭寄存器操作優(yōu)化了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)化了時(shí)序要求，降低了嵌入式系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度

這種專業(yè)化設(shè)計(jì)使 SCCB 在手機(jī)攝像頭、安防監(jiān)控、機(jī)器視覺等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其在 OmniVision、GalaxyCore 等主流圖像傳感器廠商的產(chǎn)品中成為標(biāo)準(zhǔn)配置。

二、SCCB 接口的通信原理

1. 物理層特性

SCCB 接口的物理層設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔高效，主要特性包括：

信號(hào)線組成：由兩根信號(hào)線構(gòu)成 ——SIO_C（Serial Interface Clock，串行接口時(shí)鐘）和 SIO_D（Serial Interface Data，串行接口數(shù)據(jù)），均為開漏輸出，需要外部上拉電阻（通常為 4.7kΩ）

電氣特性：支持 3.3V 電壓域，兼容 5V 輸入（通過電平轉(zhuǎn)換）

傳輸距離：適合板級(jí)短距離通信，典型傳輸距離小于 1 米

抗干擾能力：差分信號(hào)設(shè)計(jì)（通過上拉電阻實(shí)現(xiàn)），具備基本的噪聲抑制能力

這種總線結(jié)構(gòu)允許單個(gè)主機(jī)通過兩根信號(hào)線控制多個(gè)從設(shè)備，極大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。

2. 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)

SCCB 采用幀格式傳輸數(shù)據(jù)，每個(gè)完整的通信周期包含地址幀和數(shù)據(jù)幀兩部分：

地址幀（Address Frame）

由 8 位組成，包含 7 位從設(shè)備地址和 1 位讀寫方向位（R/W#）

方向位為 0 表示寫操作（主機(jī)→從設(shè)備），為 1 表示讀操作（從設(shè)備→主機(jī)）

示例：0x42（二進(jìn)制 1000010）表示地址為 0x21 的設(shè)備，執(zhí)行寫操作

數(shù)據(jù)幀（Data Frame）

由 8 位數(shù)據(jù)組成，根據(jù)操作類型不同有不同含義：

寫操作：表示要寫入的寄存器地址或寄存器數(shù)據(jù)

讀操作：表示從寄存器讀出的數(shù)據(jù)

應(yīng)答信號(hào)（ACK）

每傳輸完 8 位數(shù)據(jù)后，接收方需要返回 1 位應(yīng)答信號(hào)

應(yīng)答信號(hào)為低電平（0）表示接收成功，高電平（1）表示接收失敗或未響應(yīng)

一個(gè)完整的寫寄存器操作包含三個(gè)幀：

地址幀（從設(shè)備地址 + 寫方向）

數(shù)據(jù)幀（目標(biāo)寄存器地址）

數(shù)據(jù)幀（要寫入的數(shù)據(jù)）

讀寄存器操作則包含四個(gè)幀：

地址幀（從設(shè)備地址 + 寫方向）

數(shù)據(jù)幀（目標(biāo)寄存器地址）

地址幀（從設(shè)備地址 + 讀方向）

數(shù)據(jù)幀（讀出的數(shù)據(jù)）

這種幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專門針對(duì)寄存器操作優(yōu)化，使讀寫過程直觀高效。

3. 通信時(shí)序

SCCB 的時(shí)序規(guī)范定義了信號(hào)間的時(shí)間關(guān)系，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸：

關(guān)鍵時(shí)序參數(shù)

t_HIGH：SIO_C 高電平持續(xù)時(shí)間，最小為 4μs

t_LOW：SIO_C 低電平持續(xù)時(shí)間，最小為 5μs

t_SU：數(shù)據(jù)建立時(shí)間，SIO_D 信號(hào)在 SIO_C 上升沿前的穩(wěn)定時(shí)間，最小為 100ns

t_HD：數(shù)據(jù)保持時(shí)間，SIO_D 信號(hào)在 SIO_C 上升沿后的穩(wěn)定時(shí)間，最小為 100ns

t_RISE：信號(hào)上升時(shí)間，從 0.3V 到 3.0V 的時(shí)間，最大為 1μs

t_FALL：信號(hào)下降時(shí)間，從 3.0V 到 0.3V 的時(shí)間，最大為 1μs

寫操作時(shí)序

主機(jī)拉低 SIO_C，開始傳輸周期

在 SIO_C 低電平期間，主機(jī)設(shè)置 SIO_D 為地址幀的第一位

主機(jī)釋放 SIO_C（高電平），從設(shè)備采樣 SIO_D 上的數(shù)據(jù)

重復(fù)步驟 2-3，傳輸完 8 位地址幀

主機(jī)釋放 SIO_D，等待從設(shè)備返回 ACK（低電平）

按相同方式傳輸寄存器地址和數(shù)據(jù)

傳輸完成后，主機(jī)拉低 SIO_D，釋放 SIO_C，產(chǎn)生停止條件

讀操作時(shí)序

與寫操作類似，但在地址幀后增加一個(gè)讀方向的地址幀，且數(shù)據(jù)傳輸方向相反：

從設(shè)備在 SIO_C 高電平時(shí)輸出數(shù)據(jù)

主機(jī)在接收完 8 位數(shù)據(jù)后，不發(fā)送 ACK 信號(hào)（通過保持 SIO_D 高電平表示）

最后由主機(jī)產(chǎn)生停止條件結(jié)束通信

這些時(shí)序要求比 I2C 更為寬松，降低了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。

4. 通信過程

SCCB 的通信過程遵循主從應(yīng)答機(jī)制，以寫寄存器操作為例：

起始條件：主機(jī)先拉低 SIO_D，再拉低 SIO_C，標(biāo)志通信開始

發(fā)送設(shè)備地址：主機(jī)在 SIO_C 時(shí)鐘控制下，逐位發(fā)送 8 位地址幀（7 位地址 + 1 位寫方向）

從設(shè)備應(yīng)答：從設(shè)備接收到匹配地址后，在第 9 個(gè)時(shí)鐘周期拉低 SIO_D 作為應(yīng)答

發(fā)送寄存器地址：主機(jī)繼續(xù)發(fā)送 8 位寄存器地址，從設(shè)備應(yīng)答

發(fā)送數(shù)據(jù)：主機(jī)發(fā)送 8 位數(shù)據(jù)到指定寄存器，從設(shè)備應(yīng)答

停止條件：主機(jī)先拉高 SIO_C，再拉高 SIO_D，標(biāo)志通信結(jié)束

讀寄存器操作多出一個(gè)地址切換步驟：在發(fā)送寄存器地址后，主機(jī)重新發(fā)送帶讀方向的設(shè)備地址，然后接收從設(shè)備返回的數(shù)據(jù)。