Κατασκευή PCB κάμερας web για συστήματα USB και δικτυακών καμερών

Μια κάμερα web δεν λειτουργεί πάντα από μία κύρια πλακέτα κυκλώματος. Ένα συμπαγές μοντέλο USB μπορεί να συνδυάζει τον αισθητήρα εικόνας, τον ελεγκτή βίντεο και τη ρύθμιση ισχύος σε μία μόνο πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB). Μια πιο εξελιγμένη κάμερα μπορεί να κατανείμει αυτές τις λειτουργίες σε μια πλακέτα αισθητήρα, μια κύρια πλακέτα επεξεργασίας, μια ασύρματη ή Ethernet διεπαφή, μια πλακέτα τροφοδοσίας, μια πλακέτα ελέγχου κινητήρα και βοηθητικά συγκροτήματα για ήχο ή φωτισμό. Ο αριθμός των πλακετών ακολουθεί τις συνδέσεις, το περίβλημα και τις λειτουργίες της κάμερας — όχι απλώς την ανάλυσή της.

Η Highleap Electronics παρέχει κατασκευή PCB κάμερας web και συναρμολόγηση PCBA για ηλεκτρονικά κάμερας σχεδιασμένα από πελάτες, από μεμονωμένες μονάδες αισθητήρων έως συντονισμένα σετ πολλαπλών πλακετών. Οι υπηρεσίες ηλεκτρονικής κατασκευής της περιλαμβάνουν εγκεκριμένη προμήθεια εξαρτημάτων, συναρμολόγηση SMT και διαμπερούς οπής, καθώς και συμφωνημένη επιθεώρηση ή λειτουργικές δοκιμές. Οι παρακάτω ενότητες δείχνουν πώς διαφορετικά προϊόντα κάμερας web και συνδεδεμένων καμερών μπορούν να διαχωρίσουν τα ηλεκτρονικά τους και ποιες λεπτομέρειες έχουν σημασία όταν αυτές οι πλακέτες κατασκευάζονται μαζί.

Τύποι κάμερας web και τα συγκροτήματα PCB που χρησιμοποιούν

Η λέξη webcam αναφέρεται συχνότερα σε μια κάμερα που είναι συνδεδεμένη απευθείας σε έναν υπολογιστή, συνήθως μέσω USB. Οι κάμερες Wi-Fi και Ethernet/IP είναι παρακείμενες κατηγορίες συνδεδεμένων καμερών. Οι βιομηχανικές κάμερες USB και GigE αποτελούν μια άλλη εξειδικευμένη οικογένεια. Τα ηλεκτρονικά τους στοιχεία αλληλεπικαλύπτονται, αλλά οι διεπαφές κεντρικού υπολογιστή, οι διατάξεις τροφοδοσίας και οι δοκιμές προϊόντων διαφέρουν. Τα ακόλουθα παραδείγματα περιγράφουν πιθανές διαμορφώσεις PCB, όχι σταθερές απαιτήσεις για κάθε κάμερα σε μια κατηγορία.

Μία μόνο πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) μπορεί να συνδυάζει πολλές από αυτές τις λειτουργίες. Αντίθετα, μια βιομηχανική ή μηχανοκίνητη κάμερα μπορεί να χρησιμοποιεί αρκετές ανεξάρτητα συναρμολογημένες πλακέτες για ευκολότερη τοποθέτηση, θερμικό διαχωρισμό ή μηχανική κίνηση. Για ευρύτερα ηλεκτρονικά απεικόνισης πέρα ​​από τις επιτραπέζιες κάμερες web, η κατασκευή PCB κάμερας καλύπτει σχετικές κατασκευές πλακέτας χωρίς να προϋποθέτει κοινό σχεδιασμό κάμερας.

Από τον αισθητήρα εικόνας στην έξοδο: Τι κάνει κάθε πλακέτα κυκλώματος κάμερας

Σε μια κάμερα πολλαπλών πλακετών, η κύρια πλακέτα είναι μόνο ένα μέρος της αλυσίδας σήματος και ισχύος. Μια πλακέτα αισθητήρα PCB μετατρέπει το φως σε δεδομένα ηλεκτρικής εικόνας. ένας ελεγκτής ή ένας ISP/SoC επεξεργάζεται αυτά τα δεδομένα. ένα κύκλωμα διεπαφής τα παραδίδει σε έναν κεντρικό υπολογιστή ή δίκτυο. Τα ηλεκτρονικά ισχύος και ελέγχου διατηρούν τα οπτικά και μηχανικά υποσυστήματα σε λειτουργία στις καθορισμένες συνθήκες τους.

Πλακέτα αισθητήρα κάμερας και κύρια πλακέτα επεξεργασίας βίντεο

Μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος αισθητήρα εικόνας κάμερας web μπορεί να φέρει τον αισθητήρα CMOS, τοπικούς ρυθμιστές, εξαρτήματα ρολογιού και μια υποδοχή λεπτού βήματος πίσω από τον φακό. Η ξεχωριστή κύρια πλακέτα βίντεο μπορεί να περιέχει τον επεξεργαστή εικόνας ή τη γέφυρα USB, τη μνήμη, την αποθήκευση υλικολογισμικού, την αλληλουχία τροφοδοσίας και τη διεπαφή κεντρικού υπολογιστή. Άλλα σχέδια συνδυάζουν και τους δύο ρόλους σε μία πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος. Οι διαδρομές αισθητήρα-επεξεργαστή, συμπεριλαμβανομένου του MIPI CSI-2 όπου ορίζεται, πρέπει να ακολουθούν τις απαιτήσεις στοίβαξης και δρομολόγησης που έχουν κυκλοφορήσει και όχι τους γενικούς κανόνες ιχνηλάτησης USB.

Τροφοδοσία, διεπαφή και βοηθητικά PCBA

Μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος τροφοδοσίας κάμερας ή μια πλακέτα DC/DC τροφοδοτεί τον επεξεργαστή βίντεο, τον αισθητήρα, τους κινητήρες και τον φωτισμό. Μπορεί να είναι ξεχωριστή όταν το επιτρέπει ο διαθέσιμος χώρος, η θερμότητα ή η τάση εισόδου. Οι πλακέτες διασύνδεσης μπορεί να περιέχουν υποδοχές USB, μαγνητικά Ethernet, μια εγκεκριμένη μονάδα Wi-Fi ή εξωτερικές εισόδους/εξόδους. Οι ξεχωριστές πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος ελέγχου κάμερας μπορούν να περιέχουν τον οδηγό οριζόντιας κίνησης/κλίσης, τη διάταξη μικροφώνων, τον φωτισμό υπερύθρων, τις ενδείξεις ή τα κουμπιά του μπροστινού πίνακα. Κανένα από αυτά δεν χρειάζεται να είναι αυτόνομη πλακέτα, εκτός εάν το απαιτεί η αρχιτεκτονική του κυκλοφορούντος προϊόντος.

Όταν οι πλακέτες διαχωρίζονται, οι ορισμοί των συνδέσμων γίνονται μέρος της κατασκευής του συστήματος: η κατεύθυνση ζευγαρώματος, η θέση του FPC pin-one, το μήκος του καλωδίου, η αντιστοίχιση της ράγας, το ύψος μεταξύ των πλακετών και η εγκεκριμένη αναθεώρηση κάθε συγκροτήματος θα πρέπει να είναι συνεπή σε ολόκληρο το σετ καμερών. Αυτό είναι το σημείο στο οποίο η παροχή πέντε ξεχωριστά σωστών πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων δεν επαρκεί εάν δεν μπορούν να συνδεθούν στο ίδιο περίβλημα.

Διαφορές μεταξύ της κάμερας web USB, της κάμερας Wi-Fi και της πλακέτας PCB της κάμερας IP

Μια συμβατική πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος κάμερας USB παρέχει βίντεο σε έναν συνδεδεμένο κεντρικό υπολογιστή. Ο εγκεκριμένος ελεγκτής USB, το υλικολογισμικό και η διεπαφή καθορίζουν εάν υποστηρίζεται η Κλάση βίντεο USB (UVC), ποιες μορφές εκτίθενται και πώς απαριθμεί η κάμερα. Το USB-C είναι μια μορφή σύνδεσης και δεν εγγυάται από μόνο του την ταχύτητα USB 3.x ή την παροχή ρεύματος.

Μια ασύρματα συνδεδεμένη κάμερα προσθέτει ένα ραδιόφωνο ή μονάδα Wi-Fi, κεραία και τοπική επεξεργασία για την συγκεκριμένη εφαρμογή δικτύου/βίντεο. Το δίκτυο προστασίας RF και αντιστοίχισης πρέπει να κατασκευαστεί σύμφωνα με τον εγκεκριμένο σχεδιασμό, ενώ η κεραία επικυρώνεται στο πραγματικό περίβλημα. Οι παραλλαγές που τροφοδοτούνται με μπαταρία ενδέχεται επίσης να απαιτούν κύκλωμα φόρτισης και προστασίας. Οι έξυπνες κάμερες που τροφοδοτούνται από το δίκτυο δεν χρειάζεται να τα περιλαμβάνουν.

Ένα συγκρότημα PCB κάμερας IP με ενσύρματο Ethernet χρησιμοποιεί αντ' αυτού μια διεπαφή Ethernet και αρχιτεκτονική επεξεργασίας με δυνατότητα δικτύου. Όπου καθορίζεται Power over Ethernet (PoE), η διεπαφή τροφοδοτούμενης συσκευής και το στάδιο DC/DC πρέπει να αντιστοιχούν στο εγκεκριμένο πρότυπο ισχύος, απομόνωσης και προϋπολογισμού φορτίου. Αυτά τα κυκλώματα μπορούν να βρίσκονται στην κύρια πλακέτα ή σε ξεχωριστή πλακέτα τροφοδοσίας PoE. Η ροή βίντεο IP, η υποστήριξη ONVIF και η ασφάλεια δικτύου εξαρτώνται από το υλικολογισμικό του προϊόντος και την προβλεπόμενη υλοποίηση. Δεν υπονοούνται από την τοποθέτηση μιας υποδοχής RJ45.

Αυτές οι διακρίσεις επηρεάζουν τις δοκιμές παραγωγής: μια κάμερα USB μπορεί να απαιτεί απαρίθμηση UVC και ελέγχους ροής βίντεο. μια κάμερα Ethernet μπορεί να απαιτεί διαπραγμάτευση σύνδεσης, ταυτότητα συσκευής, ροή δικτύου και ελέγχους εισόδου τροφοδοσίας. ένα μοντέλο Wi-Fi προσθέτει την εγκεκριμένη σύνδεση και διαμόρφωση ραδιοφώνου. Ένας κατασκευαστής μπορεί να κατασκευάσει τα ηλεκτρονικά συστήματα σύμφωνα με κάθε προδιαγραφή χωρίς να αντιμετωπίζει όλες τις συνδεδεμένες κάμερες ως έναν μόνο τύπο διεπαφής.

Συναρμολόγηση FPC αισθητήρα εικόνας, φακού και κάμερας

Το οπτικό υλικό μπορεί να κάνει την μικρότερη πλακέτα την πιο ευαίσθητη στο χειρισμό PCBA στο προϊόν. Τα πακέτα αισθητήρων εικόνας και οι ενσωματωμένες μονάδες κάμερας ενδέχεται να έχουν διαφορετικούς περιορισμούς αναδιαμόρφωσης, καθαρισμού και υγρασίας. Τα προστατευτικά καλύμματα, ο φωτισμός επιθεώρησης και το σημείο στο οποίο εγκαθίσταται ο φακός θα πρέπει να ακολουθούν τις εγκεκριμένες οδηγίες του προμηθευτή.

Όταν μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος αισθητήρα συνδέεται με ένα εύκαμπτο καλώδιο, η πλευρά επαφής του συνδετήρα, η πρόσβαση στο μάνδαλο, η διαδρομή κάμψης και το πάχος της ενίσχυσης πρέπει να ταιριάζουν με το σχέδιο συναρμολόγησης. Μια υποδοχή FPC με επάνω επαφή δεν μπορεί να αντικαταστήσει μια υποδοχή με κάτω επαφή μόνο και μόνο επειδή το βήμα ταιριάζει. Οι σχετικές λεπτομέρειες σύνδεσης και συναρμολόγησης του FPC της κάμερας αποκτούν ιδιαίτερη σημασία όταν η οπτική κεφαλή είναι ξεχωριστή από την κύρια πλακέτα USB, Wi-Fi ή Ethernet.

Οι θήκες φακών, οι οπές στήριξης, το κάλυμμα και η έδραση του αισθητήρα πρέπει να αναφέρονται στα σωστά μηχανικά σημεία αναφοράς. Όπου η παραγγελία περιλαμβάνει οπτική ενσωμάτωση, η εγκεκριμένη διαδικασία εστίασης του OEM, ο στόχος αναφοράς και τα όρια καθορίζουν την αποδοχή. Η κατασκευή της πλακέτας PCB και η επιθεώρηση SMT επαληθεύουν την κατασκευασμένη πλακέτα. Η οπτική ευθυγράμμιση και η ρύθμιση εικόνας απαιτούν τη δική τους συμφωνημένη διαδικασία.

Τροφοδοτικό, IR LED, κινητήρας PTZ και πλακέτες ελέγχου ήχου

Αυτοί είναι οι τύποι πλακέτας που παραβλέπονται πιο εύκολα όταν ένα έργο περιγράφεται μόνο ως κύρια πλακέτα webcam. Είναι συνηθισμένοι σε συγκεκριμένα σχέδια καμερών με πλούσια χαρακτηριστικά ή συνδεδεμένες σε δίκτυο, αλλά δεν πρέπει να προστίθενται σε προϊόντα που δεν τα χρειάζονται.

Ξεχωριστές πλακέτες τροφοδοσίας και φωτισμού όπου απαιτείται από το σχεδιασμό

Μια πλακέτα τροφοδοσίας κάμερας PoE μετατρέπει την εγκεκριμένη τροφοδοσία εισόδου σε ράγες για τον επεξεργαστή, τον αισθητήρα και τα αξεσουάρ. Ένα μοντέλο με εξωτερική τροφοδοσία μπορεί αντ' αυτού να χρησιμοποιήσει μια πλακέτα εισόδου DC και μια κάμερα μπαταρίας μπορεί να περιλαμβάνει διαχείριση φόρτισης. Το δέντρο ισχύος που απελευθερώνεται καθορίζει τα εξαρτήματα του μετατροπέα, τα όρια απομόνωσης, την ικανότητα ρεύματος και τον θερμικό σχεδιασμό.

Τα μοντέλα νυχτερινής όρασης ενδέχεται να χρησιμοποιούν ένα συγκρότημα PCB LED υπέρυθρης ακτινοβολίας ή ένα ενσωματωμένο τμήμα φωτισμού με ελεγχόμενο ρεύμα LED, θερμική διασπορά και έναν αισθητήρα για την εναλλαγή λειτουργιών φωτισμού. Ορισμένα ενσωματώνουν επίσης έναν ενεργοποιητή φίλτρου IR-cut, ο οποίος αποτελεί ξεχωριστή μηχανική/ηλεκτρική λειτουργία από τον οδηγό LED. Οι αρχές κατασκευής πίσω από τα συγκροτήματα PCB οδηγού LED ισχύουν όταν η εγκεκριμένη κάμερα περιλαμβάνει τέτοιο υλικό φωτισμού.

Κίνηση, μικρόφωνα και χειριστήρια διεπαφής

Μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος ελέγχου κινητήρα κάμερας PTZ μπορεί να οδηγήσει ενεργοποιητές πανοραμικής λήψης, κλίσης ή ζουμ και να λαμβάνει σήματα ορίου ή θέσης. Οι διαδρομές ρεύματος κινητήρα, οι σύνδεσμοι ανάδρασης και οι κινούμενες καμπύλες πρέπει να ακολουθούν τους μηχανισμούς απελευθέρωσης. Η ενσωμάτωσή τους διαφέρει από την πλακέτα στατικού αισθητήρα κάμερας. Το θέμα της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος του οδηγού κινητήρα είναι σχετικό με το πραγματικό υλικό ελέγχου κίνησης. Άλλα μοντέλα προσθέτουν πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος μικροφώνου ή ηχείου, διακόπτες απορρήτου, φώτα κατάστασης, διεπαφές κάρτας αποθήκευσης ή εισόδους/εξόδου συναγερμού. Το επιλεγμένο BOM καθορίζει ποια υποσυγκροτήματα υπάρχουν και πώς δοκιμάζονται.

Κατασκευή και δοκιμή πλήρων σετ πλακέτας webcam

Η κατασκευή και η συναρμολόγηση των PCB της κάμερας web μπορεί να περιλαμβάνει δύο ξεχωριστά παραδοτέα: τις μεμονωμένες PCBA και το σωστά ταιριασμένο σετ που ταιριάζει μέσα σε μια κάμερα. Μια πλακέτα αισθητήρα, μια πλακέτα επεξεργαστή και μια πλακέτα τροφοδοσίας μπορούν να περάσουν τον ηλεκτρικό έλεγχο, αλλά εξακολουθούν να μην λειτουργούν μαζί εάν ένα καλώδιο, μια υποδοχή ή μια παραλλαγή υλικολογισμικού δεν ταιριάζει.

Μια δοκιμή παραγωγής ακολουθεί την πραγματική λειτουργία κάθε πλακέτας

• Αισθητήρας / οπτική πλακέτα: καθορισμένες ράγες τροφοδοσίας, αναγνώριση αισθητήρα, απόκριση διαδρομής εικόνας και οπτική καθαριότητα ή έλεγχος εστίασης, όπου περιλαμβάνονται.
• Κύρια πλακέτα USB / βίντεο: προγραμματισμένο υλικολογισμικό, ταυτότητα συσκευής, απαρίθμηση κεντρικού υπολογιστή και συμφωνημένη λειτουργία εξόδου βίντεο.
• Πλακέτα δικτύου: Σύνδεση Ethernet ή εγκεκριμένη σύνδεση Wi-Fi, ταυτότητα και καθορισμένη επικοινωνία δικτύου/βίντεο όταν το επιτρέπει η συσκευή.
• Πλακέτα τροφοδοσίας: Τάσεις εξόδου, σήματα ενεργοποίησης και σφάλματος και συμφωνημένη συμπεριφορά φορτίου· διαπραγμάτευση PoE ως μέρος του σχεδιασμού.
• Βοηθητικές πλακέτες: φωτισμός και ρεύμα LED, κατεύθυνση/ανάδραση κινητήρα, κανάλια μικροφώνου και κουμπιά ελέγχου, ανάλογα με την περίπτωση.
• Συνδυασμένη συναρμολόγηση: σωστές αναθεωρήσεις πλακέτας, προσανατολισμός καλωδίων, θέση αισθητήρα και η συμφωνημένη λειτουργική ακολουθία σε επίπεδο συστήματος.

Η Highleap μπορεί να συζητήσει λειτουργικές δοκιμές PCBA σε σχέση με εξαρτήματα και όρια που παρέχονται από τον πελάτη ή έχουν συμφωνηθεί από κοινού. Η ρύθμιση του υλικολογισμικού, η οπτική βαθμονόμηση, η απόδοση του ραδιοφώνου και η διαλειτουργικότητα του δικτύου απαιτούν ειδικά καθορισμένες διαδικασίες αποδοχής και όχι έναν γενικό ισχυρισμό ότι κάθε ολοκληρωμένη κάμερα έχει πιστοποιηθεί.

Έκδοση κατασκευής για μία ή περισσότερες πλακέτες

Για κάθε πλακέτα, παρέχετε δεδομένα κατασκευής (Gerber ή ODB++), σχέδια στοίβαξης και στοίβαξης, εγκεκριμένο BOM, αρχεία pick-and-place, απαιτήσεις χειρισμού μονάδων και στοχευόμενες ποσότητες. Για μια κάμερα πολλαπλών πλακετών, προσθέστε μια λίστα σετ πλακετών που να προσδιορίζει τον αριθμό κάθε PCBA ανά προϊόν, αντίστοιχα σχέδια συνδέσμων/FPC, εγκεκριμένους συνδυασμούς υλικολογισμικού, εισόδους τροφοδοσίας και απαιτούμενες δοκιμές. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τη συναρμολόγηση PCBA κάμερας IP πολλαπλών πλακετών , όπου τα προαιρετικά συγκροτήματα PoE, IR και PTZ μπορούν να δημιουργήσουν διάφορες παραλλαγές προϊόντος.

Η υπηρεσία συναρμολόγησης PCB με το κλειδί στο χέρι της Highleap μπορεί να συντονίσει τις εγκεκριμένες κατασκευασμένες πλακέτες, τα αγορασμένα ηλεκτρονικά εξαρτήματα και τις λειτουργίες PCBA. Οι οπτικές μονάδες, η καλωδίωση, η τελική ενσωμάτωση του περιβλήματος και η βαθμονόμηση σε επίπεδο προϊόντος περιλαμβάνονται όταν αποτελούν μέρος της συμφωνημένης παραγγελίας. Το αποτέλεσμα είναι μια προσφορά που βασίζεται στα πραγματικά ηλεκτρονικά συγκροτήματα της κάμερας και όχι σε μια υποτιθέμενη μεμονωμένη μητρική πλακέτα.