Produkcja płytek PCB do wyświetlaczy montowanych na głowie dla przemysłowych zestawów HMD i przenośnych systemów wyświetlania

Płytka PCB wyświetlacza montowanego na głowie stanowi rdzeń elektroniczny monokularowych wyświetlaczy przemysłowych, urządzeń noszonych z wspomaganą rzeczywistością, wyświetlaczy montowanych na hełmie i kompaktowych gogli do obserwacji bliskiej oku. Płytka może łączyć w sobie mikrowyświetlacz, procesor aplikacji, pamięć, kamerę, Wi-Fi/Bluetooth, IMU, mikrofony, głośnik, złącze USB-C i zasilanie bateryjne, a jednocześnie przesyłać sygnały przez wysięgnik, moduł skroniowy lub opaskę na głowę. W przeciwieństwie do kontrolera wyświetlacza stacjonarnego, elektronika HMD musi być wystarczająco lekka, aby zmieścić się w głowie, mechanicznie wyważona i odporna na ciągłe ruchy.

Firma Highleap Electronics produkuje projektowane przez klientów płyty główne HMD, płytki interfejsu wyświetlacza, elastyczne obwody kamer i powiązane płytki PCBA. Produkcja koncentruje się na szybkich połączeniach wyświetlacz/kamera, kompaktowej konstrukcji HDI lub sztywno-elastycznej, współistnieniu RF, kontroli termicznej oraz powtarzalnych interfejsach optycznych/mechanicznych. Ostateczna geometria obudowy, bezpieczeństwo optyczne, komfort użytkowania i zgodność z normami na poziomie produktu pozostają w ramach kompleksowego programu OEM dla zestawów słuchawkowych.

Klasy produktów wyświetlaczy montowanych na głowie i podział PCB

Wyświetlacze montowane na głowie obejmują kilka architektur, a każda z nich obsługuje inną partycję płytki. Elektronika powinna być definiowana przez układ optyczny i zastosowanie, a nie wyłącznie przez obudowę.

• Monokularowy przemysłowy HMD: Wykorzystuje niewielki ekran umieszczony tuż obok oka użytkownika, służący do wyświetlania instrukcji roboczych, zdalnej pomocy lub danych kontrolnych.
• Noszony wyświetlacz w lornetce: Wykorzystuje dwa kanały optyczne lub szerszy pojedynczy moduł optyczny i zazwyczaj wymaga większej przepustowości wyświetlacza oraz ściślejszej synchronizacji.
• Zestaw słuchawkowy wspomaganej rzeczywistości: Prezentuje informacje, nie zastępując całkowicie widoku rzeczywistego otoczenia użytkownikowi; wytrzymałe produkty przemysłowe mogą łączyć w sobie kamerę, sterowanie głosowe i optykę umożliwiającą odczyt w warunkach zewnętrznych.
• Moduł wyświetlacza montowany na kasku: Umożliwia montaż wyświetlacza elektronicznego na hełmie ochronnym lub taktycznym i często wykorzystuje osobną płytę główną, płytki elastyczne i płytki optyczne.
• Widz uwięziony: Przenosi większość obliczeń do telefonu, komputera lub zewnętrznego zasilacza, umożliwiając karcie graficznej skupienie się na wyświetlaniu, czujnikach, USB/szybkim wejściu/wyjściu i konwersji zasilania.
• Samodzielny komputer przenośny: Integruje procesor, pamięć, pamięć masową, sieć bezprzewodową i baterię na głowicy, zwiększając gęstość ciepła i mocy.

Dlaczego w niektórych zestawach HMD główny procesor i moduł optyczny powinny być oddzielone?

Oddzielenie procesora od silnika optycznego może poprawić rozkład masy i łatwość serwisowania. Niewielka płytka Flex lub płytka wyświetlacza może pozostać w jednej linii z optyką, podczas gdy cieplejszy procesor i bateria znajdują się w miejscu, gdzie jest więcej miejsca na chłodzenie.

Mikrowyświetlacz, kamera i szybkie przesyłanie sygnału

HMD może przenosić wiele interfejsów wrażliwych na straty sygnału, przekoszenia i zmiany złączy. Uwolniony układ warstw i połączenia między nimi należy traktować jako część kanału wyświetlacza/kamery, a nie jako standardową wielowarstwową płytkę PCB.

• Interfejs mikrowyświetlacza: OLED, LCoS lub inne silniki wyświetlaczy mogą korzystać z interfejsów MIPI, RGB, LVDS lub zastrzeżonych. Highleap może złożyć interfejs za pomocą płytka PCB wyświetlacza kontrola produkcji.
• Ścieżka kamery: Zdalne systemy HMD do pomocy lub inspekcji często zawierają kamerę o wysokiej rozdzielczości. Moduł kamery można podłączyć przez kamera FPC lub dedykowanej tablicy.
• Routing o dużej prędkości: Wyświetlacz, kamera, kanały USB i pamięci powinny być zgodne szybka płytka drukowana i wymagania dotyczące kontrolowanej impedancji.
• USB typu C: Widzowie z dostępem do sieci lub porty usługowe mogą korzystać Złącza USB-C do funkcji zasilania, danych lub wyświetlania trybu alternatywnego.
• Przejścia łączników: Złącza płytka-płytka i FPC powinny zachowywać płaszczyzny odniesienia i unikać długich odcinków na wrażliwych łączach.

Co decyduje o tym, czy HMD potrzebuje HDI?

Głównymi czynnikami są odstęp między procesorami, liczba ścieżek kamery/wyświetlacza, szerokość płytki i gęstość złączy. Kompaktowy procesor BGA z kilkoma szybkimi interfejsami może uzasadniać zastosowanie mikroprzelotek, nawet jeśli cały zestaw słuchawkowy jest duży.

IMU, śledzenie głowy i łączenie czujników

Urządzenia montowane na głowie zazwyczaj wykorzystują akcelerometry i żyroskopy do orientacji, monitorowania zachowania podczas snu i czuwania lub stabilizacji ruchu. Bardziej zaawansowane produkty posiadają magnetometry, barometry, czujniki zbliżeniowe lub kamery do śledzenia przestrzennego.

• Orientacja IMU: Osie czujników powinny być powiązane z optycznym i mechanicznym układem współrzędnych, aby oprogramowanie sprzętowe prawidłowo interpretowało ruch głowy.
• Ścieżka danych o niskim opóźnieniu: Dane dotyczące ruchu powinny docierać do procesora bez niepotrzebnych konfliktów na magistrali i zakłóceń zegara.
• Synchronizacja kamery/IMU: Śledzenie wizualno-inercyjne opiera się na deterministycznym synchronizowaniu klatek obrazu i próbek ruchu.
• Integralność płytki PCB łączącej czujniki: Szybkie trasowanie czujników i procesorów można przejrzeć, korzystając z zasad opisanych w weryfikacja płytki PCB z szybkim łączeniem czujników gdzie ma to zastosowanie.
• Środowisko magnetyczne: Jeżeli używany jest magnetometr, w środowisku kalibracji należy uwzględnić magnesy głośników, siłowniki dotykowe i uchwyty metalowe.

Łączność bezprzewodowa, sprzęt audio i sterowanie głosowe

Przemysłowe zestawy słuchawkowe często łączą Wi-Fi i Bluetooth z mikrofonami i głośnikiem. Podsystemy radiowe i akustyczne muszą współistnieć z zegarami wyświetlacza i szumem przełączania procesora w bardzo małej obudowie.

• Wi-Fi: Transmisja strumieniowa wideo i zdalna współpraca mogą generować stałe obciążenie radia i procesora, dlatego rozmieszczenie anten i stan termiczny powinny być weryfikowane razem.
• Bluetooth: Akcesoria i łącza audio mogą korzystać z wersji wydanej Płytka Bluetooth architektura z kontrolowanymi strefami wykluczenia.
• Układ RF: Zasilanie anten, dopasowanie i ekranowanie mogą następować rozwiązanie bezprzewodowe i RF praktyki produkcyjne.
• Zestaw mikrofonów: Produkty sterowane głosem mogą wykorzystywać kilka mikrofonów cyfrowych; lokalizacja portów i membran akustycznych musi zostać zachowana podczas montażu obudowy.
• Wyjście głośnikowe: Wzmacniacz i ścieżka głośnikowa powinny być, jeśli to możliwe, umieszczone z dala od obszarów wrażliwych na zakłócenia RF/IMU.

HDI, Rigid-Flex i konstrukcja termiczna do urządzeń elektronicznych noszonych na głowie

Waga i grubość obudowy sprawiają, że architektura PCB jest kluczowa dla komfortu użytkowania HMD. Konwencjonalna, sztywna płytka PCB może być odpowiednia do wytrzymałego monokularu, natomiast kompaktowe lub zakrzywione konstrukcje często korzystają z HDI i elastycznych połączeń.

• Płyta główna HDI: Produkcja płytek PCB HDI może obsługiwać procesory o małym rozstawie, pamięć i gęste pola złączy.
• Sztywność-zginanie: Sztywno-elastyczna płytka drukowana umożliwia przesyłanie sygnałów przez ramiona skroniowe lub zespoły wysięgników, przy użyciu mniejszej liczby złączy kablowych.
• Elastyczność inteligentnych okularów: Cienkie gałęzie optyczne mogą wykorzystywać tę samą dyscyplinę procesową, co elastyczna płytka PCB w inteligentnych okularach.
• Rozprzestrzenianie się ciepła: Ciepło generowane przez procesor, PMIC i układ radiowy należy odprowadzić od powierzchni skóry i elementów optycznych, stosując określone ścieżki miedziane i obudowy.
• Umiejscowienie baterii: Zestaw słuchawkowy może mieć baterię umieszczoną z tyłu lub w zewnętrznym opakowaniu, co zmienia wymagania dotyczące kabla i dystrybucji zasilania.

Montaż, programowanie i kontrola płytek PCB HMD

Produkty bliskie oku często stają się trudne do przerobienia po zainstalowaniu modułów optycznych i obwodów elastycznych. Proces produkcyjny powinien obejmować programowanie i kontrolę na poziomie płytki przed ostatecznym ustawieniem optycznym.

• Montaż o drobnym skoku: Highleap może zapewnić Montaż PCB dla procesorów, pamięci, układów PMIC, kamer i urządzeń RF.
• Pozyskiwanie komponentów: Moduły wyświetlacza, kamery, pamięć i radia powinny być zgodne z kontrolowanymi pozyskiwanie komponentów zasady.
• AOI: AOI w PCBA może dokonać inspekcji złączy, małych elementów pasywnych i orientacji urządzenia przed zamknięciem stosu mechanicznego.
• RTG: Ukryte połączenia BGA/LGA można sprawdzić za pomocą Kontrola rentgenowska gdzie wymagane.
• Programowanie: Bootloader, obraz operacyjny, dane kalibracyjne i identyfikator seryjny powinny być powiązane z konkretną wersją PCB/BOM.

Test funkcjonalny i pakiet RFQ dla płytki PCB wyświetlacza montowanego na głowie

Akceptacja fabryczna powinna oddzielić funkcje elektroniczne od ostatecznego ustawienia optycznego. Płytkę można zweryfikować pod kątem danych wyświetlacza, rejestracji obrazu z kamery, czujników, radia i prądu przed zamontowaniem kompletnego HMD w zespole optycznym.

• Wzór wyświetlania: Sprawdź generowanie obrazu, kontrolę jasności i stabilność interfejsu.
• Aparat: Potwierdź przechwytywanie, automatyczne ustawianie ostrości lub zatwierdzone funkcje trybu testowego.
• IMU: Sprawdź tożsamość czujnika i reakcję na orientację.
• Bezprzewodowe/audio: Sprawdź ścieżki Wi-Fi/Bluetooth oraz mikrofonu/głośnika, jeśli są uwzględnione.
• Zasilanie: Pomiar zdefiniowanych stanów prądu czynnego i niskiego poboru mocy.
• FCT: Highleap może wdrożyć rozwiązania zdefiniowane przez klienta testy funkcjonalności z zaprogramowanym oprogramowaniem sprzętowym i możliwością śledzenia wyników.

Powiązane programy produktowe mogą obejmować monokularowe przemysłowe płytki PCB HMD, montowane na hełmach płytki wyświetlacza, zestawy słuchawkowe wspomaganej rzeczywistości, noszone moduły kamery/wyświetlacza i elastyczne zespoły inteligentnych okularów, każdy z nich wprowadzany na rynek z własną konfiguracją optyczną i mechaniczną.