Produkcja płytek PCB do kamer internetowych dla systemów kamer USB i sieciowych

Kamera internetowa nie zawsze działa na jednej głównej płytce drukowanej. Kompaktowy model USB może łączyć przetwornik obrazu, kontroler wideo i regulator mocy na jednej płytce PCB. Bardziej zaawansowana kamera może rozdzielić te funkcje na płytkę sensora, płytę główną przetwarzania, interfejs bezprzewodowy lub Ethernet, płytkę zasilania, płytkę sterowania silnikiem oraz zespoły pomocnicze do obsługi dźwięku lub oświetlenia. Liczba płytek zależy od połączeń, obudowy i funkcji kamery, a nie tylko od jej rozdzielczości.

Firma Highleap Electronics oferuje produkcję płytek PCB do kamer internetowych oraz montaż PCBA dla elektroniki kamer projektowanej przez klienta, od pojedynczych modułów czujników po skoordynowane zestawy wielopłytkowe. Usługi produkcji elektroniki obejmują certyfikowane pozyskiwanie komponentów, montaż SMT i przewlekany oraz uzgodnioną inspekcję lub testy funkcjonalne. Poniższe sekcje pokazują, jak różne produkty z kategorii kamer internetowych i kamer sieciowych mogą dzielić elektronikę, a także jakie szczegóły mają znaczenie, gdy te płytki są produkowane razem.

Typy kamer internetowych i używane przez nie zespoły PCB

Termin „kamera internetowa” najczęściej odnosi się do kamery podłączonej bezpośrednio do komputera, zazwyczaj przez USB. Kamery Wi-Fi i Ethernet/IP to pokrewne kategorie kamer podłączonych do sieci; przemysłowe kamery USB i GigE tworzą inną, wyspecjalizowaną rodzinę. Ich elektronika jest podobna, ale interfejsy hosta, układy zasilania i testy produktu różnią się. Poniższe przykłady opisują możliwe konfiguracje PCB, a nie sztywne wymagania dla każdej kamery w danej kategorii.

Pojedyncza płytka PCB może łączyć kilka z tych funkcji. Natomiast kamera przemysłowa lub zmotoryzowana może wykorzystywać kilka niezależnie zmontowanych płytek, co ułatwia montaż, separację termiczną lub ruch mechaniczny. W przypadku szerszej elektroniki obrazowej, wykraczającej poza stacjonarne kamery internetowe, produkcja płytek PCB obejmuje podobne konstrukcje płytek, nie zakładając jednak wspólnej konstrukcji kamery.

Od czujnika obrazu do wyjścia: co robi każda płytka drukowana aparatu

W kamerze wielopłytkowej płyta główna stanowi tylko jeden element łańcucha sygnałowo-zasilania. Płytka PCB czujnika przetwarza światło na dane obrazowe; kontroler lub układ ISP/SoC przetwarza te dane; układ interfejsu dostarcza je do hosta lub sieci. Elektronika zasilania i sterowania utrzymuje podsystemy optyczne i mechaniczne w określonych warunkach.

Płyta czujnika kamery i płyta główna przetwarzania wideo

Płytka PCB czujnika obrazu kamery internetowej może zawierać czujnik CMOS, lokalne regulatory, elementy zegara i złącze o małym rozstawie za obiektywem. Oddzielna płyta główna wideo może zawierać procesor obrazu lub mostek USB, pamięć, pamięć oprogramowania układowego, sekwencjonowanie zasilania i interfejs hosta. Inne projekty łączą obie te funkcje na jednej płytce PCB. Trasy między czujnikiem a procesorem, w tym MIPI CSI-2, jeśli zostały określone, muszą być zgodne z opublikowanymi wymaganiami dotyczącymi stosu i trasowania, a nie z ogólnymi zasadami śledzenia USB.

Płytki PCB zasilania, interfejsu i pomocnicze

Płytka PCB zasilacza kamery lub płytka DC/DC zasila procesor wideo, czujnik, silniki i oświetlenie; może być oddzielona, ​​jeśli wymaga tego dostępna przestrzeń, ciepło lub napięcie wejściowe. Płytki interfejsów mogą zawierać złącza USB, magnesy Ethernet, zatwierdzony moduł Wi-Fi lub zewnętrzne wejścia/wyjścia. Oddzielne płytki PCBA do sterowania kamerą mogą zawierać sterownik obrotu/pochylenia, matrycę mikrofonową, oświetlenie IR, wskaźniki lub przyciski na panelu przednim. Żadna z tych płytek nie musi być oddzielna, chyba że wymaga tego architektura produktu.

Po rozdzieleniu płytek, definicje złączy stają się częścią produkcji systemu: kierunek łączenia, lokalizacja pinu pierwszego w FPC, długość kabla, przypisanie szyn, wysokość między płytkami oraz zatwierdzona wersja każdego zespołu powinny być spójne w całym zestawie kamer. W tym momencie dostarczenie pięciu indywidualnie poprawnych płytek PCB nie wystarczy, jeśli nie da się ich sparować w tej samej obudowie.

Różnice w płytkach PCB kamery internetowej USB, kamery Wi-Fi i kamery IP

Konwencjonalna płytka PCB kamery internetowej USB dostarcza obraz do podłączonego hosta. Zatwierdzony kontroler USB, oprogramowanie układowe i interfejs decydują o obsłudze klasy USB Video Class (UVC), dostępnych formatach i sposobie enumeracji sygnału przez kamerę. USB-C to format złącza; sam w sobie nie gwarantuje prędkości USB 3.x ani funkcji Power Delivery.

Kamera bezprzewodowa z łącznością zawiera moduł radiowy Wi-Fi, antenę oraz lokalne przetwarzanie dla swojej konkretnej implementacji sieciowej/wideo. Sieć RF Keepout i sieć dopasowująca muszą być zbudowane zgodnie z zatwierdzonym projektem, a antena jest sprawdzona w rzeczywistej obudowie. Wersje zasilane bateryjnie mogą również wymagać układu ładowania i zabezpieczenia; inteligentne kamery zasilane z sieci nie muszą go zawierać.

Zespół PCB kamery IP z przewodowym Ethernetem wykorzystuje interfejs Ethernet i architekturę przetwarzania zdolną do pracy w sieci. W przypadku specyfikacji Power over Ethernet (PoE), interfejs zasilanego urządzenia i stopień DC/DC muszą spełniać zatwierdzony standard zasilania, izolację i budżet obciążenia. Obwody te mogą znajdować się na płycie głównej lub na oddzielnej płytce PCB zasilania PoE. Strumieniowanie wideo IP, obsługa ONVIF i bezpieczeństwo sieci zależą od oprogramowania sprzętowego produktu i planowanej implementacji; nie są one implikowane przez montaż złącza RJ45.

Te rozróżnienia wpływają na testy produkcyjne: kamera USB może wymagać enumeracji UVC i kontroli strumienia wideo; kamera Ethernet może wymagać negocjacji łącza, identyfikacji urządzenia, strumieniowania sieciowego i kontroli zasilania; model Wi-Fi dodaje zatwierdzone połączenie radiowe i konfigurację. Producent może dostosować elektronikę do każdej specyfikacji, nie traktując wszystkich podłączonych kamer jako jednego typu interfejsu.

Zespół FPC czujnika obrazu, obiektywu i kamery

Sprzęt optyczny może sprawić, że najmniejsza płytka PCB będzie najbardziej wrażliwa na dotyk w produkcie. Pakiety czujników obrazu i zintegrowane moduły kamer mogą mieć różne ograniczenia dotyczące lutowania rozpływowego, czyszczenia i wilgotności. Osłony ochronne, oświetlenie inspekcyjne i miejsce montażu soczewki powinny być zgodne z instrukcjami zatwierdzonego dostawcy.

W przypadku połączenia płytki PCB czujnika za pomocą kabla elastycznego, strona styku złącza, dostęp do zatrzasku, ścieżka gięcia i grubość usztywnienia muszą być zgodne z rysunkiem montażowym. Gniazdo FPC z górnym stykiem nie może zostać zastąpione gniazdem z dolnym stykiem wyłącznie ze względu na zgodność rastra. Odpowiednie połączenie FPC kamery i szczegóły montażu stają się szczególnie ważne, gdy głowica optyczna jest oddzielona od płyty głównej USB, Wi-Fi lub Ethernet.

Uchwyty soczewek, otwory montażowe, szkło osłonowe i osadzenie czujnika muszą być zgodne z prawidłowymi danymi mechanicznymi. W przypadku, gdy zamówienie obejmuje integrację optyczną, akceptację warunkuje zatwierdzona przez producenta OEM procedura ustawiania ostrości, cel odniesienia i ograniczenia. Produkcja PCB i inspekcja SMT weryfikują wykonaną płytkę; optyczne ustawienie i dostrojenie obrazu wymagają osobnego, uzgodnionego procesu.

Zasilacz, dioda IR LED, silnik PTZ i płyty sterowania dźwiękiem

To typy płyt, które najłatwiej przeoczyć, gdy projekt jest opisany wyłącznie jako płyta główna kamery internetowej. Są one powszechne w przypadku kamer o bogatej funkcjonalności lub podłączonych do sieci, ale nie powinny być dodawane do produktów, które ich nie potrzebują.

Oddzielne tablice zasilania i oświetlenia tam, gdzie wymaga tego projekt

Płytka PCB zasilania kamery PoE konwertuje zatwierdzone zasilanie wejściowe na szyny dla procesora, czujnika i akcesoriów. Model zasilany zewnętrznie może zamiast tego wykorzystywać płytkę wejścia DC, a kamera zasilana bateryjnie może być wyposażona w system zarządzania ładowaniem. Opublikowany schemat zasilania określa komponenty konwertera, granice izolacji, wydajność prądową i konstrukcję termiczną.

Modele noktowizyjne mogą wykorzystywać podczerwony moduł PCB z diodą LED lub zintegrowaną sekcję oświetlenia z kontrolowanym prądem LED, rozpraszaniem ciepła i czujnikiem do przełączania trybów oświetlenia. Niektóre modele zawierają również siłownik filtra odcinającego podczerwień, który jest oddzielną funkcją mechaniczno-elektryczną od sterownika LED. Zasady produkcji modułów PCB ze sterownikami LED mają zastosowanie, gdy zatwierdzona kamera zawiera taki sprzęt oświetleniowy.

Sterowanie ruchem, mikrofonami i interfejsem

Płytka PCB sterująca silnikiem kamery PTZ może sterować siłownikami obrotu, pochylenia lub zoomu oraz odbierać sygnały graniczne lub położenia. Ścieżki prądowe silnika, złącza sprzężenia zwrotnego i ruchome elementy elastyczne muszą być zgodne z mechanizmem zwalniania; ich integracja różni się od integracji ze statyczną płytką czujnika kamery. Temat dotyczący płytki PCB sterownika silnika jest istotny dla rzeczywistego sprzętu sterującego ruchem. Inne modele zawierają płytki PCB mikrofonu lub głośnika, przełączniki prywatności, kontrolki stanu, interfejsy kart pamięci lub wejścia/wyjścia alarmowe. Wybrane zestawienie materiałów określa, które podzespoły istnieją i jak są testowane.

Produkcja i testowanie kompletnych zestawów PCB do kamer internetowych

Produkcja i montaż płytek PCB kamery internetowej może obejmować dwa odrębne elementy: pojedyncze płytki PCBA oraz prawidłowo dopasowany zestaw, który pasuje do wnętrza kamery. Płytka czujnika, płytka procesora i płytka zasilania mogą przejść kontrolę elektryczną, ale nadal nie będą ze sobą współpracować, jeśli kabel, złącze lub wariant oprogramowania sprzętowego są niedopasowane.

Test produkcyjny śledzi faktyczną funkcję każdej płyty

• Płytka czujnika/optyczna: określone szyny zasilające, identyfikacja czujnika, odpowiedź ścieżki obrazu oraz czystość optyczna lub kontrola ostrości, jeśli jest uwzględniona.
• Płyta główna USB/wideo: zaprogramowane oprogramowanie sprzętowe, identyfikacja urządzenia, enumeracja hostów i uzgodniony tryb wyjścia wideo.
• Karta sieciowa: Łącze Ethernet lub zatwierdzone połączenie Wi-Fi, tożsamość i określona komunikacja sieciowa/wideo, jeśli pozwala na to urządzenie.
• Płyta zasilająca: napięcia wyjściowe, sygnały włączania i wyłączania oraz uzgodnione zachowanie obciążenia; negocjacje PoE, gdy są częścią projektu.
• Płyty pomocnicze: oświetlenie i prąd LED, kierunek/sprzężenie zwrotne silnika, kanały mikrofonowe i przyciski sterujące (w stosownych przypadkach).
• Montaż łączony: prawidłowe wersje płytki, orientacja kabli, położenie czujników i uzgodniona sekwencja funkcjonalna na poziomie systemu.

Firma Highleap może omówić testy funkcjonalne PCBA w oparciu o dostarczone przez klienta lub wspólnie uzgodnione parametry i ograniczenia. Strojenie oprogramowania sprzętowego, kalibracja optyczna, wydajność radia i interoperacyjność sieciowa wymagają szczegółowo określonych procedur akceptacji, a nie ogólnego stwierdzenia, że ​​każda gotowa kamera została zakwalifikowana.

Wersja produkcyjna dla jednej lub kilku płyt

Dla każdej płytki należy dostarczyć dane produkcyjne (Gerber lub ODB++), rysunki i zestawienia, zatwierdzone zestawienie materiałów (BOM), pliki pick-and-place, wymagania dotyczące obsługi modułów oraz ilości docelowe. W przypadku kamery wielopłytkowej należy dodać listę zestawów płytek, określającą liczbę płytek PCBA dla każdego produktu, rysunki złączy/FPC, zatwierdzone kombinacje oprogramowania sprzętowego, wejścia zasilania i wymagane testy. Jest to szczególnie przydatne w przypadku montażu płytek PCBA w kamerach IP wielopłytkowych , gdzie opcjonalne zespoły PoE, IR i PTZ mogą tworzyć kilka wariantów produktu.

Usługa montażu PCB pod klucz firmy Highleap obejmuje koordynację zatwierdzonych, wyprodukowanych płytek, zakupionych komponentów elektronicznych oraz operacji PCBA. Moduły optyczne, okablowanie, ostateczna integracja obudowy i kalibracja na poziomie produktu są wliczone w cenę, jeśli stanowią część uzgodnionego zamówienia. Rezultatem jest wycena oparta na rzeczywistych zespołach elektronicznych kamery, a nie na domniemanej pojedynczej płycie głównej.