Fabricarea PCB-urilor pentru camere web pentru sisteme de camere USB și de rețea

O cameră web nu funcționează întotdeauna de pe o singură placă de circuit principală. Un model USB compact poate combina senzorul de imagine, controlerul video și reglarea puterii pe un singur PCB. O cameră mai elaborată poate distribui aceste funcții pe o placă de senzori, o placă de bază de procesare, o interfață wireless sau Ethernet, o placă de alimentare, o placă de control al motorului și ansambluri auxiliare pentru audio sau iluminare. Numărul de plăci depinde de conexiunile, carcasa și funcțiile camerei - nu doar de rezoluția acesteia.

Highleap Electronics oferă servicii de fabricație PCB pentru camere web și asamblare PCBA pentru electronice de camere proiectate de client, de la module individuale de senzori până la seturi multi-placă coordonate. Serviciile sale de fabricație electronică includ aprovizionarea aprobată a componentelor, asamblarea SMT și prin găuri traversante, precum și inspecția sau testarea funcțională agreată. Secțiunile de mai jos arată cum diferite produse de camere web și camere conectate își pot împărți componentele electronice și ce detalii contează atunci când aceste plăci sunt fabricate împreună.

Tipuri de camere web și ansamblurile PCB pe care le utilizează

Cuvântul „webcam” se referă cel mai adesea la o cameră conectată direct la un computer, de obicei prin USB. Camerele Wi-Fi și Ethernet/IP sunt categorii adiacente de camere conectate; camerele industriale USB și GigE formează o altă familie specializată. Componentele lor electronice se suprapun, dar interfețele gazdă, aranjamentele de alimentare și testele de produs diferă. Următoarele exemple descriu posibile configurații PCB, nu cerințe fixe pentru fiecare cameră dintr-o categorie.

Un singur PCB poate combina mai multe dintre aceste funcții. În schimb, o cameră industrială sau motorizată poate utiliza mai multe plăci asamblate independent pentru o montare mai ușoară, separare termică sau mișcare mecanică. Pentru electronice de imagistică mai ample dincolo de camerele web desktop, fabricarea PCB-urilor pentru camere acoperă construcții de plăci similare fără a presupune un design comun al camerei.

De la senzorul de imagine la ieșire: Ce face fiecare placă de circuit a camerei

Într-o cameră cu mai multe plăci de bază, placa de bază este doar o parte a lanțului de semnal și alimentare. Un PCB cu senzor convertește lumina în date de imagine electrice; un controler sau un ISP/SoC procesează aceste date; un circuit de interfață le livrează către o gazdă sau o rețea. Electronica de alimentare și control menține subsistemele optice și mecanice funcționând în condițiile specificate.

Placa senzorului camerei și placa de bază pentru procesarea video

Un PCB pentru senzorul de imagine al unei camere web poate conține senzorul CMOS, regulatoarele locale, componentele de ceas și un conector cu pas fin în spatele obiectivului. Placa de bază video separată poate conține procesorul de imagine sau puntea USB, memoria, stocarea firmware-ului, secvențierea alimentării și interfața gazdă. Alte modele combină ambele roluri pe un singur PCB. Rutele senzor-procesor, inclusiv MIPI CSI-2 acolo unde este specificat, trebuie să respecte cerințele de stivuire și rutare publicate, mai degrabă decât regulile generice de trasare USB.

PCB-uri de alimentare, interfață și auxiliare

O placă PCB sau o placă DC/DC pentru sursa de alimentare a camerei alimentează procesorul video, senzorul, motoarele și iluminarea; aceasta poate fi separată atunci când spațiul disponibil, căldura sau tensiunea de intrare o justifică. Plăcile de interfață pot conține conectori USB, componente magnetice Ethernet, un modul Wi-Fi aprobat sau intrări/ieșiri externe. Placile PCB separate pentru controlul camerei pot conține driverul de pan/tilt, matricea de microfoane, iluminarea IR, indicatorii sau butoanele panoului frontal. Niciuna dintre acestea nu trebuie să fie o placă independentă, cu excepția cazului în care arhitectura produsului lansată o impune.

Când plăcile sunt separate, definițiile conectorilor devin parte a procesului de fabricație a sistemului: direcția de cuplare, locația pinului unu al FPC, lungimea cablului, alocarea șinei, înălțimea dintre plăci și revizia aprobată a fiecărui ansamblu ar trebui să fie consecvente pe întregul set de camere. Acesta este punctul în care furnizarea a cinci PCB-uri corecte individual nu este suficientă dacă acestea nu pot fi împerecheate în aceeași carcasă.

Diferențe între PCB-ul camerei web USB, al camerei Wi-Fi și al camerei IP

O placă de circuit imprimat (PCB) convențională pentru camere web USB transmite semnal video către o gazdă conectată. Controlerul USB aprobat, firmware-ul și interfața sa determină dacă este acceptată USB Video Class (UVC), ce formate sunt expuse și cum enumerează camera. USB-C este un format de conector; nu garantează în sine viteza USB 3.x sau Power Delivery.

O cameră conectată wireless adaugă un radio sau un modul Wi-Fi, o antenă și procesare locală pentru implementarea specifică a rețelei/video. Rețeaua de blocare și adaptare RF trebuie construită conform designului aprobat, în timp ce antena este validată în carcasa propriu-zisă. Variantele alimentate cu baterii pot necesita, de asemenea, circuite de încărcare și protecție; camerele inteligente alimentate de la rețea nu trebuie să le includă.

Un ansamblu PCB pentru camere IP cu Ethernet prin cablu utilizează în schimb o interfață Ethernet și o arhitectură de procesare compatibilă cu rețeaua. Acolo unde este specificat Power over Ethernet (PoE), interfața dispozitivului alimentat și etapa DC/DC trebuie să corespundă standardului de alimentare aprobat, izolației și bugetului de sarcină. Aceste circuite pot fi amplasate pe placa de bază sau pe un PCB de alimentare PoE separat. Streamingul video IP, suportul ONVIF și securitatea rețelei depind de firmware-ul produsului și de implementarea preconizată; acestea nu sunt implicate de montarea unui conector RJ45.

Aceste distincții afectează testarea producției: o cameră USB poate necesita enumerare UVC și verificări ale fluxului video; o cameră Ethernet poate necesita negociere a legăturii, identitatea dispozitivului, streaming în rețea și verificări ale alimentării; un model Wi-Fi adaugă conexiunea radio aprobată și configurația. Un producător poate construi componentele electronice conform fiecărei specificații fără a trata toate camerele conectate ca un singur tip de interfață.

Ansamblu senzor de imagine, obiectiv și cameră FPC

Hardware-ul optic poate face ca cea mai mică placă de circuit imprimat să fie cea mai sensibilă la manipulare din produs. Pachetele de senzori de imagine și modulele de cameră integrate pot avea restricții diferite de reflow, curățare și umiditate. Capacele de protecție, iluminatul de inspecție și punctul în care este instalat obiectivul trebuie să respecte instrucțiunile aprobate de furnizor.

Când un PCB al senzorului este conectat printr-un cablu flexibil, partea de contact a conectorului, accesul la zăvor, calea de îndoire și grosimea rigidizării trebuie să corespundă cu desenul de ansamblu. O priză FPC cu contact superior nu poate înlocui o priză cu contact inferior doar pentru că pasul se potrivește. Conexiunea FPC a camerei și detaliile de asamblare relevante devin deosebit de importante atunci când capul optic este separat de placa de bază USB, Wi-Fi sau Ethernet.

Suporturile de lentile, găurile de montare, sticla de protecție și poziționarea senzorului trebuie să facă referire la datele mecanice corecte. În cazul în care comanda include integrare optică, procedura de focalizare aprobată de producătorul de echipamente originale, ținta de referință și limitele determină acceptarea. Fabricarea PCB-ului și inspecția SMT verifică placa construită; alinierea optică și reglarea imaginii necesită propriul proces convenit.

Sursă de alimentare, LED IR, motor PTZ și plăci de control audio

Acestea sunt tipurile de plăci cel mai ușor de trecut cu vederea atunci când un proiect este descris doar ca o placă de bază pentru webcam. Sunt comune în special în modelele de camere bogate în funcții sau conectate la rețea, dar nu ar trebui adăugate la produse care nu le necesită.

Separați plăcile de alimentare și de iluminare acolo unde este necesar conform designului

O placă de circuit imprimat (PCB) pentru alimentarea camerei PoE convertește sursa de intrare aprobată în șine pentru procesor, senzor și accesorii. Un model alimentat extern poate utiliza în schimb o placă de intrare CC, iar o cameră cu baterie poate include gestionarea încărcării. Arborele de alimentare lansat determină componentele convertorului, limitele de izolare, capacitatea de curent și designul termic.

Modelele cu vedere nocturnă pot utiliza un ansamblu PCB cu LED-uri în infraroșu sau o secțiune de iluminare integrată cu curent LED controlat, dispersie termică și un senzor pentru comutarea modurilor de iluminare. Unele încorporează și un actuator de filtru IR-cut, care este o funcție mecanică/electrică separată de driverul LED. Principiile de fabricație din spatele ansamblurilor PCB ale driverelor LED se aplică atunci când camera aprobată include astfel de componente de iluminare.

Mișcare, microfoane și controale de interfață

O placă de circuit imprimat (PCB) de control al motorului unei camere PTZ poate acționa actuatoare de panoramare, înclinare sau zoom și poate primi semnale de limită sau poziționare. Traseele de curent ale motorului, conectorii de feedback și flexibilele mobile trebuie să respecte mecanica publicată; integrarea lor diferă de placa senzorului static al camerei. Subiectul legat de PCB-ul driverului motorului este relevant pentru hardware-ul de control al mișcării propriu-zis. Alte modele adaugă PCB-uri pentru microfon sau difuzor, comutatoare de confidențialitate, lumini de stare, interfețe pentru carduri de stocare sau intrări/ieșiri de alarmă. Lista de materiale selectată determină ce subansambluri există și cum sunt testate acestea.

Fabricarea și testarea seturilor complete de PCB pentru camere web

Fabricarea și asamblarea PCB-urilor pentru camere web poate implica două rezultate distincte: PCB-urile individuale și setul potrivit care se potrivește în interiorul unei camere. O placă de senzori, o placă de procesor și o placă de alimentare pot trece fiecare inspecția electrică, dar tot nu funcționează împreună dacă un cablu, un conector sau o variantă de firmware nu este potrivită.

Un test de producție urmărește funcția reală a fiecărei plăci

• Placă senzor/optică: șine de alimentare specificate, identificarea senzorului, răspunsul traseului imaginii și verificarea curățeniei optice sau a focalizării, acolo unde este inclusă.
• Placă de bază USB / video: firmware-ul programat, identitatea dispozitivului, enumerarea gazdei și modul de ieșire video convenit.
• Placă de rețea: Legătură Ethernet sau conexiune Wi-Fi aprobată, identitate și comunicare de rețea/video specificată atunci când dispozitivul permite.
• Placă de alimentare: tensiuni de ieșire, semnale de activare și de eroare și comportamentul convenit la sarcină; negocierea PoE acolo unde face parte din proiectare.
• Plăci auxiliare: iluminare și curent LED, direcția/feedback-ul motorului, canalele microfonului și butoanele de control, după caz.
• Asamblare combinată: reviziile corecte ale plăcii, orientarea cablurilor, poziția senzorului și secvența funcțională convenită la nivel de sistem.

Highleap poate discuta despre testarea funcțională a PCBA în raport cu dispozitive și limite furnizate de client sau convenite de comun acord. Reglarea firmware-ului, calibrarea optică, performanța radio și interoperabilitatea rețelei necesită proceduri de acceptare definite în mod specific, mai degrabă decât o afirmație generică că fiecare cameră finalizată a fost calificată.

Autorizație de fabricație pentru o placă sau mai multe

Pentru fiecare placă, furnizați date de fabricație (Gerber sau ODB++), stivuirea și desenele, lista de materiale aprobată, fișierele pick-and-place, cerințele de manipulare a modulelor și cantitățile țintă. Pentru o cameră cu mai multe plăci, adăugați o listă de seturi de plăci care identifică numărul fiecărui PCBA per produs, desenele conectorilor/FPC corespunzătoare, combinațiile de firmware aprobate, intrările de alimentare și testele necesare. Acest lucru este util în special pentru ansamblurile PCBA cu camere IP cu mai multe plăci , unde ansamblurile opționale PoE, IR și PTZ pot crea mai multe variante de produs.

Serviciul de asamblare PCB la cheie oferit de Highleap poate coordona plăcile fabricate aprobate, componentele electronice achiziționate și operațiunile PCBA. Modulele optice, cablajul, integrarea finală a carcasei și calibrarea la nivel de produs sunt incluse atunci când fac parte din comanda convenită. Rezultatul este o ofertă construită în jurul ansamblurilor electronice reale ale camerei, mai degrabă decât o singură placă de bază presupusă.