Решения за кабелни съединения на модул за камера OVM9734 за системи за медицинско визуализиране

Въведение

Непрекъснатото намаляване на размерите на гъвкавите ендоскопи и инструментите за минимално инвазивни хирургични процедури поставя все по-високи изисквания към наличното пространство за системи за визуализация. При практическия разработки на системи надеждността на връзката за предаване на изображения е толкова критична, колкото и производителността на самия сензор за изображения. Динамичното огъване в ултрамалки канали, високоплътният електромагнитен шум и миниатюрните междинни връзки заедно създават значителни инженерни предизвикателства за предаването на диференциални сигнали с висока скорост между компактния модул за камера и основната платка за обработка на изображения (ISP).

Защо модулът на камерата OV9734 изисква внимателно проектиран Монтаж на кабел за медицинско визуализиране?

Директен отговор

Компактен модул на камера като OV9734 може да се използва там, където са необходими малък сензор за изображение и кратък сигнален път, но кабелът, свързващ модула на камерата с основната електроника, трябва да бъде проектиран според пълния механичен и електрически интерфейс.

OV9734 е компактен CMOS-сензор за изображения с диагонал 1/9 инча, поддържащ резолюция 1280 × 720, до 30 кадъра в секунда и изход MIPI с 1 линия . OmniVision предлага опции за опаковка CSP и COB, а сензорът е проектиран за компактни електронни устройства.

За система за медицинско визуализиране сглобката на кабела следователно трябва да решава повече от просто свързването на сензора. Инженерите на OEM обикновено трябва да контролират размера на кабела, геометрията на конектора, предаването на сигнала, екранирането, гъвкавостта, разтоварването от напрежение и последователността при сглобяване така че кабелът да се побира в модула за визуализиране, без да внася ненужни електрически или механични рискове.

Основният инженерен принцип е:

Модулът на камерата, кабелът, конекторът и главната платка на хоста трябва да се разглеждат като една система за свързване, а не като отделни компоненти.

За компактни приложения за обработване на изображения HOTTEN предоставя Микрокоаксиален кабелен комплект и Медицински кабелни комплекти решения за персонализирани дизайн на OEM.

Модули за камера OVM9734 в медицински приложения

Пазарът OVM9734 има оптичен пакет на ниво фолио (WLO) и извежда видео с разрешение 720p чрез интерфейс MIPI CSI-2, което го прави специално проектиран за приложения с изключително ограничено монтажно пространство.

Тъй като модулът на предната камера вече е силно интегриран, системните проектиращи все повече се фокусират върху физическите характеристики на пътя за предаване на сигнала. Високочестотната кабелна сглобка директно влияе върху загубата при вмъкване, непрекъснатостта на импеданса и цялостността на кадъра по време на високоскоростно предаване на изображения между модула на камерата и процесора на сигналите от изображения (ISP).

Защо дизайна на кабела е критичен за медицинските системи за визуализация OVM9734

1. Цялостност на високоскоростния сигнал

Протоколът MIPI CSI-2 се основава на диференциално сигнализиране с ниско напрежение (LVDS) за предаване на високоскоростни данни от изображения. Миниатюрни коаксиални кабелни сглобки с точно контролирана диференциална импедансност (обикновено 100 Ω) минимизират загубата при вмъкване и осигуряват отлично представяне на диаграмата на окото.

2. Ограничени пространствени условия и надеждност при динамично огъване

Медицинските кабелни съединения трябва да минават през изключително тесни канали, като осигуряват малък радиус на огъване, отлично огъваемост и устойчивост към многократно огъване и усукване без умора на проводниците или повреда на изолацията.

3. ЕМИ екраниране в електромагнитни среди с висока плътност

Медицинските среди съдържат превключващи захранващи блокове, електродвигатели и хирургически оборудване, които генерират ЕМИ. Плетени или навити екрани с висока плътност изолират канали за високоскоростни данни от външни смущения и потискат вътрешни взаимни смущения.

Персонализирани кабелни решения за модулите за камери OVM9734

Микрокоаксиален кабел Съставки

Ултрафини микрокоаксиални кабелни съединения с калибър AWG 36–46 са предпочитаното решение за медицински ендоскопи и дълги диагностични зонди за визуализация, като осигуряват отлична високочестотна предавателна способност, контролиран импеданс и изключителна гъвкавост по множество оси.

Гъвкавите печатни платки (FPC)

Гъвкавите печатни платки (FPC) са подходящи за фиксирано трасиране на кратки разстояния в дръжките или твърди корпуси, като предлагат прецизна геометрия на проводниците и изключително компактен профил.

Опциите за персонализация включват дължина на кабела, избор на миниатюрни конектори, прецизно отстраняване на изолацията на жиците и биосъвместими материали за обвивки, които отговарят на изискванията за стерилизация.

Основни области на приложение

• Системи за медицинска ендоскопия

Използват се в гастроинтестинални, урологични и респираторни ендоскопи, които изискват миниатюрен диаметър и отлично торсионно огъване.

• Миниатюризирани медицински устройства за визуализация

Подходящи за преносими диагностични устройства, ръчни ENT-устройства за визуализация и зъболекарски зонди за визуализация, които изискват стабилна високоскоростна предаване на изображения.

• Медицинска роботика и прецизна промишлена визуализация

Проектирани за хирургични роботи и системи за прецизна инспекция, които изискват устойчивост към вибрации в продължение на дълъг период и динамична огъваемост.

Производствена и инженерна поддръжка

Hotten предоставя услуги за прецизно инженерно оценяване и сглобяване на кабели, включително:

• Обработка на ултрафини микроаксиални кабели (прецизно отстраняване на изолацията, лазерно микросваряване, овърмолдинг)

• Широка съвместимост с интерфейси, включително архитектури MIPI CSI-2

• Оценка на проектирането за производственост (DFM) въз основа на чертежи, CAD модели или пробни екземпляри

• 100% електрическо тестване, включващо проверка на непрекъснатостта, изолационното съпротивление и сигнала

Инженерен подбор и съображения за OEM

1. Съгласуване на кабела с интерфейса на камерата

Първата стъпка е да се определи точно как модулът на камерата комуникира с основната електроника.

За OV9734 OmniVision специфицира MIPI изход с 1-канални RAW данни , заедно с интерфейси за управление и захранване.

Това означава, че конструкцията на кабела не трябва да се избира само според физическите размери.

Инженерите на OEM трябва да потвърдят:

• Тип на корпуса на модула на камерата
• Сигнален интерфейс
• Брой високоскоростни сигнали
• Изисквания за захранване и заземяване
• Контролни линии
• Тип конектор
• Разстояние между контакти на съединителя
• Структура на PCB и геометрия на интерфейса
• Максималната дължина на кабела, разрешена от проектното решение на системата

Ако камерата използва високоскоростен диференциален интерфейс, тогава кабелът и конекторът трябва да бъдат оценени за целия високоскоростен път, защото преходът на кабела и конекторът могат да предизвикат прекъсвания, дори когато самият кабел изглежда механично подходящ.

2. Миниатюризацията трябва да се оценява заедно с целостта на сигнала

Намаляването на диаметъра на кабела е полезно за компактни устройства за визуализация, но просто намаляването на дебелината на кабела не е автоматично правилното решение.

По-малкият кабел променя едновременно няколко инженерни параметъра:

Ако модулът за обработката на изображения трябва да се побере в много ограничено пространство, тогава миниатюризацията на кабела трябва да се оптимизира едновременно с дизайна на проводника, диелектрика, екранирането и конектора, защото намаляването на едно измерение само по себе си може да предизвика проблеми в други части на междинното свързване.

Това е особено важно, когато модулът на камерата е монтиран близо до оптическата система или вътре в малък медицински инструмент.

3. Завършването от страна на камерата е критична точка в производствения процес

Сборката на кабела може да се свързва директно с компактен модул за камера, печатна платка (PCB) или фина конекторна връзка.

На този мащаб областта за завършване може да стане по-трудна за производство и инспекция.

Инженерните съображения включват:

• Разстояние между контакти
• Подготовка на проводника
• Подравняване при завършване
• Процес на запояване или опресване
• Компенсация на натоварване
• Сила на изтегляне
• Фиксиране на конектора
• Зазор за изолация
• Визуален контрол
• Електрическа непрекъснатост

Ако завършването използва конектор с фина стъпка, тогава монтажните приспособления и процесните контроли стават по-важни, защото малки позиционни грешки могат да повлияят на съчетаването на конекторите, електрическия контакт или механичната надеждност.

За проекти на производители на оригинално оборудване (OEM) производителят на конектора, точният номер на частта, чертежът и информацията за съчетаване следователно трябва да бъдат включени в заявката за оферта (RFQ), когато е възможно.

4. Екранирането става по-важно в компактни системи за визуализация

Медицинското оборудване за визуализация може да съдържа множество електрически вериги, часовници, двигатели, дисплеи, силова електроника и безжични или ВЧ подсистеми.

Затова кабелната сглобка може да стане част от електромагнитната среда на системата.

Проектирането на екраниране трябва да взема предвид:

• Конструкция на екраниращия слой
• Покритие
• Заземяване
• Екраниране при прехода към конектора
• Кабелни траси
• Близост до източници на шум
• Изисквана ефективност по ЕМС/ЕМИ

Ако кабелът на камерата минава близо до вериги с превключващи захранвания или други високочестотни компоненти, тогава екранирането и трасирането трябва да се разглеждат заедно, защото екранирането на ниво кабел не може напълно да компенсира лошото трасиране на системно ниво.

За приложения, изискващи високочестотни или контролирани ВЧ връзки, HOTTEN също предлага Rf коаксиален кабелен монтаж решения.

5. Гъвкавостта трябва да съответства на действителното движение на устройството

Миниатюрният кабел за визуализация може да бъде прокаран през компактно корпус или да бъде прикрепен към подвижна система за визуализация.

Следователно кабелът трябва да се класифицира според действителното си механично състояние:

Ако кабелът подлага на повтарящо се огъване в близост до модула на камерата, тогава конструкцията на кабела и разтоварването от напрежение трябва да бъдат проверени при репрезентативни условия на движение, защото дори компактно механично оформление трябва да запазва електрическата непрекъснатост и производителността на сигнала през целия му експлоатационен живот.

6. Дефиниране на кабелната сглобка около действителното медицинско устройство

За OEM проекти за медицинско визуализиране обикновено не е достатъчно обобщено спецификация за „кабел на камера“.

Практичният инженерен пакет трябва да дефинира:

Ако модулът на камерата вече е фиксиран тогава предоставете чертежа на камерата или размерите на интерфейса заедно с изискванията за кабела защото наличното пространство за свързване може да определи практическия начин на изпълнение и завършване на кабела.

7. Валидирането на прототипа трябва да тества кабела в системата за визуализация

Производителността на кабела най-накрая трябва да се оцени заедно с действителния модул на камерата и хост електрониката.

В зависимост от системата валидирането на прототипа може да включва:

Ако прототипът минава само основен тест за непрекъснатост, тогава който сам по себе си не демонстрира производителността на камерната система, защото високоскоростният интерфейс за визуализация може да бъде засегнат от дизайна на междинните връзки, дори когато всеки проводник е електрически непрекъснат.

8. Избор на производителя на кабели въз основа на способността за интеграция

За компактни проекти в областта на медицинската визуализация стойността на доставчика не се ограничава само до доставката на кабелни материали.

Подходящият OEM производствен процес трябва да свързва:

интерфейс на камерата → конструкция на кабела → избор на конектор → завършване → екраниране → механична защита → тестване → контрол на производството

Доставчикът трябва да е в състояние да работи въз основа на инженерни чертежи, информация от списъка с материали (BOM), спецификации на конекторите, изисквания за прототипи и дефинирани условия за валидация.

Ако модулът на камерата и кабелът трябва да се персонализират заедно, тогава опитен производител на персонализирани кабелни сглобки може да помогне за намаляване на броя на интеграционните итерации, защото механичните размери, завършването, маршрутизирането и производствените процеси могат да се прегледат преди серийното производство.

HOTTEN Микрокоаксиален кабел ,Микрокоаксиален кабелен комплект и Медицински кабелни комплекти възможностите са приложими за изискванията към компактни камери и медицинско визуализиране.

Заключение

За производителите на медицински устройства изборът на подходящо решение за кабелни съединения е толкова важен, колкото и изборът на самия сензор за визуализация.

Строгата инженерна разработка и пълната валидация на кабелните съединения за високочестотни приложения гарантират стабилна предаване на сигнали, дълготрайна механична издръжливост и последователна производителност при диагностична визуализация през целия жизнен цикъл на продукта.

Чрез комбиниране на оптимизирана електрическа производителност с надежден механичен дизайн персонализираните кабелни съединения помагат да се максимизират възможностите на модулите за камери OVM9734 в напреднали системи за медицинска визуализация.