Riešenia káblových zostáv modulu kamery OVM9734 pre systémy lekárskeho zobrazovania

Úvod

Stále sa zvyšujúce nároky na miniaturizáciu flexibilných endoskopov a minimálne invazívnych chirurgických nástrojov kladú čoraz prísnejšie požiadavky na dostupný priestor pre systémy zobrazovania. V praktickom vývoji systémov je spoľahlivosť prenosovej linky obrazu rovnako dôležitá ako výkon samotného obrazového snímača. Dynamické ohybovanie v ultra-malých kanáloch, elektromagnetický šum s vysokou hustotou a miniatúrne pripojenia spoločne predstavujú významné inžinierske výzvy pre prenos diferenciálnych signálov vysokou rýchlosťou medzi kompaktným modulom kamery a hlavnou doskou ISP.

Prečo potrebuje modul kamery OV9734 starostlivo navrhnuté Montáž káblov pre lekársku obrazovú diagnostiku?

Priama odpoveď

Kompaktný modul kamery, ako je napríklad OV9734 môže byť použitý v prípadoch, keď je vyžadovaný malý snímač obrazu a krátka dĺžka signálnej cesty, avšak kábel prepojujúci modul kamery s hlavnou elektronikou musí byť navrhnutý s ohľadom na celý mechanický a elektrický rozhranový priestor.

OV9734 je kompaktný CMOS snímač obrazu s veľkosťou 1/9 palca, ktorý podporuje rozlíšenie 1280 × 720, až 30 snímkov za sekundu a výstup cez 1-lanové rozhranie MIPI . Spoločnosť OmniVision špecifikuje možnosti balenia CSP a COB, pričom snímač je navrhnutý pre kompaktné elektronické zariadenia.

Pre systém lekárskej obrazovej diagnostiky sa teda montáž kábla musí zaoberať viac než len jednoduchým pripojením snímača. Inžinieri OEM zvyčajne musia kontrolovať veľkosť kábla, geometriu konektorov, prenos signálu, stínovanie, ohybovú výkonnosť, odľahčenie namáhania a konzistenciu montáže tak, aby sa kábel zmestil do obrazového modulu bez toho, aby sa zaviedlo nadbytočné elektrické alebo mechanické riziko.

Kľúčový inžiniersky princíp je:

Modul kamery, kábel, konektor a hostiteľský PCB by sa mali považovať za jeden systém prepojenia namiesto samostatných komponentov.

Pre kompaktné zobrazovacie aplikácie HOTTEN poskytuje Montážný mikro koaxiálny kábel a Medicínska kabelová súprava riešenia pre prispôsobené návrhy OEM.

Moduly kamier OVM9734 v medicínskych aplikáciách

Trh OVM9734 má balenie s optikou na úrovni waferu (WLO) a výstup 720p videa cez rozhranie MIPI CSI-2, čo ho špeciálne vhodní pre aplikácie s extrémne obmedzeným inštalačným priestorom.

Keďže modul predného kamery je už veľmi integrovaný, návrhári systémov sa čoraz viac sústreďujú na fyzikálne vlastnosti cesty prenosu signálu. Káblové zostavy pre vysoké frekvencie priamo ovplyvňujú straty vloženia, kontinuitu impedancie a celistvosť snímky počas prenosu obrazu s vysokou rýchlosťou medzi modulom kamery a procesorom obrazových signálov (ISP).

Prečo je návrh kábla kritický pre lekárske zobrazovacie systémy OVM9734

1. Integrity signálu s vysokou rýchlosťou

Protokol MIPI CSI-2 sa opiera o nízkonapäťové diferenciálne signalizovanie (LVDS) na prenos vysokorýchlostných obrazových dát. Miniaturizované koaxiálne káble s presne regulovaným diferenciálnym impedanciou (zvyčajne 100 Ω) minimalizujú stratu vloženia a zachovávajú vynikajúcu výkonnosť diagramu oka.

2. Obmedzené priestorové podmienky a spoľahlivosť dynamického ohybu

Zdravotní káblové zostavy musia prechádzať extrémne úzkymi kanálmi a zároveň poskytovať malý polomer ohybu, vynikajúcu pružnosť a odolnosť voči opakovanému ohýbaniu a skrúcaniu bez únavy vodičov alebo poškodenia izolácie.

3. Elektromagnetická ochrana (EMI) v prostrediach s vysokou hustotou elektromagnetických polí

Zdravotnícke prostredia obsahujú prepínače napájacích zdrojov, motory a chirurgické zariadenia, ktoré generujú elektromagnetické rušenie (EMI). Husté plietené alebo navinuté ochrany izolujú kanály pre vysokorýchlostné dáta od vonkajších rušivých vplyvov a potláčajú vnútorné prekrytie signálov (crosstalk).

Prispôsobené káblové riešenia pre moduly kamier OVM9734

Mikro koaxiálny kabel Montáže

Ultra-jemné koaxiálne káblové zostavy s prierezom vodiča AWG 36–46 sú uprednostňovaným riešením pre zdravotnícke endoskopy a zobrazovacie sondy s dlhým dosahom, pretože poskytujú vynikajúcu prenosovú schopnosť na vysokých frekvenciách, riadenú impedanciu a vynikajúcu flexibilitu v viacerých osiach.

Flexibilnými tlačenými obvodmi (FPC)

Flexibilné tlačené obvody (FPC) sú vhodné pre pevné vedenie krátkych trás vo všetkých rukovätiach alebo tuhých krytoch a ponúkajú presnú geometriu vodičov a extrémne kompaktný profil.

Možnosti prispôsobenia zahŕňajú dĺžku kábla, výber miniaturizovaného konektora, presné odstrihnutie izolácie vodičov a biokompatibilné materiály plášťa, ktoré sú kompatibilné s požiadavkami na sterilizáciu.

Kľúčové oblasti použitia

• Systémy pre lekársku endoskopiu

Používa sa v gastrointestinálnych, urologických a respiračných endoskopoch, ktoré vyžadujú miniaturizovaný priemer a vynikajúcu torznú pružnosť.

• Miniaturizované zariadenia pre lekársku obrazovú diagnostiku

Vhodné pre prenosné diagnostické zariadenia, ručné ENT obrazové zariadenia a zubné obrazové sondy, ktoré vyžadujú stabilný prenos obrazu vysokou rýchlosťou.

• Lekárske robotické systémy a presné priemyselné vizuálne systémy

Navrhnuté pre chirurgické roboty a systémy presnej kontrolnej inšpekcie, ktoré vyžadujú dlhodobú odolnosť voči vibráciám a dynamickú flexibilitu.

Výrobná a technická podpora

Hotten poskytuje služby presného technického hodnotenia a výroby káblových zostáv vrátane:

• Spracovanie ultrajemných mikrokoaxiálnych káblov (presné odstrihnutie izolácie, laserové mikrozávarovanie, overmolding)

• Široká kompatibilita rozhrania vrátane architektúr MIPI CSI-2

• Posúdenie návrhu pre výrobu (DFM) na základe výkresov, CAD modelov alebo vzoriek

• 100 % elektrické testovanie vrátane kontinuity, odporu izolácie a overenia integrity signálu

Inžiniersky výber a úvahy pre výrobcov zariadení (OEM)

1. Prispôsobte kábel rozhraniu kamery

Prvým krokom je presne určiť, ako komunikuje modul kamery s hostiteľskou elektronikou.

Pre OV9734 špecifikuje spoločnosť OmniVision Výstup MIPI s 1-lanovými surovými dátami , spolu s rozhraniami pre riadenie a napájanie.

To znamená, že návrh kábla by sa nemal vyberať len podľa fyzických rozmerov.

Inžinieri OEM by mali potvrdiť:

• Typ balenia modulu kamery
• Signálové rozhranie
• Počet vysokorýchlostných signálnych ciest
• Požiadavky na napájanie a uzemnenie
• Riadiace linky
• Typ konektoru
• Vzdialenosť kontaktov konektora
• Rozmiestnenie vrstiev PCB a geometria rozhrania
• Maximálna dĺžka kábla povolená návrhom systému

Ak kamera využíva vysokorýchlostné diferenciálne rozhranie, potom kábel a konektor by sa mali vyhodnotiť pre celú vysokorýchlostnú cestu, preto prechod kábla a konektor môžu spôsobiť nesúlad, aj keď je samotný kábel mechanicky vhodný.

2. Miniaturizácia by sa mala vyhodnocovať spoločne so zachovaním integrity signálu

Zníženie priemeru kábla je výhodné v kompaktnom zobrazovacom zariadení, avšak jednoduché ztenčenie kábla nie je automaticky správnym riešením.

Menší kábel súčasne mení niekoľko technických parametrov:

Ak modul pre zobrazovanie sa musí zmestiť do veľmi obmedzeného priestoru, potom miniaturizácia kábla by mala byť optimalizovaná spoločne s návrhom vodiča, dielektrika, ochrany a konektora, preto zníženie jedného rozmeru izolovane môže spôsobiť problémy na inom mieste v medzispojení.

Toto je obzvlášť dôležité, keď je modul kamery namontovaný blízko optického zariadenia alebo vo vnútri malého lekárskeho prístroja.

3. Ukončenie kábla na strane kamery je kritickým výrobným bodom

Káblové zariadenie môže byť priamo prepojené s kompaktným modulom kamery, DPS alebo konektorom s jemným rozostupom.

V tomto meradle sa oblasť ukončenia môže stať ťažšou na výrobu a kontrolu.

Inžinierske aspekty zahŕňajú:

• Vzdialenosť kontaktov
• Príprava vodiča
• Zarovnanie ukončenia
• Spájkovací alebo stláčací proces
• Ochrana pred namáhaním
• Pevnosť v ťahu
• Upevnenie konektorov
• Izolačná vzdialenosť
• Vizuálna kontrola
• Elektrickú kontinuitu

Ak ukončenie využíva konektor s jemným rozostupom, potom montážne prípravky a procesné kontroly nadobúdajú väčší význam, preto malé chyby v polohe môžu ovplyvniť zapojenie konektora, elektrický kontakt alebo mechanickú spoľahlivosť.

Pre projekty OEM sa preto vždy, ak je to možné, v požiadavke na ponuku (RFQ) uvádzajú výrobca konektora, presné číslo dielu, výkres a informácie o spárovaní.

4. Ochrana pred elektromagnetickými rušeniami nadobúda väčší význam v kompaktných systémoch zobrazovania

Zariadenia pre lekársku obrazovú diagnostiku môžu obsahovať viacero elektrických obvodov, hodín, motorov, displejov, výkonovej elektroniky a bezdrôtových alebo RF podsystémov.

Káblové zariadenie sa teda môže stať súčasťou elektromagnetického prostredia na úrovni systému.

Návrh ochrany proti elektromagnetickým rušeniam by mal brať do úvahy:

• Konštrukcia stínovania
• Pokrytie
• Uzemnenie
• Prechod ochrany na strane konektora
• Vedenie kábla
• Blízkosť zdrojom rušenia
• Požadovaný výkon v oblasti EMC/EMI

Ak kábel pre kameru prechádza v blízkosti prepínacích výkonových obvodov alebo iných komponentov s vysokou úrovňou rušenia, potom ochranu a trasovanie je potrebné uvažovať spoločne, preto ochrana na úrovni kábla nemôže úplne kompenzovať zlé trasovanie na úrovni systému.

Pre aplikácie vyžadujúce vysokofrekvenčné alebo riadené RF prepojenia poskytuje HOTTEN tiež Montážný RF koaxiálny kábel riešenia.

5. Pružnosť musí zodpovedať skutočnému pohybu zariadenia

Miniaturizovaný zobrazovací kábel sa môže viesť cez kompaktné puzdro alebo sa môže pripevniť k pohyblivej zobrazovacej mechanike.

Kábel sa preto musí klasifikovať podľa svojich skutočných mechanických podmienok:

Ak kábel je opakovane ohýbaný v blízkosti modulu kamery, potom konštrukcia kábla a ochrana pred mechanickým namáhaním by mali byť overené za reprezentatívnych podmienok pohybu, preto aj mechanicky kompaktný dizajn musí počas celej doby prevádzky zachovať elektrickú spojitosť a výkon signálu.

6. Definujte zostavu kábla okolo skutočného zdravotníckeho zariadenia

Pre projekty zdravotníckeho zobrazovania OEM je zvyčajne nedostatočná všeobecná špecifikácia „kábla pre kameru“.

Praktický technický balík by mal definovať:

Ak modul kamery je už namontovaný, potom poskytnúť výkres kamery alebo rozmery rozhrania spolu s požiadavkami na kábel, preto dostupný priestor na pripojenie môže určiť praktickú konštrukciu kábla a spôsob ukončenia.

7. Overenie prototypu by malo testovať kábel v zobrazovacom systéme

Výkon kábla by sa nakoniec mal vyhodnotiť spoločne s aktuálnym modulom kamery a hostiteľskou elektronikou.

V závislosti od systému môže overenie prototypu zahŕňať:

Ak prototyp prejde len základným testom spojitosti, potom čo samo o sebe neznamená preukázanie výkonu kamery ako systému, preto rozhranie pre rýchle snímanie môže byť ovplyvnené návrhom prepojenia, aj keď je každý vodič elektricky spojitý.

8. Výber výrobcu káblov na základe schopnosti integrácie

Pre kompaktné projekty v oblasti lekárskeho zobrazovania sa hodnota dodávateľa neobmedzuje len na dodávku káblovej suroviny.

Príslušný výrobný proces OEM by mal spojiť:

rozhranie kamery → konštrukcia kábla → výber konektorov → ukončenie → stínenie → mechanická ochrana → testovanie → kontrola výroby

Dodávateľ by mal byť schopný pracovať z technických výkresov, informácií o zozname materiálov (BOM), špecifikácií konektorov, požiadaviek na prototypy a definovaných podmienok overenia.

Ak modul kamery a kábel musia byť spoločne prispôsobené, potom skúsený výrobca prispôsobených káblových zostáv môže pomôcť znížiť počet iterácií pri integrácii, preto mechanické rozmery, ukončenie, trasovanie a výrobné procesy je možné preskúmať pred sériovou výrobou.

HOTTEN's Mikro koaxiálny kabel ,Montážný mikro koaxiálny kábel a Medicínska kabelová súprava tieto schopnosti sú vhodné pre požiadavky na kompaktné kamery a zariadenia pre medicínske zobrazovanie.

Záver

Pre výrobcov zdravotníckych zariadení je výber vhodného riešenia káblových zostáv rovnako dôležitý ako výber snímača obrazu.

Dôkladne navrhnutá a úplne overená káblová zostava pre vysoké frekvencie zabezpečuje stabilný prenos signálov, dlhodobú mechanickú trvanlivosť a konzistentný výkon diagnostického zobrazovania počas celého životného cyklu výrobku.

Kombináciou optimalizovaného elektrického výkonu a spoľahlivého mechanického návrhu prispievajú špeciálne káblové zostavy k maximalizácii možností modulov kamery OVM9734 v pokročilých systémoch lekárskeho zobrazovania.