具有柔性PCB板的线控USB相机及长距离传输方法

摘要

本发明提供一种具有柔性PCB板的线控USB相机及长距离传输方法，具有柔性PCB板的线控USB相机包括：第1刚性PCB板、第2刚性PCB板和柔性PCB板；所述第1刚性PCB板通过所述柔性PCB板与所述第2刚性PCB板连接；通过所述柔性PCB板，所述第1刚性PCB板可折叠到所述第2刚性PCB板的上方。本发明提供的具有柔性PCB板的线控USB相机及长距离传输方法，是一种能够在狭窄空间折叠安装、完成长距离移动拍摄的USB相机，以解决现有USB相机体积过大无法适配、线缆拖动负载大接口松动的问题。

说明书

技术领域

本发明属于智能相机技术领域，具体涉及一种具有柔性PCB板的线控USB 相机及长距离传输方法。

背景技术

USB接口使用广泛，USB接口中既包含通信线也包含电源线，可以直接为相机供电，因此，USB相机可以方便的连接到电脑上进行图像传输及调试控制工作。

在具体使用中，使用USB3.0接口的相机虽然传输速度快，但是电缆长度一般不超过3m，使用基于光纤的USB3.0相机虽然能够延长传输距离，但是需要在相机端和计算主机端添加光电转换装置，因此，占用相机端的空间，无法支持 USB相机在限制环境下的移动拍摄。

相比于USB3.0，USB2.0协议规定线材最大传输距离5米，在增加电流放大单元或USB信号延长器，并且降低传输线阻抗的条件下，能够进一步延长USB2.0 的传输距离。

因此，当需要相机在长距离(10m)、狭窄空间(如20*15mm)安装的场景下工作时，市面上的USB相机存在尺寸超标、接口庞大、镜头占用空间等问题；而使用常规线缆在狭窄空间下控制相机移动拍摄，又会造成拖动负载大，从而影响接口连接可靠性，如何有效解决以上问题，是目前迫切的事情。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种具有柔性PCB板的线控USB相机及长距离传输方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种具有柔性PCB板的线控USB相机，包括：第1刚性PCB板(100)、第2刚性PCB板(200)和柔性PCB板(300)；所述第1刚性PCB板(100) 通过所述柔性PCB板(300)与所述第2刚性PCB板(200)连接；通过所述柔性 PCB板(300)，所述第1刚性PCB板(100)可折叠到所述第2刚性PCB板(200) 的上方；

所述柔性PCB板(300)内设置供电线缆和通信线缆，所述第1刚性PCB板 (100)上设置的电子器件通过所述供电线缆和所述通信线缆，与所述第2刚性 PCB板(200)上设置的电子器件连接；

所述第1刚性PCB板(100)、所述第2刚性PCB板(200)和所述柔性PCB板 (300)共同构成刚挠板。

优选的，所述第1刚性PCB板(100)和所述第2刚性PCB板(200)均为8层 PCB板。

优选的，所述第1刚性PCB板(100)的顶层设置第1LED曝光灯(101)、第 2LED曝光灯(102)、CMOS感光芯片(103)、镜头模组(104)和24MHz有源晶振(105)；

所述第1刚性PCB板(100)的底层设置FLASH存储芯片(106)、线性稳压芯片(107)、第1三极管(108)和第2三极管(109)；

所述第2刚性PCB板(200)的顶层设置52MHz有源晶振(201)；

所述第2刚性PCB板(200)的底层设置USB控制器芯片(202)和过压保护芯片(203)；所述第2刚性PCB板(200)的顶层和底层共同设置USB接口(204)；

所述USB控制器芯片(202)的第1I/O口通过所述第1三极管(108)与所述第1LED曝光灯(101)连接；所述USB控制器芯片(202)的第2I/O口通过所述第2三极管(109)与所述第2LED曝光灯(102)连接；所述USB控制器芯片(202) 分别与所述FLASH存储芯片(106)和所述52MHz有源晶振(201)连接；所述 USB控制器芯片(202)通过所述CMOS感光芯片(103)与所述镜头模组(104) 连接；所述CMOS感光芯片(103)与所述24MHz有源晶振(105)连接；所述USB控制器芯片(202)通过所述线性稳压芯片(107)与所述CMOS感光芯片(103) 连接；

所述USB控制器芯片(202)通过所述过压保护芯片(203)与所述USB接口 (204)连接。

优选的，所述第1刚性PCB板(100)、所述第2刚性PCB板(200)和所述柔性PCB板(300)以及集成的电子器件，构成USB相机本体；

所述USB相机本体的USB接口(204)通过漆包线绞线(400)与电流放大模块连接；所述电流放大模块通过USB线缆与计算主机连接。

优选的，所述漆包线绞线(400)的长度大于等于10米。

优选的，所述第1刚性PCB板(100)通过所述柔性PCB板(300)折叠到所述第2刚性PCB板(200)的上方后，所述第1刚性PCB板(100)的底层和所述第 2刚性PCB板(200)的底层相对设置，在所述第1刚性PCB板(100)的底层和所述第2刚性PCB板(200)的底层之间放置芯片散热块(500)。

本发明还提供一种具有柔性PCB板的线控USB相机的长距离传输方法，包括：

步骤1，USB控制器芯片(202)外接2路驱动IO接口，分别连接第1三极管驱动电路和第2三极管驱动电路；USB控制器芯片(202)驱动第1三极管驱动电路输出高电平，从而控制第1LED曝光灯(101)亮；USB控制器芯片(202)驱动第1三极管驱动电路输出低电平，从而控制第1LED曝光灯(101)灭；

USB控制器芯片(202)驱动第2三极管驱动电路输出高电平，从而控制第 2LED曝光灯(102)亮；USB控制器芯片(202)驱动第2三极管驱动电路输出低电平，从而控制第2LED曝光灯(102)灭；

24MHz有源晶振(105)连接到CMOS感光芯片(103)，为CMOS感光芯片 (103)提供工作时钟；

52MHz有源晶振(201)连接到USB控制器芯片(202)，为USB控制器芯片(202)提供工作时钟；

步骤2，通过所述柔性PCB板(300)，所述第1刚性PCB板(100)折叠到所述第2刚性PCB板(200)的上方，使USB相机本体处于弯折状态，利用其折叠形成的空间，通过插入芯片散热块(500)，以直接贴附安装的方式进行芯片散热；

具体的，第2刚性PCB板(200)的USB控制器芯片(202)通过涂抹导热硅脂的方式直接贴附在芯片散热块(500)的表面，同时，第1刚性PCB板(100) 的底层通过通孔固定在芯片散热块(500)的表面；

步骤3，USB相机配合计算机主机完成长距离图像数据传输；所述长距离图像数据传输使用的传输线为低阻抗的漆包线绞线(400)，漆包线绞线(400)的转弯半径大，每根漆包线满足≯90Ω/km的导线电阻规格；

步骤4，配合用在USB2.0接口进行长距离传输时，漆包线绞线(400)包括4 根漆包线和1根地线；每根漆包线外面均缠绕绝缘线层；具体的，用于传输数据的两根漆包线首先进行绞合构成数据双绞线，再将供电线绞合在数据双绞线上；在绞好的数据双绞线外面缠绕铝箔层并埋入地线；再在铝箔层外套一层用于屏蔽的金属编织网，收紧编织网采用绝缘胶带固定；最后采用阻燃编织网套管将线包覆起来。

优选的，漆包线绞线(400)在连接USB接口(204)时，需要刮除漆包线绞线(400)部分绝缘漆层，保持标准焊盘直径尺寸的焊点，焊盘之间的间隔无杂质，并使用电子灌封胶将接口涂覆固定。

优选的，计算机主机配置能同时接收图像，并控制相机曝光拍照的控制软件，图像数据和控制数据均通过漆包线绞线(400)进行传输，传输使用USB2.0 通信协议。

本发明提供的具有柔性PCB板的线控USB相机及长距离传输方法具有以下优点：

本发明提供的具有柔性PCB板的线控USB相机及长距离传输方法，是一种能够在狭窄空间折叠安装、完成长距离移动拍摄的USB相机，以解决现有USB相机体积过大无法适配、线缆拖动负载大接口松动的问题。

附图说明

图1为本发明提供的具有柔性PCB板的线控USB相机的原理图；

图2为本发明提供的电路板底层元器件布局图；

图3为本发明提供的电路板顶层元器件布局图；

图4为本发明提供的USB相机和计算机主机之间的连接示意图；

图5为本发明提供的USB相机安装芯片散热块的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明属于机器视觉、智能相机领域，可应用于视频监控、图像采集等领域，本发明提供一种具有柔性PCB板的线控USB相机，是一种能够在狭窄空间 (20*15mm)折叠安装、完成长距离(10m)移动拍摄的USB相机，以解决现有 USB相机体积过大无法适配、线缆拖动负载大接口松动的问题。

本发明提供一种具有柔性PCB板的线控USB相机，相机采用USB接口传输图像，参考图1，包括：第1刚性PCB板100、第2刚性PCB板200和柔性PCB板300；第1刚性PCB板100通过柔性PCB板300与第2刚性PCB板200连接；通过柔性PCB 板300，第1刚性PCB板100可折叠到第2刚性PCB板200的上方；

柔性PCB板300内设置供电线缆和通信线缆，第1刚性PCB板100上设置的电子器件通过供电线缆和通信线缆，与第2刚性PCB板200上设置的电子器件连接；

因此，柔性PCB板300用于连接第1刚性PCB板100和第2刚性PCB板200，并完成板间供电及信号传递。第1刚性PCB板100、第2刚性PCB板200和柔性PCB板 300一体化连接，共同构成刚挠板。

第1刚性PCB板100和第2刚性PCB板200均为8层PCB板。8层板(第1刚性PCB 板100和第2刚性PCB板200)和柔性PCB板300使用叠层制作，第1刚性PCB板100 和第2刚性PCB板200采用IT180A刚性板材，柔性PCB板300采用无胶柔性板材。

第1刚性PCB板100和第2刚性PCB板200之间的差分线采用100欧姆差分阻抗控制，差分对线宽优选4mil(101.4um)。

第1刚性PCB板100和第2刚性PCB板200的顶层(第1层)和底层(第8层)用于摆放电路元器件。

具体摆放方式如下：

第1刚性PCB板100的顶层设置第1LED曝光灯101、第2LED曝光灯102、CMOS感光芯片103、镜头模组104和24MHz有源晶振105；

第1刚性PCB板100的底层设置FLASH存储芯片106、线性稳压芯片107、第1 三极管108和第2三极管109；

第2刚性PCB板200的顶层设置52MHz有源晶振201；

第2刚性PCB板200的底层设置USB控制器芯片202和过压保护芯片203；第2 刚性PCB板200的顶层和底层共同设置USB接口204；

USB控制器芯片202的第1I/O口通过第1三极管108与第1LED曝光灯101连接；USB控制器芯片202的第2I/O口通过第2三极管109与第2LED曝光灯102连接； USB控制器芯片202分别与FLASH存储芯片106和52MHz有源晶振201连接；USB 控制器芯片202通过CMOS感光芯片103与镜头模组104连接；CMOS感光芯片103 与24MHz有源晶振105连接；USB控制器芯片202通过线性稳压芯片107与CMOS 感光芯片103连接；

USB控制器芯片202通过过压保护芯片203与USB接口204连接。因此，第2 刚性PCB板200的USB接口204设置有专门针对数据传输线阻抗值的匹配电阻和过压保护芯片。

第1刚性PCB板100、第2刚性PCB板200和柔性PCB板300以及集成的电子器件，构成USB相机本体；

USB相机本体的USB接口204通过漆包线绞线400与电流放大模块连接；电流放大模块通过USB线缆与计算主机连接。

因此，相机采集到的图像数据通过USB接口204以漆包线绞线形式传输到计算主机。计算主机包括但不限于台式机或笔记本电脑。

漆包线绞线400的长度大于等于10米。漆包线绞线400由漆包线和屏蔽层等部分绞合而成。

第1刚性PCB板100通过柔性PCB板300折叠到第2刚性PCB板200的上方后，第1刚性PCB板100的底层和第2刚性PCB板200的底层相对设置，在第1刚性PCB 板100的底层和第2刚性PCB板200的底层之间放置芯片散热块500。

在需要相机在狭窄空间(20*15mm)安装与移动拍摄的场景下，本发明借助1块柔性PCB板和2块8层PCB完成了相应的布局优化及结构简化，芯片的散热块可以直接贴附在板间。PCB板1和PCB板2尺寸为12.5mm*18mm，柔性PCB板尺寸为10.17mm*18mm，将该带柔性板的USB相机折叠后进行安装所占用的最终尺寸空间约为14.5mm*18mm*8mm。

传输线选用弯折半径小的低阻抗漆包线，能够保证在长距离传输时减少线的重量，减少移动拍摄的拖动压力，同时为增加传输距离、提高信号传输的抗干扰能力，将其按绞线方式缠绕、在外包覆铝箔和钢网并用编制套管包裹加固、在PC和相机之间增加电流放大模块以保证传输质量和距离。

本发明提供的一种具有柔性PCB板的线控USB相机，具有以下特点：

1)第1刚性PCB板100和第2刚性PCB板200不直接相连，二者之间采用叠层制造的方式压接一块柔性PCB板300，3块板之间不使用连接器进行相连。因此，第1刚性PCB板100和第2刚性PCB板200由柔性PCB板300连接，柔性PCB板300承担相机两PCB板间电源、信号走线以及相机弯折安装的作用。

2)在间距较小的情况下，第1刚性PCB板100和第2刚性PCB板200的内层铜厚按18um制作，外层铜厚按照43um制作，表面工艺按沉金制作。

3)柔性PCB板区域厚度为0.16±0.05mm，刚性PCB板区域厚度为 1.2±0.1mm。

4)USB控制芯片为BGA封装，在其BGA焊盘走线线宽优选3mil(76.2um)。

5)作为优选但并不是唯一选项，CMOS感光芯片型号主要为MT9M114；

6)作为优选但并不是唯一选项，USB控制器芯片型号主要为Cypress公司 USB控制器FX3系列的CYUSB3014。

7)作为优选但并不是唯一选项，电流放大单元的USB桥接芯片使用FE1.1s，配备两个USB接口，一个接口用于和计算主机连接，另一个接口用于通过漆包线连接USB相机。

8)处于弯折状态的相机，可利用其折叠形成的空间，通过插入散热块以直接贴附安装的方式进行芯片散热。如图5所示，位于第2刚性PCB板200上的 USB控制器芯片可以通过涂抹导热硅脂的方式直接贴附在散热块上，同时第1 刚性PCB板100的背面(和USB控制器在折叠状态下相对应的一面)，可以通过第1刚性PCB板100上的通孔固定在散热块上；

9)漆包线绞线400用于传输图像数据和供电。该漆包线绞线400选择低阻抗漆包线绞线，转弯半径大。每根漆包线应满足≯90Ω/km的导线电阻规格。

10)配合用在USB2.0接口进行长距离传输时，一共包括4根漆包线和1根地线，每根漆包线外都缠绕绝缘线层；

具体的，用于传输数据的两根漆包线先进行绞合构成数据双绞线，再将供电线绞合在数据双绞线上；在绞好的数据双绞线外缠绕铝箔层并埋入地线(用铝箔层固定好)；再在铝箔层外套一层用于屏蔽的金属编织网，收紧编织网可用绝缘胶带固定；最后用阻燃编织网套管将线包覆起来。

由漆包线和铝箔层、屏蔽网组成的轻量线缆数据传输长度可达10m。

11)漆包线在连接相机接口时需要刮除部分绝缘漆层，保持标准焊盘直径尺寸的焊点，焊盘之间的间隔无杂质并使用电子灌封胶将接口涂覆固定。

12)主机端配置能同时接收图像，并控制相机曝光拍照的控制软件，图像数据和控制数据都通过漆包线和屏蔽层等绞合成的线缆进行传输，使用USB2.0 通信协议。

13)在计算主机上使用测试软件进行相机的数据读取和控制指令下发。

14)USB接口能够兼容USB2.0和USB3.0总线信号，当按照USB2.0进行传输时，能够采用本申请所提供的长距离传输使用方法。

USB接口不限制USB连接器类型，采用VCC、GND、TX、RX、SSTXM、SSTXP、 SSRXM、SSRXP这8条线路，兼容USB2.0和USB3.0。

15)相机PCB板上放置FLASH存储芯片，支持存储板载USB控制器的运行固件。

16)相机PCB板预留镜头模组安装空间，可根据CMOS感光芯片规格进行长焦、短焦镜头模组的拆装适配。

17)第1刚性PCB板100上布置镜头模组、CMOS感光芯片和LED曝光灯，其中，CMOS感光芯片和LED曝光灯布置在同一面，用于存储固件数据的 FLASH芯片布置在第1刚性PCB板100另一面；USB控制器芯片布置在第2 刚性PCB板200上。

18)在接收图像的主机端添加一个电流放大模块，由漆包线和屏蔽层等绞线合成的线缆需要先连接电流放大模块，再由电流放大模块连接到主机端。

本发明还提供一种具有柔性PCB板的线控USB相机的长距离传输方法，包括：

步骤1，USB控制器芯片202外接2路驱动IO接口，分别连接第1三极管驱动电路和第2三极管驱动电路；USB控制器芯片202驱动第1三极管驱动电路输出高电平，从而控制第1LED曝光灯101亮；USB控制器芯片202驱动第1三极管驱动电路输出低电平，从而控制第1LED曝光灯101灭；

USB控制器芯片202驱动第2三极管驱动电路输出高电平，从而控制第2LED 曝光灯102亮；USB控制器芯片202驱动第2三极管驱动电路输出低电平，从而控制第2LED曝光灯102灭；

24MHz有源晶振105连接到CMOS感光芯片103，为CMOS感光芯片103提供工作时钟；

52MHz有源晶振201连接到USB控制器芯片202，为USB控制器芯片202提供工作时钟；

步骤2，通过柔性PCB板300，第1刚性PCB板100折叠到第2刚性PCB板200 的上方，使USB相机本体处于弯折状态，利用其折叠形成的空间，通过插入芯片散热块500，以直接贴附安装的方式进行芯片散热；

具体的，第2刚性PCB板200的USB控制器芯片202通过涂抹导热硅脂的方式直接贴附在芯片散热块500的表面，同时，第1刚性PCB板100的底层通过通孔固定在芯片散热块500的表面；

步骤3，USB相机配合计算机主机完成长距离图像数据传输；长距离图像数据传输使用的传输线为低阻抗的漆包线绞线400，漆包线绞线400的转弯半径大，每根漆包线满足≯90Ω/km的导线电阻规格；

步骤4，配合用在USB2.0接口进行长距离传输时，漆包线绞线400包括4根漆包线和1根地线；每根漆包线外面均缠绕绝缘线层；具体的，用于传输数据的两根漆包线首先进行绞合构成数据双绞线，再将供电线绞合在数据双绞线上；在绞好的数据双绞线外面缠绕铝箔层并埋入地线；再在铝箔层外套一层用于屏蔽的金属编织网，收紧编织网采用绝缘胶带固定；最后采用阻燃编织网套管将线包覆起来。

漆包线绞线400在连接USB接口204时，需要刮除漆包线绞线400部分绝缘漆层，保持标准焊盘直径尺寸的焊点，焊盘之间的间隔无杂质，并使用电子灌封胶将接口涂覆固定。

计算机主机配置能同时接收图像，并控制相机曝光拍照的控制软件，图像数据和控制数据均通过漆包线绞线400进行传输，传输使用USB2.0通信协议。

本发明提供的具有柔性PCB板的线控USB相机及长距离传输方法具有以下优点：

本发明提供的具有柔性PCB板的线控USB相机及长距离传输方法，是一种能够在狭窄空间折叠安装、完成长距离移动拍摄的USB相机，以解决现有USB相机体积过大无法适配、线缆拖动负载大接口松动的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。