내시경 메인보드가 장거리-장거리 고속-이미지 전송을 가능하게 하는 방법

의료 영상 분야에서 내시경의 말단 끝에서 디스플레이 모니터까지 단일 픽셀이 이동하는 과정은 결코 간단하지 않습니다. 임상의는 이미지가 환자의 상태를 나타내는 것에 대해 걱정하는 반면, 하드웨어 엔지니어는 나름의 걱정을 갖고 있습니다. 이미지 품질을 저하시키지 않고 1.5m 길이의 케이블을 통해 엄청난 양의 원시 비디오 정보를 어떻게 충실하게 전송할 수 있습니까? 이 기사는 흥미로운 분야를 강조합니다.의료용 내시경 카메라개발.

거리 딜레마: 모든 밀리미터가 중요한 경우

이미지 센서가 이미지 처리 프런트엔드에서 몇 인치 떨어진 곳에 배치되는 소비자용 카메라와 달리-내시경의 이미지 센서는 말단 팁에 있고 기본 이미지 처리 엔진은 핸드피스나 카트 호스트에 배치될 수 있습니다. 게다가, 센서 보드와 메인 프로세싱 보드 사이의 거리는 최대 15cm(또는 1.5m)까지 가능합니다!

긴 보드-대-보드 트레이스의 HV 차동 신호(MIPI, LVDS 또는 병렬)는 유전 손실, 표피 효과, 전동 케이블의 누화 및 전기 수술 장비의 공통{2}}모드 전압으로 인해 상당한 손실을 겪습니다.

그러한 경우의료용 내시경 카메라 시스템, 메인보드는 신호 복구 모듈입니다. 클럭이 적절하게 추적되고 데이터 아이가 수신 측에서 다시 열리는 것이 가장 중요합니다.

그렇지 않으면 프레임 저하, 픽셀 결함 또는 최악의 경우 -시나리오 - 전체 동기화 실패로 인해 절차 도중에 시스템이 즉시 다시 시작됩니다.

응집력을 통한 분리: 분산 아키텍처 솔루션

이 문제를 해결하는 한 가지 방법은 '장거리 분리' 아키텍처를 사용하여 이미지 획득 칩과 기본 이미지 처리 칩 사이에 거리를 두는 것입니다. 손톱 안에 들어갈 수 있도록 엄청난 양의 온칩 처리 능력이 필요한 센서 - 바로 옆에 ISP(이미지 신호 프로세서)를 배치하는 대신 - 설계자는 기능을 분리합니다. 센서 보드는 센서에서 베이어{6}} 패턴 이미지를 가져와 맞춤형- 엔지니어링된 FPC(연성 인쇄 회로)를 통해 송신기 보드로 보낸 다음 이를 메인 프로세서로 보냅니다.

문제는 메인보드 측의 수신 보드도 FPC의 이미지 신호를 추출하도록 설계해야 한다는 것입니다. 특수한 이퀄라이저와 클록-데이터-복구(CDR) 회로를 사용하여 직렬 데이터 스트림을 디코딩합니다. 최신 메인보드는 데이터 스트림을 재생성하는 리타이머를 사용하므로 본질적으로 길이가 0인 케이블을 허용합니다.- 재전송은 케이블로 인한 왜곡을 효과적으로 제거하여 지터-로 인한 비트 오류로부터 신호를 저장합니다. 특히 중요한 것은의료 내시경 카메라4K60 비디오를 캡처할 때 이러한 비트 오류는 진단 픽셀 전체 라인을 쓰레기로 만들 수 있습니다.

지상 복귀: 간과된 영웅

아마도 FPC-기반 장거리 전송의 가장 과소평가된 측면은 복귀 경로 설계일 것입니다. 신호는 트레이스로만 이동하지 않고 별도의 참조 레이어나 동일한 평면에 있는 반환 경로를 사용하여 루프 회로를 형성합니다. 메인보드에서는 신호 트레이스 바로 아래에 견고한 접지 레이어를 배치하여 이러한 참조를 쉽게 제공할 수 있습니다. 그러나 관절을 따라 구부러진 유연한 부분에서는 지속적인 접지 기준을 유지하기가 어렵습니다.

엔지니어들은 FPC 내에 접지 참조 레이어를 내장하고 커넥터 가장자리에 있는 여러 "접지 비아"를 통해 이를 기본 PCB 접지 참조에 연결함으로써 이러한 문제를 해결합니다. 메인보드의 레이아웃에는 모든 연결에서 낮은 임피던스를 유지하기에 충분한 접지 기준 레이어가 있어야 합니다. 이는 일반적으로 내부 레이어가 FPC가 연결된 가장자리의 비아 스티칭을 통해 접지 기준 전용으로 사용된다는 의미입니다. 그건 그렇고, 이것은 전자기 호환성에 직접적인 영향을 미칩니다.의료용 내시경 카메라메인 보드의 잘못 설계된 접지 기준은 수술실의 다른 전자 장치를 방해할 수 있는 비디오 신호의 고조파를 방출할 수 있기 때문입니다.

보드-대-보드 커넥터: 숨겨진 장애 지점

카메라 센서 FPC와 메인보드 사이의 기계적 연결은 신호 체인에서 가장 약한 링크인 경우가 많습니다. BTB(기판-대-) 커넥터는 차지하는 공간이 적고 결합 주기 성능이 우수하여 널리 사용되는 선택입니다. 그러나 고속 성능 측면에서 모든 BTB 커넥터가 동일한 것은 아닙니다.-

메인보드는 결합 경계 전체에 걸쳐 차폐된 접점 배열과 제어된 임피던스를 제공하는 BTB 커넥터 유형으로 설계되어야 합니다. 보다 현대적인 설계에서는 오토클레이브 주기 동안 신호 핀과의 접촉력을 유지하는 활성 정렬 가이드를 구현합니다. 또한, BTB 커넥터에서 프로세서까지의 신호 레이어 라우팅은 비행 시간과 일치하도록 구불구불한 레이아웃을 사용하여 모든 차선에서 길이가{2}}일치되어야 합니다. 이러한 디테일은 고품질-의 특징입니다.의료용 내시경 카메라회로는 극한의 열 사이클 후에도 일관된 성능을 달성하는 데 필요합니다.

앞으로 나아갈 길: 액티브 케이블 및 내장형 리드라이버

해상도가 8K를 향해 가고 프레임 속도가 두 배로 증가함에 따라 수동 구리 전송은 엄청난 장벽에 직면하게 됩니다. 차세대 메인보드에는 링크의 양쪽 끝에 리드라이버 칩이 탑재될 것입니다. 앞서 설명한 프로세서 측뿐만 아니라 센서 보드 측에도 마찬가지입니다. 케이블을 따라 긴 경로를 이동하기 전에 신호를 적극적으로 증폭함으로써 이러한 리드라이버 칩은 수신 메인보드에서 일부 작업을 효과적으로 오프로드합니다.

또한 향후 메인보드에는 케이블 진단 기능이 통합되어 연결된 케이블에 대해 삽입 손실과 반사 손실을 측정하고 표시할 수 있습니다. 이는 신호 무결성이 악화되는 시기를 인식하고 이미지 품질이 크게 떨어지기 전에 개입하도록 메인보드를 프로그래밍할 수 있음을 의미합니다.

의료기기 기업에게 장거리 고속 전송은 혼잡한 시장에서 제품이 차별화되는 전쟁터입니다. 메인보드 내에서는 균등화, 접지, 커넥터 및 기타 요소가 성능을 결정하는 데 가장 중요합니다. 해상도와 프레임 속도가 계속 증가하고 폼 팩터가 감소함에 따라 전송은 더욱 어려워질 것입니다. 와 함께의료용 내시경 카메라메인보드를 사용하면 장치가 센서가 본 내용에 충실한 비디오 품질을 제공할 수 있어 임상의가 시술에 자신감을 가질 수 있습니다.