設計實務：Edge AI 相機不只是多一顆 AI 晶片——PCB 必查的 7 個設計重點

Edge AI 相機 PCB 設計完整指南

一、先決定運算架構，再談 PCB 尺寸

Edge AI 相機常見兩種架構：

| 架構 | 特性 | PCB 主要挑戰 | | :--- | :--- | :--- | | 一體式 AI 相機 | 感測器與運算主板整合在同一裝置 | 空間、散熱、雜訊及鏡頭位置互相限制 | | 相機＋Edge AI Box | 相機負責取像，外部運算盒集中處理 | 高速影像傳輸、連接器、線材與多路同步 |

一體式設計可縮短影像資料路徑、降低裝置數量，但運算晶片的熱源更靠近感測器。若熱傳路徑處理不當，感測器溫度上升可能增加影像雜訊，也可能讓鏡頭座、PCB 與外殼因熱膨脹產生相對位移。 AI Box 架構可以配置較大的散熱器及更多運算資源，但必須處理多路影像頻寬、傳輸延遲、線材損耗與連接器可靠度。

架構選擇應先回答：需要處理幾路影像、解析度與幀率是多少、推論延遲目標為何，以及原始影像是否允許離開相機端。

二、MIPI CSI-2：短距離不代表可以隨意佈線

CMOS 感測器與主處理器之間常使用 MIPI CSI-2。雖然連線距離通常不長，但資料率高、線路靠近時脈及電源電路，一樣可能出現阻抗不連續、串音與回流路徑中斷。

Layout 應注意：

• 差動對阻抗依晶片、感測器及疊構要求設定；
• 同一 Lane 內維持合理的線長匹配；
• 減少過孔、支線及不必要的層別切換；
• 換層時提供鄰近接地過孔，維持回流連續；
• 避開電感、DC-DC 開關節點及高速記憶體區；
• 感測器連接器的 Pin assignment 應配合逃線方向；
• FPC 連接器、軟板及主板必須納入完整通道評估。

若感測器採模組化設計，不能只檢查主板上的走線。連接器、軟板與模組板共同構成傳輸通道，任何一段阻抗或接地設計不連續，都可能影響影像穩定性。

三、DDR 與 AI SoC：疊構必須在 Layout 前確認

AI 推論需要頻繁存取影像與模型資料，因此 SoC 與 DDR 通常是主板上最密集、最敏感的區域之一。若先完成元件擺放才決定疊構，很容易發現 BGA 逃線層數不足，或資料、位址及時脈無法維持合適的參考平面。

設計前應確認：

1. SoC 與 DDR 的封裝 Pitch 及逃線需求；
2. 是否需要 microvia、via-in-pad 或順序壓合；
3. DQ、DQS、CK、CA 等訊號的拓撲及匹配條件；
4. 參考平面與介電層厚度；
5. 過孔殘段與層別轉換方式；
6. 記憶體電源的去耦配置及回路電感；
7. SoC、DDR 與儲存裝置間的相對位置。

DDR 規則必須以所選 SoC 與記憶體供應商的設計指南為準。不能把其他平台的線長或匹配數值直接複製到新設計。

四、電源完整性：平均功耗不足以決定電源設計

AI SoC 的負載會隨模型運算快速變動。即使平均功耗不高，短時間電流變化仍可能造成核心電壓下陷、雜訊增加或系統重置。

電源設計不應只確認穩壓器額定電流，還要檢查：

• 各電源軌的啟動與關閉順序；
• 負載瞬態及允許電壓偏差；
• 去耦電容的容量、封裝與擺放位置；
• 穩壓器、電感、MOSFET 與輸出電容的高 di/dt 回路；
• 電源平面頸縮與過孔載流能力；
• 類比感測器電源與數位運算電源的隔離；
• 待機、喚醒及異常關機狀態。

影像感測器的類比電源若受到 SoC、DDR 或 DC-DC 雜訊干擾，可能在畫面中形成固定圖樣雜訊、條紋或暗部品質下降。感測器供電與接地應依原廠建議分區、濾波，並避免讓高電流回流穿過影像類比區域。

五、PoE 與外部介面：通訊線也是電源入口

採用乙太網路供電（Power over Ethernet，PoE）的 AI 相機，可以透過同一條網路線取得資料與電力，降低現場配線複雜度。但 PCB 必須同時處理網路訊號、共模雜訊、隔離、突波及電源轉換。

PoE 區域應確認：

• 磁性元件及隔離邊界；
• RJ45、保護元件與控制器的擺放順序；
• 差動對阻抗與對內長度關係；
• TVS 等保護元件至接地或機殼的放電路徑；
• 高壓一次側與低壓二次側的間距；
• PoE DC-DC 的開關回路與變壓器位置；
• 網路隔離區是否被銅箔、螺絲孔或測試點跨越。

USB、GPIO、馬達、麥克風與無線天線等外部介面，也可能成為 ESD 或雜訊耦合路徑。保護元件必須靠近能量進入的位置，而不是只放在電路圖上看似方便的地方。

六、散熱：不能只替 SoC 加一片散熱墊

Edge AI 相機的機構空間有限，SoC、DDR、PoE 電源及影像感測器又可能集中在同一區域。若只處理 SoC 結溫，而忽略感測器與電源元件，系統仍可能因影像品質、材料老化或電源降額而失效。

散熱設計應從完整路徑評估：

晶片接面 → 封裝 → PCB／導熱介面 → 散熱器或外殼 → 周圍環境

PCB 可採用的方式包括熱過孔、較大銅面、內層散熱平面及與機殼連接的導熱墊。但熱過孔的位置、孔徑、填孔方式及阻焊開窗會影響製造與組裝，應與板廠及組裝端確認。

相機還要考慮熱源與光學元件的相對位置。SoC 或 PoE 電源若長時間加熱感測器及鏡頭座，可能改變暗電流、對焦穩定性或密封材料壽命。

七、模組化設計：連接器往往是最脆弱的地方

可更換感測器、鏡頭、通訊或運算模組能縮短平台開發時間，但每增加一組板對板連接器，就會增加訊號、電源、機構與供應鏈風險。

模組介面應明確定義：

• 連接器 Pin assignment 與接地腳比例；
• 高速訊號的參考地及回流路徑；
• 電源上電順序與熱插拔條件；
• 連接器額定電流及接觸電阻；
• 插拔次數、振動與固定方式；
• 模組高度、鏡頭中心及機構公差；
• 防呆、Pin 1 及裝反保護；
• 不同版本模組之間的相容性。

若模組需在戶外或工業環境使用，濕氣、粉塵、腐蝕、溫度循環及連接器微動磨耗也應納入可靠度規劃。

Edge AI 相機 PCB 投板前檢查表

| 項目 | 投板前應確認 | | :--- | :--- | | 系統架構 | 影像路數、解析度、幀率、延遲與本地儲存需求 | | MIPI／高速影像 | 阻抗、線長、過孔、參考平面及連接器通道 | | DDR | 疊構、拓撲、匹配、BGA 逃線與原廠規則 | | 電源 | 瞬態、時序、去耦、高 di/dt 回路及平面頸縮 | | PoE／網路 | 隔離、保護、差動對、磁性元件及放電路徑 | | 散熱 | SoC、感測器、DDR 與電源元件的完整熱路徑 | | EMI／ESD | 開關節點、外部介面、機殼接地與敏感訊號分區 | | 光學與機構 | 鏡頭中心、感測器平坦度、螺絲應力與公差 | | 製造 | HDI 結構、微盲孔、via-in-pad、板厚及組裝能力 | | 測試 | 電源測試點、影像測試、網路、燒錄及散熱驗證 |

結論：Edge AI 相機是一個跨電源、影像、運算與機構的 PCB 專案

把 AI 推論放進相機，不只是多放一顆 NPU。影像感測器、DDR、電源、網路、PoE、散熱器與鏡頭機構必須在同一個有限空間內協同工作。

成功的 Edge AI 相機 PCB，通常不是在 Layout 後期逐項補救，而是在元件選型階段就同步確認疊構、電源需求、熱路徑、光學位置與製程能力。

若專案涉及 MIPI CSI-2、DDR、PoE、HDI 或小型化散熱，eCloud 工程團隊可在打樣前協助檢視疊構、材料、微盲孔配置與 DFM 風險，讓高速介面、熱設計與製造條件在投板前完成對齊。