Otomotiv elektronik sistemlerindeki baskılı devre kartları için gereksinimler (3) ADAS & Otonom Sürüş

Giriş

Gelişmiş Sürücü Destek Sistemleri (ADAS) ve otonom sürüş teknolojileri, otomotiv endüstrisini yeniden şekillendiriyor ve araçların çevrelerini artan bir özerklikle algılamasını, analiz etmesini ve tepki vermesini sağlıyor. Milimetre dalga radarı (24GHz/77GHz), LiDAR, ultrasonik sensörler ve kamera sistemleri gibi temel modüller, uyarlanabilir hız sabitleme, şeritten ayrılma uyarısı, otomatik acil frenleme ve kendi kendine park etme gibi işlevleri destekleyen duyusal ağı oluşturur. Bu sistemler, yüksek frekanslı, yüksek hızlı veri iletimine dayanır ve bu da PCB tasarımını doğruluk, güvenilirlik ve gerçek zamanlı performansın sağlanmasında kritik bir faktör haline getirir. Bu makale, ADAS ve otonom sürüş uygulamalarındaki özel PCB gereksinimlerini, üretim zorluklarını ve ortaya çıkan eğilimleri incelemektedir.

Sisteme Genel Bakış

ADAS ve otonom sürüş sistemleri, kapsamlı bir çevresel farkındalık çerçevesi oluşturmak için birden fazla sensör teknolojisini entegre eder:

• Radar (24GHz/77GHz): Kısa menzilli algılama için 24GHz'de (örneğin, park yardımı) ve uzun menzilli uygulamalar için 77GHz'de (örneğin, otoyol hız sabitleme) çalışır, nesne mesafesini, hızını ve yönünü algılar.

• LiDAR: Çevrenin 3D nokta bulutlarını oluşturmak için lazer darbeleri (905–1550nm dalga boyu) kullanır, engellerin ve arazinin hassas bir şekilde haritalanmasını sağlar.

• Ultrasonik Sensörler: Park etme gibi düşük hızlı senaryolar için kısa menzilli nesne algılama sağlar (tipik olarak <5m), mesafeleri ölçmek için ses dalgalarından yararlanır.

• Kameralar: Şerit işaretlerini tanıma, trafik işareti tespiti ve yaya tanımlama için görsel verileri yakalar, yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve hızlı veri işleme gerektirir.

PCB Tasarım Gereksinimleri

ADAS ve otonom sürüş PCB'leri, yüksek performanslı sensör çalışmasını desteklemek için benzersiz teknik talepleri karşılamalıdır:

1. Yüksek Frekanslı Sinyal Bütünlüğü

Yüksek frekanslı sensörler (örneğin, 77GHz radar), minimum sinyal kaybı ve hassas iletim için optimize edilmiş PCB'ler gerektirir:

• Düşük kayıplı malzemeler: Rogers RO4000, Megtron 6 ve Tachyon gibi laminatlar, yüksek dielektrik sabiti (Dk) ve kayıp faktörü (Df) nedeniyle yüksek frekanslarda sinyal zayıflamasını en aza indirdikleri için tercih edilir.

• Sıkı empedans kontrolü: Yüksek hızlı veri yolları için empedansı ±%5 tolerans içinde tutmak, radar alıcı-vericileri ve LiDAR kontrol devreleri genelinde sinyal bütünlüğünü sağlamak için kritiktir.

• Kontrollü yönlendirme: Tutarlı geometriye sahip kısa, doğrudan iz yolları, 77GHz radar ve çok gigabit kamera arayüzleri için gerekli olan yansımaları ve çapraz konuşmayı azaltır.

2. Minyatürleştirme

Araç montaj konumlarındaki (örneğin, tamponlar, aynalar, tavan) alan kısıtlamaları, kompakt PCB tasarımlarına olan ihtiyacı artırır:

• 6–10 katmanlı yığınlar: Çok katmanlı yapılar, paraziti azaltmak için güç, toprak ve sinyal katmanlarını ayırırken bileşen yoğunluğunu en üst düzeye çıkarır.

• İnce aralıklı bileşenler: Küçük ayak izli IC'lerin ve pasif bileşenlerin (örneğin, 0402 veya daha küçük paketler) entegrasyonu, sınırlı alanda daha yüksek işlevsellik sağlar.

3. Çevresel Direnç

Dışarıya veya zorlu araç ortamlarına monte edilen sensörler, sağlam PCB koruması gerektirir:

• Su geçirmez ve toz geçirmez tasarım: Konformal kaplamalar ve kapalı muhafazalar, tampon altı radarı ve dış kameralar için kritik olan nem ve kalıntı girişini önler.

• UV direnci: Tavana monte edilmiş LiDAR veya ön cam kameraları için PCB'ler, malzeme bozulması olmadan uzun süreli güneş ışığına maruz kalmaya dayanmalıdır.

Tablo 1: ADAS Sensör Frekansı ve PCB Malzeme Gereksinimleri

Üretim Zorlukları

ADAS sistemleri için PCB üretimi, yüksek frekans ve güvenilirlik taleplerini karşılamak için hassas mühendislik gerektirir:

• Mikrodalga PCB aşındırma: Radar antenleri, radyasyon desenlerini ve frekans yanıtını korumak için ultra hassas hat genişliği kontrolü (±0,02 mm) gerektirir ve geleneksel aşındırma süreçlerine meydan okur.

• Karışık malzeme laminasyonu: FR-4'ü PTFE veya seramik alt tabakalarla (LiDAR ve radar için) birleştiren hibrit PCB'ler, delaminasyonu önlemek ve homojen dielektrik özellikleri sağlamak için laminasyon basıncı ve sıcaklığı üzerinde sıkı kontrol gerektirir.

• Yüksek hızlı veri yönlendirme: USB, Ethernet ve MIPI D-PHY gibi arayüzler, kameralardan ve sensörlerden çok gigabit veri hızlarını desteklemek için minimum çarpıklık ile sıkı empedans eşleşmesi ve diferansiyel çift yönlendirmesi talep eder.

Tablo 2: Yüksek Frekanslı ADAS Kartları için PCB Toleransları

Gelecek Trendler

Otonom sürüş daha yüksek seviyelere (L3+) doğru ilerledikçe, PCB tasarımı daha karmaşık sensör füzyonu ve hesaplama ihtiyaçlarını desteklemek için gelişecektir:

• AI işlemcilerle entegrasyon: Yüksek performanslı GPU'lar ve sinirsel işlem birimleri (NPU'lar), gerçek zamanlı veri analizi sağlamak ve nesne tanımada gecikmeyi azaltmak için doğrudan sensör PCB'lerine entegre edilecektir.

• Sensör füzyon modülleri: Radar, LiDAR ve kamera arayüzlerini tek bir PCB üzerinde birleştirmek, veri toplamasını kolaylaştıracak ve gelişmiş sinyal izolasyonu ve senkronizasyon teknikleri gerektirecektir.

• Yüksek hızlı arayüzler: PCIe Gen4/5 ve 10G Ethernet'in benimsenmesi, sensörler ve merkezi hesaplama birimleri arasında daha hızlı veri aktarımını sağlayacak, düşük kayıplı malzemeler ve optimize edilmiş diferansiyel çift yönlendirmesi talep edecektir.

Tablo 3: ADAS Modülü PCB Katmanı

Sonuç

ADAS ve otonom sürüş sistemleri, PCB tasarımına yüksek frekans performansı, minyatürleştirme ve çevresel dayanıklılık gerektiren benzeri görülmemiş talepler getirmektedir. Sensörlerin giderek daha yüksek frekanslarda ve veri hızlarında çalışmasıyla, PCB malzemeleri, üretim hassasiyeti ve düzen optimizasyonu, araç güvenliği ve otonomisi için kritik hale gelmiştir. Endüstri tam otonomiye doğru ilerledikçe, PCB'ler, akıllı sürüş teknolojilerinin yeni neslini etkinleştirmek için yapay zeka işleme, çok sensörlü füzyon ve ultra yüksek hızlı arayüzleri entegre ederek gelişmeye devam edecektir.