Persyaratan untuk papan sirkuit cetak dalam sistem elektronik otomotif (3) ADAS & Penggerak Otonom

Pendahuluan

Sistem Bantuan Pengemudi Tingkat Lanjut (ADAS) dan teknologi mengemudi otonom sedang membentuk kembali industri otomotif, memungkinkan kendaraan untuk merasakan, menganalisis, dan merespons lingkungannya dengan otonomi yang meningkat. Modul-modul utama seperti radar gelombang milimeter (24GHz/77GHz), LiDAR, sensor ultrasonik, dan sistem kamera membentuk jaringan sensorik yang mendukung fungsi-fungsi seperti adaptive cruise control, peringatan keberangkatan jalur, pengereman darurat otomatis, dan parkir otomatis. Sistem-sistem ini mengandalkan transmisi data berfrekuensi tinggi dan berkecepatan tinggi, menjadikan desain PCB sebagai faktor penting dalam memastikan akurasi, keandalan, dan kinerja waktu nyata. Artikel ini mengkaji persyaratan PCB khusus, tantangan manufaktur, dan tren yang muncul dalam aplikasi ADAS dan mengemudi otonom.

Ikhtisar Sistem

Sistem ADAS dan mengemudi otonom mengintegrasikan beberapa teknologi sensor untuk menciptakan kerangka kerja kesadaran lingkungan yang komprehensif:

• Radar (24GHz/77GHz): Beroperasi pada 24GHz untuk deteksi jarak pendek (misalnya, bantuan parkir) dan 77GHz untuk aplikasi jarak jauh (misalnya, kendali jelajah jalan raya), mendeteksi jarak, kecepatan, dan arah objek.

• LiDAR: Menggunakan pulsa laser (panjang gelombang 905–1550nm) untuk menghasilkan awan titik 3D dari lingkungan sekitar, memungkinkan pemetaan rintangan dan medan yang presisi.

• Sensor Ultrasonik: Menyediakan deteksi objek jarak pendek (biasanya <5m) untuk skenario kecepatan rendah seperti parkir, memanfaatkan gelombang suara untuk mengukur jarak.

• Kamera: Menangkap data visual untuk pengenalan marka jalur, deteksi rambu lalu lintas, dan identifikasi pejalan kaki, memerlukan pencitraan resolusi tinggi dan pemrosesan data yang cepat.

Persyaratan Desain PCB

PCB ADAS dan mengemudi otonom harus memenuhi tuntutan teknis yang unik untuk mendukung pengoperasian sensor berkinerja tinggi:

1. Integritas Sinyal Frekuensi Tinggi

Sensor frekuensi tinggi (misalnya, radar 77GHz) memerlukan PCB yang dioptimalkan untuk kehilangan sinyal minimal dan transmisi yang presisi:

• Material kehilangan rendah: Laminasi seperti Rogers RO4000, Megtron 6, dan Tachyon lebih disukai karena konstanta dielektrik (Dk) dan faktor disipasi (Df) yang rendah, meminimalkan atenuasi sinyal pada frekuensi tinggi.

• Kontrol impedansi yang ketat: Mempertahankan impedansi dalam toleransi ±5% sangat penting untuk jalur data berkecepatan tinggi, memastikan integritas sinyal di seluruh transceiver radar dan sirkuit kontrol LiDAR.

• Perutean terkontrol: Jalur jejak pendek dan langsung dengan geometri yang konsisten mengurangi refleksi dan crosstalk, penting untuk radar 77GHz dan antarmuka kamera multi-gigabit.

2. Miniaturisasi

Keterbatasan ruang di lokasi pemasangan kendaraan (misalnya, bemper, spion, atap) mendorong kebutuhan akan desain PCB yang ringkas:

• Susunan lapisan 6–10: Struktur multilayer memaksimalkan kepadatan komponen sambil memisahkan lapisan daya, ground, dan sinyal untuk mengurangi interferensi.

• Komponen pitch halus: Integrasi IC footprint kecil dan komponen pasif (misalnya, paket 0402 atau lebih kecil) memungkinkan fungsionalitas yang lebih tinggi dalam ruang terbatas.

3. Ketahanan Lingkungan

Sensor yang dipasang di luar atau di lingkungan kendaraan yang keras memerlukan perlindungan PCB yang kuat:

• Desain tahan air dan debu: Lapisan konformal dan penutup yang disegel mencegah masuknya kelembaban dan puing-puing, penting untuk radar di bawah bemper dan kamera eksterior.

• Ketahanan UV: PCB untuk LiDAR yang dipasang di atap atau kamera kaca depan harus tahan terhadap paparan sinar matahari yang berkepanjangan tanpa degradasi material.

Tabel 1: Persyaratan Frekuensi & Material PCB Sensor ADAS

Tantangan Manufaktur

Memproduksi PCB untuk sistem ADAS melibatkan rekayasa presisi untuk memenuhi tuntutan frekuensi tinggi dan keandalan:

• Etching PCB microwave: Antena radar memerlukan kontrol lebar garis yang sangat presisi (±0,02mm) untuk mempertahankan pola radiasi dan respons frekuensi, menantang proses etching tradisional.

• Laminasi material campuran: PCB hibrida yang menggabungkan FR-4 dengan substrat PTFE atau keramik (untuk LiDAR dan radar) memerlukan kontrol yang ketat terhadap tekanan dan suhu laminasi untuk mencegah delaminasi dan memastikan sifat dielektrik yang seragam.

• Perutean data berkecepatan tinggi: Antarmuka seperti USB, Ethernet, dan MIPI D-PHY menuntut pencocokan impedansi yang ketat dan perutean pasangan diferensial, dengan skew minimal untuk mendukung kecepatan data multi-gigabit dari kamera dan sensor.

Tabel 2: Toleransi PCB untuk Papan ADAS Frekuensi Tinggi

Tren Masa Depan

Saat mengemudi otonom maju ke tingkat yang lebih tinggi (L3+), desain PCB akan berkembang untuk mendukung fusi sensor dan kebutuhan komputasi yang lebih kompleks:

• Integrasi dengan prosesor AI: GPU berkinerja tinggi dan unit pemrosesan saraf (NPU) akan diintegrasikan langsung ke PCB sensor, memungkinkan analisis data waktu nyata dan mengurangi latensi dalam pengenalan objek.

• Modul fusi sensor: Menggabungkan antarmuka radar, LiDAR, dan kamera pada satu PCB akan merampingkan agregasi data, memerlukan teknik isolasi dan sinkronisasi sinyal canggih.

• Antarmuka berkecepatan tinggi: Adopsi PCIe Gen4/5 dan 10G Ethernet akan memungkinkan transfer data yang lebih cepat antara sensor dan unit komputasi pusat, menuntut material kehilangan rendah dan perutean pasangan diferensial yang dioptimalkan.

Tabel 3: Lapisan PCB Modul ADAS

Kesimpulan

Sistem ADAS dan mengemudi otonom menempatkan tuntutan yang belum pernah terjadi sebelumnya pada desain PCB, yang memerlukan kinerja frekuensi tinggi, miniaturisasi, dan ketahanan lingkungan. Dengan sensor yang beroperasi pada frekuensi dan kecepatan data yang semakin tinggi, material PCB, presisi manufaktur, dan optimasi tata letak telah menjadi sangat penting untuk keselamatan dan otonomi kendaraan. Seiring industri berkembang menuju otonomi penuh, PCB akan terus berkembang, mengintegrasikan pemrosesan AI, fusi multi-sensor, dan antarmuka berkecepatan sangat tinggi untuk memungkinkan generasi berikutnya dari teknologi mengemudi cerdas.