Les exigences pour les circuits imprimés dans les systèmes électroniques automobiles (3) ADAS & Conduite autonome

Introduction

Les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) et les technologies de conduite autonome transforment l'industrie automobile, permettant aux véhicules de percevoir, d'analyser et de réagir à leur environnement avec une autonomie croissante. Des modules clés tels que le radar à ondes millimétriques (24 GHz/77 GHz), le LiDAR, les capteurs à ultrasons et les systèmes de caméras constituent le réseau sensoriel qui alimente des fonctions telles que le régulateur de vitesse adaptatif, l'avertissement de franchissement de ligne, le freinage d'urgence automatique et le stationnement automatique. Ces systèmes reposent sur une transmission de données à haute fréquence et à grande vitesse, ce qui fait de la conception des PCB un facteur essentiel pour garantir la précision, la fiabilité et les performances en temps réel. Cet article examine les exigences spécifiques des PCB, les défis de fabrication et les tendances émergentes dans les applications ADAS et de conduite autonome.

Aperçu du système

Les systèmes ADAS et de conduite autonome intègrent plusieurs technologies de capteurs pour créer un cadre complet de conscience environnementale :

• Radar (24 GHz/77 GHz): Fonctionne à 24 GHz pour la détection à courte portée (par exemple, l'aide au stationnement) et à 77 GHz pour les applications à longue portée (par exemple, le régulateur de vitesse sur autoroute), détectant la distance, la vitesse et la direction des objets.

• LiDAR: Utilise des impulsions laser (longueur d'onde de 905–1550 nm) pour générer des nuages de points 3D de l'environnement, permettant une cartographie précise des obstacles et du terrain.

• Capteurs à ultrasons: Fournissent une détection d'objets à courte portée (généralement <5m) pour les scénarios à basse vitesse comme le stationnement, en utilisant les ondes sonores pour mesurer les distances.

• Caméras: Capturent des données visuelles pour la reconnaissance des marquages au sol, la détection des panneaux de signalisation et l'identification des piétons, nécessitant une imagerie haute résolution et un traitement rapide des données.

Exigences de conception des PCB

Les PCB ADAS et de conduite autonome doivent répondre à des exigences techniques uniques pour prendre en charge le fonctionnement des capteurs haute performance :

1. Intégrité du signal haute fréquence

Les capteurs haute fréquence (par exemple, radar 77 GHz) nécessitent des PCB optimisés pour une perte de signal minimale et une transmission précise :

• Matériaux à faible perte: Les stratifiés tels que Rogers RO4000, Megtron 6 et Tachyon sont préférés pour leur faible constante diélectrique (Dk) et leur facteur de dissipation (Df), minimisant l'atténuation du signal à haute fréquence.

• Contrôle d'impédance strict: Le maintien de l'impédance dans une tolérance de ±5 % est essentiel pour les chemins de données à grande vitesse, garantissant l'intégrité du signal sur les émetteurs-récepteurs radar et les circuits de commande LiDAR.

• Routage contrôlé: Des chemins de traces courts et directs avec une géométrie constante réduisent les réflexions et la diaphonie, essentiels pour les interfaces radar 77 GHz et les interfaces de caméra multi-gigabits.

2. Miniaturisation

Les contraintes d'espace dans les emplacements de montage des véhicules (par exemple, pare-chocs, rétroviseurs, toit) entraînent la nécessité de conceptions de PCB compactes :

• Empilements à 6–10 couches: Les structures multicouches maximisent la densité des composants tout en séparant les couches d'alimentation, de masse et de signal pour réduire les interférences.

• Composants à pas fin: L'intégration de circuits intégrés et de composants passifs de petite taille (par exemple, boîtiers 0402 ou plus petits) permet une fonctionnalité plus élevée dans un espace limité.

3. Résistance environnementale

Les capteurs montés à l'extérieur ou dans des environnements de véhicules difficiles nécessitent une protection robuste des PCB :

• Conception étanche à l'eau et à la poussière: Les revêtements conformes et les boîtiers scellés empêchent la pénétration de l'humidité et des débris, ce qui est essentiel pour les radars sous pare-chocs et les caméras extérieures.

• Résistance aux UV: Les PCB pour LiDAR montés sur le toit ou les caméras de pare-brise doivent résister à une exposition prolongée au soleil sans dégradation des matériaux.

Tableau 1 : Fréquence des capteurs ADAS et exigences en matière de matériaux de PCB

Défis de fabrication

La production de PCB pour les systèmes ADAS implique une ingénierie de précision pour répondre aux exigences de haute fréquence et de fiabilité :

• Gravure de PCB micro-ondes: Les antennes radar nécessitent un contrôle de la largeur de ligne ultra-précis (±0,02 mm) pour maintenir les diagrammes de rayonnement et la réponse en fréquence, ce qui est un défi pour les processus de gravure traditionnels.

• Lamination de matériaux mixtes: Les PCB hybrides combinant FR-4 avec des substrats en PTFE ou en céramique (pour LiDAR et radar) nécessitent un contrôle strict de la pression et de la température de lamination pour éviter la délamination et garantir des propriétés diélectriques uniformes.

• Routage de données à grande vitesse: Les interfaces telles que USB, Ethernet et MIPI D-PHY exigent une adaptation d'impédance stricte et un routage de paires différentielles, avec un skew minimal pour prendre en charge des débits de données multi-gigabits provenant des caméras et des capteurs.

Tableau 2 : Tolérances des PCB pour les cartes ADAS haute fréquence

Tendances futures

À mesure que la conduite autonome progresse vers des niveaux supérieurs (L3+), la conception des PCB évoluera pour prendre en charge des besoins de fusion et de calcul de capteurs plus complexes :

• Intégration avec les processeurs d'IA: Les GPU et les unités de traitement neuronal (NPU) hautes performances seront intégrés directement sur les PCB des capteurs, ce qui permettra une analyse des données en temps réel et réduira la latence de la reconnaissance d'objets.

• Modules de fusion de capteurs: La combinaison des interfaces radar, LiDAR et caméra sur un seul PCB rationalisera l'agrégation des données, nécessitant des techniques avancées d'isolation et de synchronisation des signaux.

• Interfaces à grande vitesse: L'adoption de PCIe Gen4/5 et Ethernet 10G permettra un transfert de données plus rapide entre les capteurs et les unités de calcul centrales, exigeant des matériaux à faible perte et un routage optimisé des paires différentielles.

Tableau 3 : Couche de PCB du module ADAS

Conclusion

Les systèmes ADAS et de conduite autonome imposent des exigences sans précédent à la conception des PCB, nécessitant des performances haute fréquence, une miniaturisation et une résistance environnementale. Avec des capteurs fonctionnant à des fréquences et des débits de données de plus en plus élevés, les matériaux des PCB, la précision de fabrication et l'optimisation de la disposition sont devenus essentiels pour la sécurité et l'autonomie des véhicules. À mesure que l'industrie progresse vers une autonomie totale, les PCB continueront d'évoluer, intégrant le traitement de l'IA, la fusion multi-capteurs et des interfaces ultra-haut débit pour permettre la prochaine génération de technologies de conduite intelligente.