Los requisitos para las placas de circuito impreso en los sistemas electrónicos automotrices (3) ADAS y Conducción Autónoma

Introducción

Los Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor (ADAS) y las tecnologías de conducción autónoma están transformando la industria automotriz, permitiendo que los vehículos perciban, analicen y respondan a su entorno con una autonomía cada vez mayor. Módulos clave como el radar de ondas milimétricas (24 GHz/77 GHz), LiDAR, sensores ultrasónicos y sistemas de cámara forman la red sensorial que impulsa funciones como el control de crucero adaptativo, la advertencia de salida de carril, el frenado automático de emergencia y el estacionamiento automático. Estos sistemas dependen de la transmisión de datos de alta frecuencia y alta velocidad, lo que convierte el diseño de PCB en un factor crítico para garantizar la precisión, la fiabilidad y el rendimiento en tiempo real. Este artículo examina los requisitos especializados de PCB, los desafíos de fabricación y las tendencias emergentes en las aplicaciones ADAS y de conducción autónoma.

Descripción general del sistema

Los sistemas ADAS y de conducción autónoma integran múltiples tecnologías de sensores para crear un marco integral de conciencia ambiental:

• Radar (24 GHz/77 GHz): Opera a 24 GHz para la detección de corto alcance (por ejemplo, asistencia al estacionamiento) y a 77 GHz para aplicaciones de largo alcance (por ejemplo, control de crucero en carretera), detectando la distancia, la velocidad y la dirección de los objetos.

• LiDAR: Utiliza pulsos láser (longitud de onda de 905–1550 nm) para generar nubes de puntos 3D del entorno circundante, lo que permite un mapeo preciso de obstáculos y terrenos.

• Sensores ultrasónicos: Proporcionan detección de objetos de corto alcance (normalmente <5 m) para escenarios de baja velocidad como el estacionamiento, aprovechando las ondas sonoras para medir distancias.

• Cámaras: Capturan datos visuales para el reconocimiento de marcas viales, la detección de señales de tráfico y la identificación de peatones, lo que requiere imágenes de alta resolución y un procesamiento rápido de datos.

Requisitos de diseño de PCB

Las PCB de ADAS y de conducción autónoma deben abordar demandas técnicas únicas para soportar el funcionamiento de sensores de alto rendimiento:

1. Integridad de la señal de alta frecuencia

Los sensores de alta frecuencia (por ejemplo, radar de 77 GHz) requieren PCB optimizadas para una pérdida de señal mínima y una transmisión precisa:

• Materiales de baja pérdida: Se prefieren laminados como Rogers RO4000, Megtron 6 y Tachyon por su baja constante dieléctrica (Dk) y factor de disipación (Df), minimizando la atenuación de la señal a altas frecuencias.

• Control de impedancia ajustado: Mantener la impedancia dentro de una tolerancia de ±5% es fundamental para las rutas de datos de alta velocidad, lo que garantiza la integridad de la señal en los transceptores de radar y los circuitos de control LiDAR.

• Enrutamiento controlado: Las rutas de traza cortas y directas con geometría consistente reducen las reflexiones y la diafonía, esencial para el radar de 77 GHz y las interfaces de cámara multigigabit.

2. Miniaturización

Las limitaciones de espacio en las ubicaciones de montaje del vehículo (por ejemplo, parachoques, espejos, techo) impulsan la necesidad de diseños de PCB compactos:

• Apilamientos de 6–10 capas: Las estructuras multicapa maximizan la densidad de los componentes al tiempo que separan las capas de alimentación, tierra y señal para reducir la interferencia.

• Componentes de paso fino: La integración de circuitos integrados y componentes pasivos de tamaño reducido (por ejemplo, paquetes 0402 o más pequeños) permite una mayor funcionalidad en un espacio limitado.

3. Resistencia ambiental

Los sensores montados externamente o en entornos vehiculares hostiles requieren una protección robusta de la PCB:

• Diseño impermeable y a prueba de polvo: Los recubrimientos conformales y las carcasas selladas evitan la entrada de humedad y residuos, lo cual es fundamental para el radar debajo del parachoques y las cámaras exteriores.

• Resistencia a los rayos UV: Las PCB para LiDAR montado en el techo o cámaras en el parabrisas deben soportar la exposición prolongada a la luz solar sin degradación del material.

Tabla 1: Frecuencia del sensor ADAS y requisitos de material de PCB

Desafíos de fabricación

La producción de PCB para sistemas ADAS implica ingeniería de precisión para cumplir con las demandas de alta frecuencia y fiabilidad:

• Grabado de PCB de microondas: Las antenas de radar requieren un control de ancho de línea ultrapreciso (±0,02 mm) para mantener los patrones de radiación y la respuesta de frecuencia, lo que desafía los procesos de grabado tradicionales.

• Laminación de materiales mixtos: Las PCB híbridas que combinan FR-4 con sustratos de PTFE o cerámica (para LiDAR y radar) requieren un control estricto sobre la presión y la temperatura de laminación para evitar la deslaminación y garantizar propiedades dieléctricas uniformes.

• Enrutamiento de datos de alta velocidad: Las interfaces como USB, Ethernet y MIPI D-PHY exigen una coincidencia de impedancia estricta y un enrutamiento de pares diferenciales, con un sesgo mínimo para admitir velocidades de datos multigigabit de cámaras y sensores.

Tabla 2: Tolerancias de PCB para placas ADAS de alta frecuencia

Tendencias futuras

A medida que la conducción autónoma avanza hacia niveles más altos (L3+), el diseño de PCB evolucionará para soportar una fusión de sensores y necesidades informáticas más complejas:

• Integración con procesadores de IA: Las GPU y las unidades de procesamiento neuronal (NPU) de alto rendimiento se integrarán directamente en las PCB de los sensores, lo que permitirá el análisis de datos en tiempo real y reducirá la latencia en el reconocimiento de objetos.

• Módulos de fusión de sensores: La combinación de interfaces de radar, LiDAR y cámara en una sola PCB agilizará la agregación de datos, lo que requerirá técnicas avanzadas de aislamiento y sincronización de señales.

• Interfaces de alta velocidad: La adopción de PCIe Gen4/5 y 10G Ethernet permitirá una transferencia de datos más rápida entre los sensores y las unidades informáticas centrales, lo que exigirá materiales de baja pérdida y un enrutamiento optimizado de pares diferenciales.

Tabla 3: Capa de PCB del módulo ADAS

Conclusión

Los sistemas ADAS y de conducción autónoma imponen exigencias sin precedentes al diseño de PCB, lo que requiere un rendimiento de alta frecuencia, miniaturización y resistencia ambiental. Con sensores que operan a frecuencias y velocidades de datos cada vez mayores, los materiales de PCB, la precisión de fabricación y la optimización del diseño se han vuelto críticos para la seguridad y la autonomía del vehículo. A medida que la industria avanza hacia la autonomía total, las PCB seguirán evolucionando, integrando el procesamiento de IA, la fusión multisensor e interfaces de ultra alta velocidad para permitir la próxima generación de tecnologías de conducción inteligente.