ऑटोमोटिव इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम (3) ADAS और स्वायत्त ड्राइविंग में मुद्रित सर्किट बोर्ड के लिए आवश्यकताएँ

परिचय

उन्नत ड्राइवर सहायता प्रणाली (ADAS) और स्वायत्त ड्राइविंग प्रौद्योगिकियां ऑटोमोटिव उद्योग को नया आकार दे रही हैं, जिससे वाहन अपनी पर्यावरण को अधिक स्वायत्तता के साथ समझने, विश्लेषण करने और प्रतिक्रिया देने में सक्षम हो रहे हैं। मिलीमीटर-वेव रडार (24GHz/77GHz), LiDAR, अल्ट्रासोनिक सेंसर और कैमरा सिस्टम जैसे प्रमुख मॉड्यूल संवेदी नेटवर्क बनाते हैं जो अनुकूली क्रूज नियंत्रण, लेन प्रस्थान चेतावनी, स्वचालित आपातकालीन ब्रेकिंग और सेल्फ-पार्किंग जैसे कार्यों को शक्ति प्रदान करते हैं। ये सिस्टम उच्च-आवृत्ति, उच्च-गति डेटा ट्रांसमिशन पर निर्भर करते हैं, जिससे PCB डिज़ाइन सटीकता, विश्वसनीयता और वास्तविक समय के प्रदर्शन को सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण कारक बन जाता है। यह लेख ADAS और स्वायत्त ड्राइविंग अनुप्रयोगों में विशेष PCB आवश्यकताओं, विनिर्माण चुनौतियों और उभरते रुझानों की जांच करता है।

सिस्टम अवलोकन

ADAS और स्वायत्त ड्राइविंग सिस्टम एक व्यापक पर्यावरणीय जागरूकता ढांचा बनाने के लिए कई सेंसर तकनीकों को एकीकृत करते हैं:

• रडार (24GHz/77GHz): शॉर्ट-रेंज डिटेक्शन (जैसे, पार्किंग सहायता) के लिए 24GHz पर और लंबी दूरी के अनुप्रयोगों (जैसे, हाईवे क्रूज कंट्रोल) के लिए 77GHz पर संचालित होता है, जो वस्तु की दूरी, वेग और दिशा का पता लगाता है।

• LiDAR: आसपास के वातावरण के 3D पॉइंट क्लाउड उत्पन्न करने के लिए लेजर पल्स (905–1550nm तरंग दैर्ध्य) का उपयोग करता है, जिससे बाधाओं और इलाके का सटीक मानचित्रण सक्षम होता है।

• अल्ट्रासोनिक सेंसर: पार्किंग जैसे कम गति वाले परिदृश्यों के लिए शॉर्ट-रेंज ऑब्जेक्ट डिटेक्शन (आमतौर पर <5m) प्रदान करते हैं, दूरी मापने के लिए ध्वनि तरंगों का लाभ उठाते हैं।

• कैमरा: लेन मार्किंग पहचान, ट्रैफिक साइन डिटेक्शन और पैदल यात्री पहचान के लिए दृश्य डेटा कैप्चर करते हैं, जिसके लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग और तीव्र डेटा प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है।

PCB डिज़ाइन आवश्यकताएँ

ADAS और स्वायत्त ड्राइविंग PCBs को उच्च-प्रदर्शन सेंसर संचालन का समर्थन करने के लिए अद्वितीय तकनीकी मांगों को संबोधित करना चाहिए:

1. उच्च-आवृत्ति सिग्नल अखंडता

उच्च-आवृत्ति सेंसर (जैसे, 77GHz रडार) को न्यूनतम सिग्नल हानि और सटीक ट्रांसमिशन के लिए अनुकूलित PCBs की आवश्यकता होती है:

• कम-हानि वाली सामग्री: Rogers RO4000, Megtron 6, और Tachyon जैसे लैमिनेट्स को उनके कम डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक (Dk) और डिसिपेशन फैक्टर (Df) के लिए पसंद किया जाता है, जो उच्च आवृत्तियों पर सिग्नल क्षीणन को कम करता है।

• कठोर प्रतिबाधा नियंत्रण: उच्च गति वाले डेटा पथों के लिए ±5% सहिष्णुता के भीतर प्रतिबाधा बनाए रखना महत्वपूर्ण है, जो रडार ट्रांससीवर और LiDAR नियंत्रण सर्किट में सिग्नल अखंडता सुनिश्चित करता है।

• नियंत्रित रूटिंग: सुसंगत ज्यामिति वाले छोटे, प्रत्यक्ष ट्रेस पथ प्रतिबिंब और क्रॉसस्टॉक को कम करते हैं, जो 77GHz रडार और मल्टी-गिगाबिट कैमरा इंटरफेस के लिए आवश्यक हैं।

2. लघुकरण

वाहन माउंटिंग स्थानों (जैसे, बंपर, दर्पण, छत) में स्थान की कमी कॉम्पैक्ट PCB डिज़ाइनों की आवश्यकता को चलाती है:

• 6–10 परत स्टैक-अप: मल्टीलेयर संरचनाएं हस्तक्षेप को कम करने के लिए बिजली, ग्राउंड और सिग्नल परतों को अलग करते हुए घटक घनत्व को अधिकतम करती हैं।

• फाइन-पिच घटक: छोटे-फुटप्रिंट ICs और निष्क्रिय घटकों (जैसे, 0402 या छोटे पैकेज) का एकीकरण सीमित स्थान में उच्च कार्यक्षमता को सक्षम बनाता है।

3. पर्यावरणीय प्रतिरोध

बाहरी रूप से या कठोर वाहन वातावरण में लगे सेंसर को मजबूत PCB सुरक्षा की आवश्यकता होती है:

• वाटरप्रूफ और डस्टप्रूफ डिज़ाइन: अनुरूप कोटिंग और सीलबंद बाड़े नमी और मलबे के प्रवेश को रोकते हैं, जो अंडर-बम्पर रडार और बाहरी कैमरों के लिए महत्वपूर्ण हैं।

• यूवी प्रतिरोध: छत पर लगे LiDAR या विंडशील्ड कैमरों के लिए PCBs को सामग्री के क्षरण के बिना लंबे समय तक धूप के संपर्क में रहना चाहिए।

तालिका 1: ADAS सेंसर आवृत्ति और PCB सामग्री आवश्यकताएँ

विनिर्माण चुनौतियाँ

ADAS सिस्टम के लिए PCBs का उत्पादन उच्च-आवृत्ति और विश्वसनीयता मांगों को पूरा करने के लिए सटीक इंजीनियरिंग शामिल करता है:

• माइक्रोवेव PCB नक़्क़ाशी: रडार एंटेना को विकिरण पैटर्न और आवृत्ति प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए अल्ट्रा-सटीक लाइन चौड़ाई नियंत्रण (±0.02mm) की आवश्यकता होती है, जो पारंपरिक नक़्क़ाशी प्रक्रियाओं को चुनौती देता है।

• मिश्रित सामग्री लैमिनेशन: PTFE या सिरेमिक सब्सट्रेट (LiDAR और रडार के लिए) के साथ FR-4 को मिलाने वाले हाइब्रिड PCBs को डिलेमिनेशन को रोकने और समान डाइइलेक्ट्रिक गुणों को सुनिश्चित करने के लिए लैमिनेशन दबाव और तापमान पर कड़ा नियंत्रण रखने की आवश्यकता होती है।

• उच्च गति डेटा रूटिंग: USB, ईथरनेट और MIPI D-PHY जैसे इंटरफेस को कैमरों और सेंसर से मल्टी-गिगाबिट डेटा दरों का समर्थन करने के लिए न्यूनतम तिरछापन के साथ सख्त प्रतिबाधा मिलान और विभेदक जोड़ी रूटिंग की मांग होती है।

तालिका 2: उच्च-आवृत्ति ADAS बोर्डों के लिए PCB सहनशीलता

भविष्य के रुझान

जैसे-जैसे स्वायत्त ड्राइविंग उच्च स्तर (L3+) की ओर बढ़ता है, PCB डिज़ाइन अधिक जटिल सेंसर फ्यूजन और कंप्यूटिंग आवश्यकताओं का समर्थन करने के लिए विकसित होगा:

• AI प्रोसेसर के साथ एकीकरण: उच्च-प्रदर्शन GPUs और न्यूरल प्रोसेसिंग यूनिट (NPUs) को सीधे सेंसर PCBs पर एकीकृत किया जाएगा, जिससे वास्तविक समय में डेटा विश्लेषण सक्षम होगा और ऑब्जेक्ट रिकॉग्निशन में विलंबता कम होगी।

• सेंसर फ्यूजन मॉड्यूल: एक ही PCB पर रडार, LiDAR और कैमरा इंटरफेस को जोड़ना डेटा एकत्रीकरण को सुव्यवस्थित करेगा, जिसके लिए उन्नत सिग्नल अलगाव और सिंक्रनाइज़ेशन तकनीकों की आवश्यकता होती है।

• उच्च गति इंटरफेस: PCIe Gen4/5 और 10G ईथरनेट को अपनाना सेंसर और केंद्रीय कंप्यूटिंग इकाइयों के बीच तेज़ डेटा ट्रांसफ़र को सक्षम करेगा, जिसके लिए कम-हानि वाली सामग्री और अनुकूलित विभेदक जोड़ी रूटिंग की आवश्यकता होती है।

तालिका 3: ADAS मॉड्यूल PCB परत

निष्कर्ष

ADAS और स्वायत्त ड्राइविंग सिस्टम PCB डिज़ाइन पर अभूतपूर्व मांग रखते हैं, जिसके लिए उच्च-आवृत्ति प्रदर्शन, लघुकरण और पर्यावरणीय लचीलापन की आवश्यकता होती है। जैसे-जैसे सेंसर तेजी से उच्च आवृत्तियों और डेटा दरों पर काम करते हैं, PCB सामग्री, विनिर्माण सटीकता और लेआउट अनुकूलन वाहन सुरक्षा और स्वायत्तता के लिए महत्वपूर्ण हो गए हैं। जैसे-जैसे उद्योग पूर्ण स्वायत्तता की ओर बढ़ता है, PCBs विकसित होते रहेंगे, AI प्रोसेसिंग, मल्टी-सेंसर फ्यूजन और अल्ट्रा-हाई-स्पीड इंटरफेस को एकीकृत करते हुए बुद्धिमान ड्राइविंग तकनीकों की अगली पीढ़ी को सक्षम करेगा।