С развитием автомобильного интеллекта, передовые системы помощи водителю (ADAS) Уровня 2 стали стандартом в современных транспортных средствах. От адаптивного круиз-контроля (ACC) до системы удержания полосы движения (LKA), эти функции значительно повышают безопасность и комфорт вождения. Однако реализация этого интеллекта полностью зависит от стабильного и надежного электронного оборудования — печатной платы L2 ADAS (PCB). Являясь основной физической платформой для слияния данных датчиков, обработки сложных алгоритмов и управления исполнительными механизмами, ее стандарты проектирования и производства значительно превосходят таковые для потребительской электроники. Это не только носитель технологий, но и последняя физическая линия защиты безопасности вождения. Как поставщик автомобильных решений для печатных плат, сертифицированный по IATF 16949, Highleap PCB Factory (HILPCB) понимает, что каждая печатная плата L2 ADAS должна соответствовать самым высоким стандартам функциональной безопасности, целостности сигнала, экологической надежности и долговечности.

Основа функциональной безопасности в печатных платах L2 ADAS: ISO 26262 и уровни ASIL

Функциональная безопасность является высшим принципом в проектировании автомобильной электроники, и стандарт ISO 26262 — это «библия» для достижения этой цели. Для систем L2 ADAS их решения напрямую влияют на безопасность вождения, поэтому они должны соответствовать строгим процессам функциональной безопасности. Ядро системы — печатная плата L2 ADAS — имеет требования к проектированию и производству, которые напрямую определяют, сможет ли вся система достичь требуемого уровня полноты автомобильной безопасности (ASIL). Уровни ASIL варьируются от A до D, с возрастающими уровнями риска. Критические функции в ADAS уровня L2, такие как Автоматическое Экстренное Торможение (AEB), обычно требуют уровней ASIL-B или даже ASIL-D. Это означает, что при проектировании печатных плат необходимо с самого начала учитывать, как предотвращать и контролировать случайные аппаратные сбои и систематические сбои.

Ключевые принципы проектирования включают:

• Резервирование: Для критически важных сигнальных путей или сетей питания используются двойные или многократные резервные конструкции, чтобы гарантировать, что система может поддерживать основные функции безопасности или переходить в заранее определенное безопасное состояние в случае отказа одного пути.
• Диагностика и отчетность о неисправностях: Печатная плата должна интегрировать диагностические цепи для мониторинга состояния критически важных компонентов (например, основного процессора на плате процессора ADAS), напряжения питания и температуры в реальном времени. При обнаружении аномалий система должна немедленно активировать механизмы обработки неисправностей.
• Механизмы безопасности: Аппаратные механизмы безопасности, такие как сторожевые таймеры, мониторинг тактовой частоты и ECC памяти (Error Checking and Correction), требуют точной трассировки и поддержки компоновки на уровне печатной платы.

HILPCB строго придерживается требований ISO 26262 к разработке аппаратного обеспечения в процессе производства, гарантируя, что каждый шаг — от выбора материалов до контроля процессов — соответствует стандартам прослеживаемости и надежности для функциональной безопасности, обеспечивая прочную производственную основу для плат процессоров ADAS с высоким уровнем ASIL.

Целостность высокоскоростных сигналов: Проблема обработки данных печатных плат L2 ADAS

Система L2 ADAS представляет собой массивный центр обработки данных. Она должна собирать и обрабатывать огромные объемы данных с камер, миллиметровых радаров, лидаров и ультразвуковых датчиков в реальном времени. Эти потоки данных передаются по печатной плате через высокоскоростные интерфейсы, такие как MIPI, SerDes и автомобильный Ethernet, что создает беспрецедентные проблемы для целостности сигнала (SI).

Высокопроизводительная печатная плата L2 ADAS должна решать следующие проблемы целостности сигнала:

1. Контроль импеданса: Импеданс высокоскоростных дифференциальных сигнальных пар должен точно контролироваться в пределах жестких допусков (например, ±5% или меньше для целевых значений, таких как 90Ω или 100Ω). Любое несоответствие импеданса может вызвать отражение сигнала и увеличить частоту битовых ошибок.
2. Вносимые потери: Энергия сигнала ослабляется во время передачи. Конструкции печатных плат должны использовать материалы со сверхнизкими потерями и оптимизировать длины трасс и конструкции переходных отверстий, чтобы гарантировать, что сигналы достигают приемника с достаточной амплитудой.
3. Перекрестные помехи: Электромагнитная связь между соседними высокоскоростными трассами может вызывать перекрестные помехи, мешая нормальным сигналам. Правильное расстояние между трассами, конструкция опорной плоскости и экранированная трассировка могут эффективно подавлять перекрестные помехи.
4. Согласование по времени (Skew): Для дифференциальных пар или параллельных шин длины сигнальных трасс должны быть строго согласованы для обеспечения синхронизированного прихода сигнала. Это особенно критично для NPU PCB, обрабатывающих вычисления ИИ, так как рассогласование по времени может привести к катастрофическим ошибкам в расчетах.

HILPCB использует передовые инструменты моделирования и точные производственные процессы для предоставления клиентам надежных решений высокоскоростных печатных плат. Мы строго контролируем свойства материалов, структуры стека и точность травления, чтобы гарантировать, что каждая печатная плата обеспечивает исключительную высокоскоростную производительность.

Краеугольный камень слияния датчиков: Особенности проектирования печатных плат для слияния данных ADAS

Надежность ADAS уровня L2 сильно зависит от технологии слияния датчиков. Отдельные датчики имеют ограничения (например, камеры плохо работают в суровых погодных условиях, радары не могут идентифицировать цвета или формы). Только путем слияния данных от нескольких датчиков можно достичь всестороннего и точного восприятия окружающей среды. ADAS Fusion PCB является основной аппаратной платформой, которая обеспечивает достижение этой цели.

Проектирование ADAS Fusion PCB является очень сложной задачей, поскольку она должна одновременно обрабатывать разнородные сигналы от различных датчиков:

• Обработка аналоговых сигналов: Сигналы от датчиков, таких как ADAS Ultrasonic PCB, обычно являются слабыми аналоговыми сигналами, требующими малошумящих усилительных и фильтрующих цепей. Разводка печатной платы должна физически изолировать эти чувствительные аналоговые области от высокошумящих цифровых областей (например, процессоров и памяти DDR).
• Обработка цифровых сигналов: Высокоскоростная обработка цифровых сигналов требует точного контроля импеданса и согласования по времени, что особенно важно для Sensor Fusion PCB, поскольку синхронизация данных является необходимым условием для правильной работы алгоритмов слияния.
• Изоляция питания: Обеспечение независимых и чистых источников питания для аналоговых и цифровых цепей имеет решающее значение. Разработка отдельных доменов питания на печатной плате и использование LDO, ферритовых бусин и других методов изоляции может эффективно предотвратить проникновение цифрового шума в аналоговую сигнальную цепь.

Успешный дизайн печатной платы для слияния датчиков — это произведение искусства, где аналоговые и цифровые, высокоскоростные и низкоскоростные, высокомощные и маломощные компоненты гармонично сосуществуют. Он напрямую определяет точность и надежность восприятия системы ADAS.

Производство HILPCB автомобильного класса: Приверженность качеству, превосходящая стандарты

Независимо от того, насколько идеален теоретический дизайн, для его реализации требуются исключительные производственные возможности. Требования автомобильной промышленности к поставщикам печатных плат выходят далеко за рамки соответствия техническим параметрам — они требуют полной, надежной и отслеживаемой системы управления качеством. Как профессиональный производитель автомобильных печатных плат, производственные процессы HILPCB полностью соответствуют требованиям системы менеджмента качества автомобильной промышленности IATF 16949.

Наша приверженность производству автомобильного класса отражается в следующем:

• Строгий контроль материалов: Мы используем только материалы для печатных плат с высоким Tg, соответствующие стандартам AEC-Q. Эти материалы демонстрируют отличную термостойкость, низкий коэффициент теплового расширения (КТР) по оси Z и выдающуюся устойчивость к проводящим анодным нитям (CAF), обеспечивая долгосрочную надежность печатных плат в условиях экстремальных температурных циклов и высокой влажности.
• Расширенный контроль производственного процесса (APQP): На этапе внедрения нового продукта мы применяем процесс APQP и систематически выявляем и предотвращаем потенциальные производственные риски, используя такие инструменты, как FMEA (анализ видов и последствий отказов).
• Комплексное тестирование качества: В дополнение к 100% AOI (автоматической оптической инспекции) и тестированию электрических характеристик, мы оснащены рядом оборудования для проверки надежности, включая испытания на термоудар, испытания при постоянной температуре и влажности, а также испытания на паяемость, гарантируя, что каждая партия печатных плат L2 ADAS соответствует автомобильным стандартам.
• Полная прослеживаемость: От поступления сырья на склад до отгрузки готовой продукции мы присваиваем каждому PCB уникальный идентификатор, обеспечивая полную сквозную прослеживаемость. В случае возникновения проблем можно быстро определить затронутую область и отследить конкретные производственные партии, оборудование и операторов. Выбор HILPCB означает выбор надежного партнера, который глубоко понимает требования к качеству в автомобильной промышленности и может предоставить полную документацию PPAP (процесс одобрения производственной части).

Надежность в суровых условиях: Тепловое управление и целостность питания

Рабочая среда автомобилей чрезвычайно сложна. Интенсивное тепло моторного отсека, лютый холод северных регионов и толчки от неровных дорог — все это создает серьезные проблемы для основных печатных плат систем ADAS. Среди них тепловое управление и целостность питания (PI) являются двумя критически важными факторами, обеспечивающими долгосрочную надежность.

Стратегии теплового управления: Основной процессор ADAS и блоки обработки нейронных сетей печатной платы NPU генерируют значительное тепло во время высокоскоростных вычислений. Если тепло не может быть рассеяно своевременно, чрезмерные температуры чипов могут привести к троттлингу или даже необратимому повреждению. Эффективные стратегии теплового управления включают:

• Термические переходные отверстия: Плотно расположенные термические переходные отверстия под контактными площадками чипов для быстрого отвода тепла к внутренним или нижним слоям печатной платы, где расположены большие медные плоскости.
• Технология толстой меди: Использование технологии печатных плат с толстой медью для увеличения толщины меди слоев питания и заземления, что не только поддерживает более высокие токовые нагрузки, но и служит отличной плоскостью для рассеивания тепла.
• Металлические сердечники подложек: Для конструкций с чрезвычайно высокой плотностью мощности могут использоваться печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB), использующие превосходную теплопроводность алюминиевых или медных подложек для рассеивания тепла.

Проектирование целостности питания (PDN): Обеспечение стабильного и чистого питания для высокопроизводительных печатных плат процессоров ADAS является основополагающим для их правильной работы. Целью проектирования целостности питания является создание сети распределения питания с низким импедансом для чипов, подавление шумов питания и колебаний напряжения. Это достигается за счет правильного размещения развязывающих конденсаторов на печатной плате и оптимизированного дизайна плоскостей питания/заземления. Надежная PDN (Power Delivery Network) критически важна для предотвращения неожиданных сбросов системы или ошибок данных в сложных электромагнитных средах.

Салон автомобиля представляет собой сложную электромагнитную среду, где одновременно работают различные электронные устройства (двигатели, системы зажигания, модули беспроводной связи). Печатные платы L2 ADAS должны обладать отличной электромагнитной совместимостью (ЭМС), не становясь источником помех для других устройств и не подвергаясь воздействию внешних помех.

Проектирование ЭМС — это систематический процесс, который охватывает весь процесс проектирования печатных плат:

• Правильная конструкция стека слоев: Путем размещения высокоскоростных сигнальных слоев между слоями заземления или питания для формирования микрополосковых или полосковых структур можно эффективно подавлять электромагнитное излучение.
• Конструкция заземления: Полный низкоимпедансный слой заземления является основой проектирования ЭМС. Все заземления компонентов должны быть подключены к основному слою заземления как можно ближе, чтобы избежать больших контуров заземления.
• Фильтрация и экранирование: Соответствующие фильтрующие цепи (например, LC-фильтры, синфазные дроссели) должны использоваться на интерфейсах ввода/вывода, входах питания и чувствительных сигнальных трактах печатных плат Sensor Fusion для устранения шума. Для критически важных микросхем или модулей могут применяться металлические экраны для изоляции.

Инженерная команда HILPCB обладает обширным опытом в области автомобильного ЭМС-проектирования, помогая клиентам с оценкой рисков ЭМС начиная со стадии схемотехники и внедряя лучшие практики в компоновке и трассировке печатных плат, чтобы помочь продуктам пройти строгие автомобильные стандарты ЭМС, такие как CISPR 25.