電源管理: 解決角雷達系統的 3 大電源設計挑戰

在過(guò)去十年內，雷達傳感技術(shù)開(kāi)始逐步替代傳統的汽車(chē)傳感方式。雷達傳感技術(shù)具有多項優(yōu)勢，例如可以進(jìn)行遠距離檢測，具有更高的分辨率和精度。因此，雷達傳感技術(shù)被廣泛應用于駕駛安全功能、自動(dòng)駕駛和高級駕駛輔助系統。

雷達技術(shù)能夠直接測量對向物體的距離和徑向速度，且在陰晴雨雪等各類(lèi)天氣狀況下均不受干擾，這正好符合了新車(chē)碰撞測試 (NCAP) 的要求。隨著(zhù)汽車(chē)雷達市場(chǎng)的不斷擴張，角雷達技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。

角雷達安裝在汽車(chē)前后四個(gè)角上，能夠感應通過(guò)低帶寬網(wǎng)絡(luò )（例如控制器局域網(wǎng)靈活數據速率 (CAN-FD)）發(fā)送的輸出物體數據，以便雷達直接處理。角雷達可輔助許多應用，包括自動(dòng)變道和側向來(lái)車(chē)輔助、盲點(diǎn)檢測、防撞、行人檢測和車(chē)距預警。

然而，設計一款可靠的角雷達應用頗具挑戰性，特別是在電源設計，因為雷達傳感器通常需要特定的噪聲和紋波水平、供電能力和散熱來(lái)避免影響射頻 (RF) 性能。

目前，角雷達應用中存在著(zhù)三大電源設計挑戰：

• 電源的尺寸。尺寸越小的電源可以提供更高的功率密度和能效，這樣在設計中能夠增加更多的元件，并帶來(lái)額外的靈活性。由于汽車(chē)前后四角的空間有限，智能角雷達應用需要更小的電源解決方案尺寸。此外，縮小電源尺寸在保證相同功率的同時(shí)，還能降低整體系統成本。

• 雷達傳感器的低紋波和噪聲規格。紋波直接影響了電源的輸出電壓精度和噪聲水平，繼而影響系統整體的射頻性能。雖然可以使用第二級電感器-電容器 (LC) 濾波器或者低噪聲低壓差穩壓器 (LDO) 來(lái)抑制噪聲雜散和紋波，但是使用這些元件通常會(huì )導致電源尺寸過(guò)大、溫度過(guò)高，以及整體成本增加。

• 電源的溫度。隨著(zhù)雷達電源尺寸越來(lái)越小，單位面積內產(chǎn)生的熱量會(huì )越來(lái)越高，而高溫會(huì )影響電源的完整性和使用壽命。如果雷達芯片過(guò)熱，其運行速度會(huì )減慢，嚴重時(shí)，甚至可能導致整個(gè)系統關(guān)機。對于智能角雷達來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題更為重要。高溫會(huì )影響雷達檢測對向物體的距離和徑向速度的能力。

PMIC 如何幫助解決電源設計挑戰

與分立式方案相比，采用電源管理集成電路 (PMIC) 可以通過(guò)縮小解決方案尺寸并簡(jiǎn)化電源架構來(lái)解決實(shí)現功率密度的挑戰。集成了時(shí)序控制電路的 PMIC 可以幫助監控溫度，并能滿(mǎn)足車(chē)輛安全完整性等級的所有等級要求。

其中，一種方法是在雷達單片微波集成電路上使用 3 個(gè)低噪聲降壓轉換器和 1 個(gè) 5V 升壓轉換器 PMIC。德州儀器 (TI) LP87745-Q1 器件是專(zhuān)為雷達傳感器設計的小尺寸 PMIC。

LP87745-Q1 的直流/直流開(kāi)關(guān)有助于降低整體成本、抑制噪聲雜散、降低紋波幅度，并實(shí)現 17.6MHz 的開(kāi)關(guān)頻率 (fsw)。這具有兩大主要優(yōu)勢：

• 無(wú)需在每個(gè)電源軌上都放置第二級 LC 濾波器。由于高 fsw大于雷達技術(shù)的中頻，因此無(wú)需濾波器。

• 高 fsw 產(chǎn)生的紋波幅度更低，噪聲雜散更少，因此更容易控制噪聲水平。

由于無(wú)需增設外部 LC 濾波器和 LDO，LP87745-Q1 的熱耗散更低，因此不會(huì )影響雷達芯片組的 RF 性能。LP87745-Q1 的溫度水平可以管理電源的熱耗散水平，從而保持了雷達芯片的完整性。

 如圖 1 所示，LP87745-Q1 支持為基于 CAN-FD 開(kāi)發(fā)的雷達芯片組（例如 AWR2944）提供 1 個(gè) 5V 的電源軌。

圖 1：LP87745-Q1 為適用于角雷達應用的 AWR2944 雷達芯片供電 

結語(yǔ)

為了提高雷達應用的性能以及維護司乘安全，解決電源設計挑戰至關(guān)重要。TI LP87745-Q1 器件可支持 ASIL C 級功能安全系統，無(wú)需增設電壓監測器，即可更輕松地滿(mǎn)足系統級的功能安全要求。LP87745-Q1 的新功能可有助于解決角雷達的電源設計挑戰，并能夠用于前置雷達、艙內雷達和級聯(lián)雷達的設計。