解決角雷達(dá)系統(tǒng)的 3 大電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

在過(guò)去十年內(nèi)，雷達(dá)傳感技術(shù)開(kāi)始逐步替代傳統(tǒng)的汽車傳感方式。雷達(dá)傳感技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，例如可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離檢測(cè)，具有更高的分辨率和精度。因此，雷達(dá)傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于駕駛安全功能、自動(dòng)駕駛和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)。

雷達(dá)技術(shù)能夠直接測(cè)量對(duì)向物體的距離和徑向速度，且在陰晴雨雪等各類天氣狀況下均不受干擾，這正好符合了新車碰撞測(cè)試 (NCAP) 的要求。隨著汽車?yán)走_(dá)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)張，角雷達(dá)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。

角雷達(dá)安裝在汽車前后四個(gè)角上，能夠感應(yīng)通過(guò)低帶寬網(wǎng)絡(luò)（例如控制器局域網(wǎng)靈活數(shù)據(jù)速率 (CAN-FD)）發(fā)送的輸出物體數(shù)據(jù)，以便雷達(dá)直接處理。角雷達(dá)可輔助許多應(yīng)用，包括自動(dòng)變道和側(cè)向來(lái)車輔助、盲點(diǎn)檢測(cè)、防撞、行人檢測(cè)和車距預(yù)警。

然而，設(shè)計(jì)一款可靠的角雷達(dá)應(yīng)用頗具挑戰(zhàn)性，特別是在電源設(shè)計(jì)，因?yàn)槔走_(dá)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(dá)應(yīng)用中存在著三大電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：

·       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(shè)計(jì)中能夠增加更多的元件，并帶來(lái)額外的靈活性。由于汽車前后四角的空間有限，智能角雷達(dá)應(yīng)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(tǒng)成本。

·       雷達(dá)傳感器的低紋波和噪聲規(guī)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(tǒng)整體的射頻性能。雖然可以使用第二級(jí)電感器-電容器 (LC) 濾波器或者低噪聲低壓差穩(wěn)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(dǎo)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。隨著雷達(dá)電源尺寸越來(lái)越小，單位面積內(nèi)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(dá)芯片過(guò)熱，其運(yùn)行速度會(huì)減慢，嚴(yán)重時(shí)，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)關(guān)機(jī)。對(duì)于智能角雷達(dá)來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題更為重要。高溫會(huì)影響雷達(dá)檢測(cè)對(duì)向物體的距離和徑向速度的能力。

PMIC 如何幫助解決電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn) 

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(gòu)來(lái)解決實(shí)現(xiàn)功率密度的挑戰(zhàn)。集成了時(shí)序控制電路的 PMIC 可以幫助監(jiān)控溫度，并能滿足車輛安全完整性等級(jí)的所有等級(jí)要求。

其中，一種方法是在雷達(dá)單片微波集成電路上使用 3 個(gè)低噪聲降壓轉(zhuǎn)換器和 1 個(gè) 5V 升壓轉(zhuǎn)換器 PMIC。德州儀器 (TI) LP87745-Q1 器件是專為雷達(dá)傳感器設(shè)計(jì)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(xiàn) 17.6MHz 的開(kāi)關(guān)頻率 (f_sw)。這具有兩大主要優(yōu)勢(shì)：

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

·       高 f_sw 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(shè)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(dá)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(dá)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(dá)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(dá)應(yīng)用的 AWR2944 雷達(dá)芯片供電

結(jié)語(yǔ)

為了提高雷達(dá)應(yīng)用的性能以及維護(hù)司乘安全，解決電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)至關(guān)重要。TI LP87745-Q1 器件可支持 ASIL C 級(jí)功能安全系統(tǒng)，無(wú)需增設(shè)電壓監(jiān)測(cè)器，即可更輕松地滿足系統(tǒng)級(jí)的功能安全要求。LP87745-Q1 的新功能可有助于解決角雷達(dá)的電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并能夠用于前置雷達(dá)、艙內(nèi)雷達(dá)和級(jí)聯(lián)雷達(dá)的設(shè)計(jì)。

其他資源 

·       閱讀技術(shù)文章“ADAS工程師需了解的新NCAP雷達(dá)要求”。

·       下載 LP87745-Q1 數(shù)據(jù)表。