角雷达系统的3大电源设计挑战

发布时间：

2024-07-12

在过去的十年中，雷达传感器技术逐渐取代了传统的汽车感应手段。这种技术拥有诸多优点，如远距离探测能力、更高的分辨率和精确度。因此，它被广泛运用于驾驶安全功能、自动驾驶以及高级驾驶辅助系统中。雷达技术能够直接测量对向物体的距离和径向速度，且在阴晴雨雪等各类…

在过去的十年中，雷达传感器技术逐渐取代了传统的汽车感应手段。这种技术拥有诸多优点，如远距离探测能力、更高的分辨率和精确度。因此，它被广泛运用于驾驶安全功能、自动驾驶以及高级驾驶辅助系统中。

雷达技术能够直接测量对向物体的距离和径向速度，且在阴晴雨雪等各类天气状况下均不受干扰，这正好符合了新车碰撞测试 (NCAP) 的要求。随着汽车雷达市场的不断扩张，角雷达技术也得到了迅速发展。

角雷达安装在汽车前后四个角上，能够感应通过低带宽网络（例如控制器局域网灵活数据速率 (CAN-FD)）发送的输出物体数据，以便雷达直接处理。角雷达可辅助许多应用，包括自动变道和侧向来车辅助、盲点检测、防撞、行人检测和车距预警。

尽管雷达传感器技术具有众多优势，但是设计一个稳定可靠的角雷达系统仍然面临着不少挑战。其中，电源设计尤为关键，因为雷达传感器对噪声和纹波水平、供电能力以及散热有着特殊的要求，这些因素都可能影响到射频（RF）性能。

角雷达应用中存在着三大电源设计挑战

在设计智能角雷达系统时，电源的尺寸至关重要。较小的电源能够实现更高的功率密度和能效，这不仅为增加更多元件提供了空间，还增加了设计的灵活性。鉴于汽车前后四角的空间限制，智能角雷达应用对小型电源解决方案的需求日益增长。同时，减小电源尺寸在保持相同功率输出条件下，有助于降低整体系统的成本。

雷达传感器对低纹波和噪声有严格的要求。纹波水平会直接影响到电源输出的电压精度和噪声性能，进而影响系统的射频性能。虽然可以通过采用二级电感器-电容器 (LC) 滤波器或低噪声低压差线性稳压器 (LDO) 来减少噪声和纹波，但这些解决方案可能会导致电源尺寸增大、温度升高，以及成本增加。

电源的温度管理也是设计智能角雷达时必须考虑的因素。随着电源尺寸的减小，单位面积内的热量生成量也随之增加。高温可能会影响电源的稳定性和寿命。如果雷达芯片过热，其运行速度可能会下降，极端情况下，可能导致系统完全关闭。对于智能角雷达系统而言，高温问题尤为关键，因为它会干扰雷达检测对面物体的距离和径向速度的能力。

PMIC 如何帮助解决电源设计挑战

与分立式方案相比，采用电源管理集成电路 (PMIC) 可以通过缩小解决方案尺寸并简化电源架构来解决实现功率密度的挑战。集成了时序控制电路的 PMIC 可以帮助监控温度，并能满足车辆安全完整性等级的所有等级要求。

其中，一种方法是在雷达单片微波集成电路上使用 3 个低噪声降压转换器和 1 个 5V 升压转换器 PMIC。德州仪器 (TI) 器件是专为雷达传感器设计的小尺寸 PMIC。

LP87745-Q1 的直流/直流开关有助于降低整体成本、抑制噪声杂散、降低纹波幅度，并实现 17.6MHz 的开关频率 (fsw)。这具有两大主要优势：

无需在每个电源轨上都放置第二级 LC 滤波器。由于高 fsw大于雷达技术的中频，因此无需滤波器。

高 fsw 产生的纹波幅度更低，噪声杂散更少，因此更容易控制噪声水平。

由于无需增设外部 LC 滤波器和 LDO，LP87745-Q1 的热耗散更低，因此不会影响雷达芯片组的 RF 性能。LP87745-Q1 的温度水平可以管理电源的热耗散水平，从而保持了雷达芯片的完整性。

如图 1 所示，LP87745-Q1 支持为基于 CAN-FD 开发的雷达芯片组（例如 AWR2944）提供 1 个 5V 的电源轨。

图 1：LP87745-Q1 为适用于角雷达应用的 AWR2944 雷达芯片供电

结语

为了提升雷达技术的性能并确保行车安全，克服电源设计的难题显得尤为关键。德州仪器（TI）的LP87745-Q1芯片支持ASIL C级的功能安全标准，无需额外的电压监控器即可简化系统级功能安全需求的实现。LP87745-Q1的先进功能有助于克服角雷达的电源设计难题，并适用于前置雷达、车内雷达以及级联雷达的设计工作。

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