在過去的十年中,雷達傳感器技術逐漸取代了傳統的汽車感應手段。這種技術擁有諸多優點,如遠距離探測能力、更高的分辨率和精確度。因此,它被廣泛運用于駕駛安全功能、自動駕駛以及高級駕駛輔助系統中。

雷達技術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天氣狀況下均不受干擾,這正好符合了新車碰撞測試 (NCAP) 的要求。隨著汽車雷達市場的不斷擴張,角雷達技術也得到了迅速發展。
角雷達安裝在汽車前后四個角上,能夠感應通過低帶寬網絡(例如控制器局域網靈活數據速率 (CAN-FD))發送的輸出物體數據,以便雷達直接處理。角雷達可輔助許多應用,包括自動變道和側向來車輔助、盲點檢測、防撞、行人檢測和車距預警。
盡管雷達傳感器技術具有眾多優勢,但是設計一個穩定可靠的角雷達系統仍然面臨著不少挑戰。其中,電源設計尤為關鍵,因為雷達傳感器對噪聲和紋波水平、供電能力以及散熱有著特殊的要求,這些因素都可能影響到射頻(RF)性能。
角雷達應用中存在著三大電源設計挑戰
在設計智能角雷達系統時,電源的尺寸至關重要。較小的電源能夠實現更高的功率密度和能效,這不僅為增加更多元件提供了空間,還增加了設計的靈活性。鑒于汽車前后四角的空間限制,智能角雷達應用對小型電源解決方案的需求日益增長。同時,減小電源尺寸在保持相同功率輸出條件下,有助于降低整體系統的成本。
雷達傳感器對低紋波和噪聲有嚴格的要求。紋波水平會直接影響到電源輸出的電壓精度和噪聲性能,進而影響系統的射頻性能。雖然可以通過采用二級電感器-電容器 (LC) 濾波器或低噪聲低壓差線性穩壓器 (LDO) 來減少噪聲和紋波,但這些解決方案可能會導致電源尺寸增大、溫度升高,以及成本增加。
電源的溫度管理也是設計智能角雷達時必須考慮的因素。隨著電源尺寸的減小,單位面積內的熱量生成量也隨之增加。高溫可能會影響電源的穩定性和壽命。如果雷達芯片過熱,其運行速度可能會下降,極端情況下,可能導致系統完全關閉。對于智能角雷達系統而言,高溫問題尤為關鍵,因為它會干擾雷達檢測對面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) 可以通過縮小解決方案尺寸并簡化電源架構來解決實現功率密度的挑戰。集成了時序控制電路的 PMIC 可以幫助監控溫度,并能滿足車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 個低噪聲降壓轉換器和 1 個 5V 升壓轉換器 PMIC。德州儀器 (TI) 器件是專為雷達傳感器設計的小尺寸 PMIC。
LP87745-Q1 的直流/直流開關有助于降低整體成本、抑制噪聲雜散、降低紋波幅度,并實現 17.6MHz 的開關頻率 (fsw)。這具有兩大主要優勢:
無需在每個電源軌上都放置第二級 LC 濾波器。由于高 fsw大于雷達技術的中頻,因此無需濾波器。
高 fsw 產生的紋波幅度更低,噪聲雜散更少,因此更容易控制噪聲水平。
由于無需增設外部 LC 濾波器和 LDO,LP87745-Q1 的熱耗散更低,因此不會影響雷達芯片組的 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 開發的雷達芯片組(例如 AWR2944)提供 1 個 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
為了提升雷達技術的性能并確保行車安全,克服電源設計的難題顯得尤為關鍵。德州儀器(TI)的LP87745-Q1芯片支持ASIL C級的功能安全標準,無需額外的電壓監控器即可簡化系統級功能安全需求的實現。LP87745-Q1的先進功能有助于克服角雷達的電源設計難題,并適用于前置雷達、車內雷達以及級聯雷達的設計工作。