機器人、液位檢測、人數(shù)統(tǒng)計、自動門/閘和交通監(jiān)控等應用多年來一直使用無源紅外 (PIR) 傳感器和激光來執(zhí)行物體的遙感和距離測量。然而，隨著對精度的要求越來越高，以及針對照明不足、惡劣天氣條件和極端溫度等環(huán)境影響的高耐用性和恢復力的需求增加，向毫米波 (mmWave) 雷達技術的轉(zhuǎn)變預計會走得更遠。

毫米波技術具有極高的分辨率、更好的校準和監(jiān)測能力以及高度線性的信號生成，使其適用于射頻（RF）的高精度傳感。通過這些優(yōu)勢，即使在叉車和無人機等需要智能安全的應用中的其他方法可能阻礙能見度的情況下，也可以檢測到物體。您還可以增強傳感性能，以提高智能路燈和周邊安全的能力。

對于工業(yè)自動化領域的自動導引車 (AGV) 和協(xié)作機器人 (cobots)，毫米波技術實現(xiàn)了高精度，以及 AGV 與其他物體、協(xié)作機器人與人類之間的碰撞，它還通過防止接觸事故。

雷達電源解決方案無噪聲且散熱性能優(yōu)異，因此在高精度檢測遠處物體的距離、速度和角度，以及進行圖像處理和通信方面發(fā)揮著重要作用。

本文以 60-64GHz IWR6843 和 76-81GHz IWR1843 等毫米波雷達傳感器為例，介紹了各種工業(yè)雷達處理器的電源設計挑戰(zhàn)。..

首先，我們將討論最重要的電源規(guī)格以及滿足這些參數(shù)的最佳方式。

嚴格的紋波規(guī)格

紋波是開關穩(wěn)壓器的不良副作用之一，通常通過設計架構或輸出濾波器的選擇來抑制。紋波對輸出電壓精度和噪聲水平有直接影響。結果，系統(tǒng)的射頻性能下降。

雷達處理器的各種射頻軌容易受到電源紋波和噪聲的影響。這些電源軌為器件內(nèi)的各種模塊供電，例如鎖相環(huán)、基帶 A/D 轉(zhuǎn)換器、合成器等。IWR6843 和 IWR1843 處理器使用射頻軌（1V 和 1.8V），但在微伏 (μV) 單位中具有非常嚴格的紋波規(guī)格。通常的做法是在多個 RF 軌上使用低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器，重點是低噪聲，但 1A 以上的大電流 LDO 成本高昂，并且會導致系統(tǒng)發(fā)熱狀況不佳。..

建議使用具有高開關頻率的穩(wěn)壓器來滿足低紋波規(guī)格。因此，您可以在設計架構中選擇更小的無源元件（電感器、輸出電容器）來實現(xiàn)所需的紋波幅度。

圖 1 顯示了 TI 的 LP87702 的輸出紋波性能。該器件包含兩個降壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，可在 4MHz 的高頻下切換，并在不使用 LDO 的情況下滿足 IWR6843 RF 軌的紋波規(guī)范。LP87702 支持擴頻開關頻率調(diào)制模式，可進一步降低雜散幅度和電磁干擾 (EMI) 雜散開關頻率。

圖 1：“LP87702”的 1V 電壓軌紋波性能與“IWR6843”紋波規(guī)格的比較 -
使用“MPZ2012S101A”鐵氧體的電感器和電容器 (LC) 配置的低成本濾波器安裝在第二級上。

優(yōu)化的散熱特性

由于器件的小型化，印刷電路板單位面積的發(fā)熱量越來越大。毫米波雷達設計也不例外。熱管理也是小型雷達應用的優(yōu)先事項，例如自動割草機和塑料外殼的無人機，這不僅會隨著電路板溫度的升高而縮短毫米波傳感器的壽命，還會影響射頻性能。

導致雷達電源架構散熱的主要因素是大電流 LDO。該 LDO 會在系統(tǒng)中產(chǎn)生大量熱量（超過 1W），并且還會影響 RF 性能。此外，大電流 LDO 價格昂貴且需要散熱片，這會增加系統(tǒng)成本。通過在雷達系統(tǒng)中設計不使用 LDO 的電源架構，可以防止系統(tǒng)降低散熱性能，避免因外部元件而導致總成本增加和解決方案尺寸增加。

圖 2 顯示了 LP87702 的集成 PMIC（電源管理 IC）和外部 DC/DC 降壓穩(wěn)壓器如何為 IWR6843 或 IWR1483 處理器的所有 RF 軌供電。集成升壓電路的 5V 電源軌支持 AGV 和工業(yè)機器人通常需要的 CAN-FD（控制器局域網(wǎng)靈活數(shù)據(jù)速率）接口。

圖 2：“IWR6843”或“IWR1843”的電源框圖

使用兩個 IC 的解決方案分布熱點，通常無需外部散熱器，從而降低整體系統(tǒng)成本。集成的 4MHz 降壓轉(zhuǎn)換器（降壓 0 和降壓 1）消除了對大電流 LDO 的需求，提高了整體效率和熱性能，同時通過低成本 LC 濾波器滿足了 IWR6843 的噪聲性能。

LP87702 還具有過熱保護功能，通過對主機處理器設置中斷。

工業(yè)功能安全

各種工業(yè)功能安全標準變得比以往任何時候都更加重要。這是因為人類越來越多地使用自主機器人、工廠自動化環(huán)境中的安全掃描儀、自動行人門、工業(yè)門/大門等。這些系統(tǒng)需要檢測異常并做出相應反應。

TI 的 LP87702-Q1 雙降壓轉(zhuǎn)換器在芯片級滿足為 AGV 和工業(yè)機器人等終端產(chǎn)品指定的高達 SIL-2（安全完整性等級 2）的功能安全要求。LP87702-Q1 內(nèi)置兩個用于外部電源的電壓監(jiān)控輸入和一個窗口看門狗，這樣更容易降低系統(tǒng)復雜性，并且需要添加一個安全微控制器也將消失。通過芯片級認證，“LP87702-Q1”也有助于縮短開發(fā)周期。

SIL 的每個風險等級由稱為 IEC（國際電工委員會）61508 的國際標準定義，該標準保證包括協(xié)作機器人和人類在內(nèi)的自動化設備之間的協(xié)作安全運行。

概括

在為雷達處理器的 RF 軌供電時，可以使用各種 LDO 作為低噪聲選項。然而，LDO 的引入使過熱、SIL 合規(guī)性、系統(tǒng)設計考慮復雜化，并且需要額外的組件。作為替代方案，我們建議您考慮使用能夠改善散熱特性并使其更易于設計的 PMIC。