Come affrontare 3 sfide nella progettazione di alimentatori per sistemi radar angolari

Autori: Philip Homsombat, Product Marketing Engineer, Power Management Integrated Circuit at Texas Instruments e Abby Kainer, Product Marketing Engineer, Power Management Integrated Circuit

Nel corso dell’ultimo decennio, le tecnologie di rilevamento radar hanno iniziato a sostituire le tradizionali modalità di rilevamento automotive per via dei loro numerosi vantaggi, tra cui il rilevamento a lungo raggio, la risoluzione più elevata e la maggiore accuratezza, al fine di implementare le funzioni di sicurezza per il conducente, i sistemi di guida autonoma e i sistemi di assistenza al conducente.

La tecnologia radar misura direttamente la distanza della velocità radiale degli oggetti in avvicinamento in qualsiasi condizione meteorologica, compresa la forte pioggia, la neve e la luce solare intensa, rendendola quindi una tecnologia valida per soddisfare i requisiti NCAP (New Car Assessment Program). Come risultato della crescita del mercato dei radar automotive, la tecnologia per radar angolari ha conosciuto un rapido sviluppo.

I radar angolari, posti dei due angoli anteriori e nei due angoli posteriori di un veicolo, rilevano i dati di output degli oggetti trasmessi su reti a bassa larghezza di banda, come il CAN-FD (Controller Area Network-Flexible Data Rate) in modo che il radar possa elaborarli direttamente. I radar angolari sono utili in applicazioni come l’assistenza per il cambio di corsia e per l’avvicinamento trasversale dei veicoli, per la prevenzione delle collisioni, per il rilevamento dei pedoni e per gli avvisi di distanza.

La progettazione di un’applicazione affidabile per radar angolare può tuttavia risultare complessa, in particolare a livello di progettazione dell’alimentatore, in quanto i sensori radar richiedono solitamente livelli specifici in materia di rumore e ondulazione, funzionalità di potenza e dissipazione termica per evitare di impattare sulle prestazioni in radiofrequenza (RF).

Dal nostro punto di vista, sono tre le sfide poste dalla progettazione di alimentatori in applicazioni per radar angolare:

• Le dimensioni dell’alimentatore. Un alimentatore di dimensioni fisiche inferiori offre una maggiore densità di potenza ed efficienza, portando con sé ulteriore flessibilità per raggiungere più componenti al progetto. Le applicazioni intelligenti per radar angolare necessitano di una soluzione di minori dimensioni per via del limitato spazio disponibile negli angoli di un veicolo. Un alimentatore di minori dimensioni riduce inoltre i costi complessivi del sistema, erogando comunque la stessa quantità di potenza.
• Le specifiche di bassa ondulazione e basso rumore dei sensori radar. L’ondulazione impatta direttamente sull’accuratezza della tensione di uscita e sul livello di rumore dell’alimentatore, che a sua volta incide sulla RF complessiva del sistema. È possibile utilizzare filtri induttore-condensatore (LC) per il secondo stadio oppure regolatori a basso dropout (LDO) a basso rumore per contribuire a sopprimere le spurie di rumore e l’ondulazione, ma questi componenti vanno solitamente a compromettere le dimensioni, la temperatura e il costo complessivo dell’alimentatore.
• La temperatura dell’alimentatore. Al ridursi delle dimensioni degli alimentatori per i radar, il calore generato per superficie unitaria aumenta. Temperature elevate possono compromettere l’integrità e la durata dell’alimentatore. In caso di surriscaldamento del chip del radar, la sua velocità di funzionamento può ridursi o, in casi estremi, causare lo spegnimento dell’intero sistema. In particolare, nel caso dei radar angolari intelligenti, le temperature elevate vanno a compromettere la capacità del radar di misurare la distanza e la velocità radiale degli oggetti in avvicinamento.

Come un PMIC può contribuire a superare le sfide poste dagli alimentatori

I circuiti integrati di gestione della potenza (PMIC, power-management integrated circuits) permettono di affrontare la sfida posta dal conseguimento di una maggiore densità di potenza con ridotte dimensioni della soluzione e semplificazione dell’architettura di potenza, nel confronto con una implementazione discreta. I PMIC dotati di sequenziamento integrato possono aiutare a monitorare i livelli di temperatura e sono conformi a tutti gli Automotive Safety Integrity Level.

Uno degli approcci adottabili consiste nell’utilizzare una combinazione di tre convertitori buck a basso rumore e un PMIC convertitore boost a 5 V per circuiti integrati a microonde monolitici per radar. Il LP87745-Q1 è un PMIC di piccole dimensioni progettato per sensori radar.

La commutazione CC/CC del LP87745-Q1 contribuisce a ridurre il costo complessivo, riduce le spurie di rumore e l’ampiezza di ondulazione, e rende possibile una frequenza di commutazione (fsw) di 17,6 MHz, che porta con sé due vantaggi principali:

È possibile eliminare il filtro LC al secondo stadio su ciascun rail di alimentazione. Poiché la fsw elevata è maggiore della frequenza intermedia della tecnologia radar, i filtri non sono necessari.

Una fsw elevata crea una minore ampiezza di ondulazione e riduce le spurie di rumore, agevolando inoltre il controllo dei livelli di rumore.

Eliminando i filtri LC e gli LDO esterni, il LP87745-Q1 presenta livelli inferiori di dissipazione termica che non vanno a incidere sulle prestazioni RF del chipset radar. I livelli di temperatura del LP87745-Q1 permettono di gestire i livelli di dissipazione termica dell’alimentatore, preservando l’integrità del chip radar.

Come mostrato in Figura 1, il LP87745-Q1 supporta un rail a 5 V per chipset radar basati su CAN‑FD come l’AWR2944.

Figura 1: Il LP87745-Q1 che alimenta il chip radar AWR2944 per applicazioni con radar angolare

Conclusione

È importante affrontare le sfide poste dagli alimentatori per ottenere l’applicazione radar più efficiente possibile e per proteggere conducenti e passeggeri. Il LP87745-Q1 contribuisce a supportare i sistemi di sicurezza funzionale ASIL C: l’eliminazione di ulteriori monitor di tensione rende più facile soddisfare i requisiti di sicurezza funzionale a livello di sistema. Le nuove funzionalità del LP87745-Q1 contribuiscono a superare le sfide di progettazione degli alimentatori per radar angolari, con la possibilità di utilizzarli in progetti per radar frontali, all’interno dell’abitacolo e in cascata.

Risorse supplementari

Leggete l’articolo tecnico «Cosa devono sapere gli ingegneri ADAS sui nuovi requisiti NCAP per il radar».

Scaricate la scheda tecnica del LP87745-Q1.