关于TI毫米波雷达芯片(IWR6843)电源替代方案的探讨

背景:

2021年下半年以来,由于疫情、芯片产能和市场囤积等各方面因素影响,我们使用的一款电源芯片买不到现货了(现货价格400元/片, 原价17元/片),下次供货期约为2025年,故需要寻找一款国产替代方案。

1. IWR6843芯片供电部分分析

IWR6843芯片作为射频+信号处理一体化方案,供电要求也比较复杂,总共需要4路不同电压的电源,具体要求如下表格所示(来源于IWR6843芯片手册第5.5、5.6节):

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在当前的方案中,我们选择的是1.8V、1.0V、3.3V和1.2V方案,在雷达应用的电源设计中,需要注意的就是 RF 电源轨、1.8V 模拟电源轨都对电源纹波、电源噪声比较敏感, 这两路电源轨是给 PLL、模拟基带、ADC、频率综合器、功率放大器、低噪声放大器等模拟器件供电的,在设计中 需要注意电源噪声的抑制,3.3V和1.2V为数字电路电源,不要求低纹波。

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上图显示了各路电源可能输入的最大电流,总结如下:

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原有的电源芯片LP87524J是TI专门为AWR/IWR雷达设计的一款PMIC,使用单芯片即可完成对雷达的供电,这款芯片可以通过IIC接口对输出进行配置,但是其默认配置刚好满足IWR6843的电源需求,所以上电不需要配置,PMIC就可以正常工作,TI人员给出的单PMIC的理由是:

  1. 更高的开关频率(4MHz)更好,因为我们在中频带宽内看到更少的开关谐波。而且更容易滤除频率较高的谐波数较少。
  2. 更高的开关频率允许在设计中使用更小的尺寸和更低的无源组件值,允许更小的尺寸和更低的成本选择。
  3. 传感器需要4个电源,因此建议所有电源同步。如果4种不同的电源有4种不同的开关频率,由于设备对设备的变化和温度变化,频率漂移不同,那么就会产生难以抑制的多个开关频率谐波。
  4. 一些TPS部件在低负载电流下切换到非常低的开关频率(主要是为了在低负载电流下提高效率),这导致更高的纹波和更多的开关频率谐波,这对射频性能有害。在PMIC中,我们使用强制PWM模式选项在恒定频率切换。
  5. 单片多dcdc,解决方案紧凑,BOM数少,PCB面积小。

TI也给了一份外设设计参考:TI mmWave Radar sensor 硬件外设设计参考

针对电源方案,比较了LDO和LC滤波对信号的影响:XWR1xxx Power Management Optimizations – Low Cost LC Filter Solution

结论是:最好使用LDO,信噪比差距2dB左右。

2. ADI/TI其他芯片替代

ADI(凌力尔特)的数款PMIC可以满足我们的需求,但是也不好买,基本上是缺货的。

选用ADI替代是次选。

3. 国产电源芯片替代

国产电源芯片有很多,主要公司见:知乎的文章,但是我找到的能够提供多输出DC-DC的厂家就只有:矽力杰深圳芯智汇科技有限公司。我们在两家公司各选取了一款初步符合要求的PMIC,详细如下。

3.1 矽力杰SY8600C

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详细的技术手册在:[DS_SY8600C.pdf](file:///F:/Synology/SynologyDrive/2-papers/3-数据手册们/DS_SY8600C.pdf),深圳代理商拿货约3元/片

3.2 X-Powers AXP216

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技术手册:AXP216,淘宝约15元/片,这款芯片通道数超过了我们的需求,芯片面积也大一些。

结论:

优选SY8600

4. LDO or LC

TI设计手册给了两种电源构型:

  1. PMIC输出接LDO到RF-1V和1.8V
  2. PMIC输出接LC滤波器到RF-1V和1.8V

这两种不同的构型对信噪比的影响如下:

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现在的困难在于:

  1. 如果选用构型1:TI/ADI符合要求(1V,1A输出)的LDO芯片缺货,国产LDO输出电流不够,上述的PMIC输出电流可能不够,需要上更大电流的DC-DC,另一方面,TI推荐的LDO芯片是TPS7A53-Q1,这款芯片的噪声仅为4.4uVrms,能达到这种噪声水平的芯片凤毛麟角。
  2. 如果选用构型2:会影响信噪比,不能保证出来的效果跟以前一样。

5. 初步结论

尝试PMIC+LDO方案和多路DC-DC+LDO方案,分别打板验证。

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