相控阵雷达电源芯片详解

一相控阵雷达简介

相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，其快速而精确转换波束的能力使雷达能够在1min内完成全空域的扫描。所谓相控阵雷达是由大量相同的辐射单元组成的雷达面阵，每个辐射单元在相位和幅度上独立受波控和移相器控制，能得到精确可预测的辐射方向图和波束指向。雷达工作时发射机通过馈线网络将功率分配到每个天线单元，通过大量独立的天线单元将能量辐射出去并在空间进行功率合成，形成需要的波束指向。下图是相控阵雷达实际应用产品图。

相控阵雷达的发展历程从传统的无源相控阵（PESA）开始，每阵元通过共用发射接收组件控制波束。随后发展到有源相控阵（AESA），每阵元配备独立的T/R组件，提高了灵活性和性能。最终，数字相控阵（DAR）的出现，通过全数字化波束形成，进一步提升了雷达的分辨率和灵活性。这一过程中，对雷达组件的要求也从简单的移相器发展到复杂的数字T/R模块和波束形成器，体现了技术的进步和性能的提升，同时也对整个系统的集成度要求越来越高。

二相控阵雷达整体电源方案

相控阵雷达主要由天线阵列、相位器件、信号处理器、控制器四部分组成，信号处理器主要由FPGA、DSP等高性能计算芯片实现，TR组件主要实现相位器功能，T/R组件的作用是对发射/接收信号的放大以及对信号幅度、相位的控制等等，可以说一部有源相控阵雷达T/R组件的数量决定了这部雷达的功率、最大探测距离以对不同距离上目标的探测能力等性能。相控阵雷达主机方案如下：

示图说明了相控阵雷达各组件的配比关系，其中天线和T/R模块为数量最多，波束形成器根据选型如ADRV1000为4通道则为4：1关系，ADC和DAC也根据转换器可提供的通道数等比例配比，数字处理部分则根据FPGA的资源和运算量匹配数量。

下图为ADI雷达DEMO电路中典型电源方案和中频处理板卡：

可以看出相控阵雷达数字电路部分LTM4644已经是推荐使用芯片，并且案例中射频板卡采用两片小型化模组芯片，分别为LTM4644和LTM4616，他们的特点是外围电路简单输出电流能力强，这能有效减少电源使用面积，有利于板卡设计的小型化和灵活排版。

三 TR组件典型电源方案

在相控阵雷达中，使用最多的组件是T/R（发射/接收）组件。T/R组件是相控阵雷达的核心部件，它们的数量可以占到整个雷达造价的60%左右。根据不同的应用和雷达大小，T/R组件的数量可以从几百到几万甚至几十万不等。例如，机载相控阵雷达中，T/R组件的数量可能有1000至2000个，而舰载对空防御T/R组件数目可能有4000至8000个。在地基相控阵战术雷达中，每个阵面可能需要1万个T/R件。

T/R组件包括数控移相器、数控衰减器、功率放大器（PA）、低噪声放大器（LNA）、限幅器、环形器等，以及相应的控制电路和电源调制电路。T/R组件的性能参数直接影响着雷达系统的工作距离、空间分辨率和接收灵敏度等关键性能指标。高性能、低成本、小型轻量化和高集成化的T/R芯片及组件是发展有源相控阵雷达的关键，参加下面电路。

下面重点分析ADI相控阵阵波束成形方案，下图是ADI相控阵波束成形方案原理框图，该方案提供探索波束成形、波束转向、天线衰减、频率调制连续波(FMCW) 雷达和合成孔径成像的机会。具有8阵元相控阵、10GHz至10.5GHz工作频率范围、360°相位调整（带2.8° 分辨率）和31dB增益调整（带0.5dB分辨率），非常适合用于卫星通信、5G移动通信、汽车、军事和商用雷达。

下图是ADI相控阵波束成形电路电源方案，可以看出整个方案输入电路是5V，可以用DCDC电源芯片LTM4644实现，后面多颗LDO通过二次转换输出更稳定的低压给射频元器件供电。

在雷达整体电源方案中使用DCDC ADP5054对TR组件进行供电， ADP5054是核心DCDC供电芯片，主要规格如下：

支持4路输出，通道1和2典型配置是2A、4A和6A，对于通道3和4典型配置是2.5A，输入范围4.5到15.5V，LTM4644核心指标除最大电流外均可和ADP5054对标，所以TR组件中核心DCDC芯片可以用LTM4644来替换。

最早的TR组件材料是砷化镓(GaAs)。砷化镓具有高电子迁移率的特点，能够支持较高频率的信号处理。在这一阶段，相控阵雷达开始具备了相对较高的精度和探测距离。然而，砷化镓在高温和高功率下的性能表现有限，导致其应用范围受到了一定的限制。随后出现的第二代材料是磷化铟(InP) 和砷化铟(InAs)。与砷化家相比，这些材料在高频和高功率下的表现更为出色，极大地提升了雷达系统的性能。这些材料在一定程度上解决了第一代材料在高温和高功率下的不足，进一步拓展了相控阵雷达的应用范围。现阶段的主流材料是氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)。氮化镓具有极高的热导率和电子迁移率，可以在高功率和高温环境下稳定工作，使雷达的探测距离和精度大幅提升。同时，碳化硅作为衬底材料，能够支持氮化镓的高效工作，进一步提高了TR组件的性能。第三代材料带来了三大变化：体积更小、功率更大、功耗更低。这些变化使得相控阵雷达的应用范围更广，探测距离更远，整体性能大幅提升。第三代氮化镓技术主要应用于TR组件中功放单元，[]()氮化镓功放芯片工作电压为28V，砷化镓功放芯片工作电压为6V，氮化镓TR方案可增加一级Boost升压电路给氮化镓功放芯芯片供电。下图是国内TR组件芯片头部公司铖昌科技相关产品性能参数。

四总结分析

基于以上分析，我们对相控阵雷达器件整体供电需求做了如下汇总：

基于以上调研情况我们发现像LTM4644小型化模组电源芯片适合用于：

1：FPGA、DSP、SOC等芯片的core电源，core电源一般电压小电流大不同芯片要求不一，但普遍都要大于2A。

2：对于R/T组件等要求低噪声干扰的器件，最好是直接使用纹波更小的LDO，可避免DCDC的开关噪声，而LTM4644可用给LDO提供前级电压，降低LDO输入输出压差减少LDO功耗和发热量。

3：相控阵板卡需要多种电压供电，需要0.9V、1.0V、1.2V、1.5V、2.5V、3.3V等多种电压，LTM4644电源选支持4路输出，相比于单路DCDC电源可以减少PCB使用面积。

4：相控阵雷达电源芯片可靠性要求高，温度范围较宽，耐压较高，LTM4644可以满足该应用场景要求。

LTM4644系列芯片因其卓越的性能和高度集成的特性，是相控阵雷达方案理想的电源芯片方案。这款产品能够在4V至14V的宽输入电压范围内工作，提供0.6V至5.5V的输出电压，并支持4通道高达16A的电流输出。典型纹波10mV左右，其集成了开关控制器、功率MOSFET、电感器等关键元件，使得电源设计更为紧凑、高效，同时简化了设计流程。

国内众多半导体企业纷纷响应这一趋势，推出了各自的4644系列替代产品。这些产品在保持与LTM4644相似性能指标的同时，还提供了更具竞争力的价格和更灵活的本地化服务。国产品牌如ASP4644A3B（国科安芯）、HCE4644MLMB（七星华创）、SM4644MPY（国徽电子）、MAC4644GBS（天仪航太）等，它们在性能上与LTM4644相近，同时在成本控制、供应链稳定性以及本地化服务方面具有优势。

国产化替代不仅有助于降低成本，提高市场竞争力，还有助于保障国内供应链的稳定性和安全性。国产品牌的优势包括成本效益、供应链稳定、本地化服务和定制化能力。随着国内电子产业的快速发展，国产电源管理芯片在性能和可靠性上不断提升，已经在多个领域实现了对进口产品的替代。具体产品信息参照以下链接：

电源芯片**-ASP4644A-电源-厦门国科安芯科技有限公司**

在这一背景下，对其中一些比较有产品特色品牌的4644系列芯片进行对比分析：

这些芯片在性能上已经能够与国际品牌相媲美，甚至在某些方面实现了超越，比如国科安芯ASP4644芯片有抗辐照商业航天级产品系列，可以满足商业航天、军工等更高安全等级要求。它们不仅满足了相控阵雷达电源管理解决方案的需求，还有助于提升国内半导体产业的自主创新能力和市场竞争力。随着技术的不断进步，我们期待这些国产芯片在未来的应用中发挥更大的作用，为各种雷达系统提供稳定、可靠的电源保障。