‌IWR2243毫米波雷达芯片技术解析与设计指南‌

Texas Instrument IWR2243单芯片FMCW收发器可在76GHz至81GHz的频段运行。该器件以极小的外形尺寸实现了前所未有的集成度。IWR2243是工业领域低功耗、自监控、超精确雷达系统的理想解决方案。

数据手册：*附件：Texas Instruments IWR2243单芯片FMCW收发器数据手册.pdf

IWR2243是一个独立的FMCW收发器单芯片解决方案，可简化雷达传感器的实施。它基于TI的低功耗45nm RFCMOS工艺构建，可在单片上实现包含内置ADC转换器和PLL的3TX、 4RX系统。简单的编程模型更改可以实现各种传感器应用，并且可以进行动态重新配置，以实现多模式传感器。 IWR2243设备支持多个设备级联连接。此功能增强了角分辨率，以满足高性能雷达传感器的开发。

特性

• FMCW收发器
  • 集成PLL、发射器、接收器、基带和ADC
  • 76GHz至81GHz工作频带，5GHz可用带宽
  • 四个接收通道
  • 三个发射通道
  • 基于小数N分频PLL的超精准线性调频脉冲引擎
  • 13dBm TX功率
  • RX噪声系数：13dB
  • 1MHz时的相位噪声
    • -96dBc/Hz (76 GHz 到 77 GHz)
    • -94dBc/Hz (77 GHz 到 81 GHz)
• 内置校准和自检
  • 内置固件 (ROM)
  • 在整个频率和温度范围内的自校准系统
• 主机接口
  • 通过SPI或I^2^C接口控制与外部处理器的连接
  • 通过MIPI D-PHY和 CSI2 v1.1实现与外部处理器的数据接口
  • 用于故障报告的中断
• 符合功能安全标准
  • 开发用于功能安全应用
  • 可帮助IEC 61508功能安全系统设计达到SIL 3的文档
  • 硬件完整性高达SIL-2
  • 安全相关认证
    • IEC 61508已通过TUV SUD认证，达到SIL 2
• IWR2243高级特性
  • 嵌入式自我监测，有限借助主机处理器
  • 复杂的基带架构
  • 可以级联多个器件，增加通道数
  • 嵌入式干扰检测能力
• 电源管理
  • 用于增强PSRR的内置LDO网络
  • I/O支持双电压3.3V/1.8V
• 时钟源
  • 支持40MHz外部驱动时钟（方波/正弦波）
  • 支持40MHz晶体连接（带负载电容器）
• 简单的硬件设计
  • 0.65mm脚距、161引脚10.4mm × 10.4mm覆晶法BGA封装，可实现易于组装和低成本的PCB设计
  • 较小的解决方案尺寸
• 结温范围： -40°C至105°C

功能框图

‌IWR2243毫米波雷达芯片技术解析与设计指南‌

一、核心特性

• ‌多版本支持‌：包含ES1.0/ES1.1两种硅版本，生产级器件以"IWR2x"前缀标识
• ‌射频性能‌：支持76-81GHz频段，集成3TX/4RX通道，相位控制精度达±3°（TX2/TX1组合）
• ‌智能诊断‌：内置DCC双时钟比较器、模拟/数字温度传感器及辐射监测功能

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二、关键设计异常与解决方案

2.1 射频子系统问题

1. ‌ 多普勒杂散（ANA#08A） ‌
   • ‌现象‌：当FMCW斜坡频率接近76.8-81GHz特定点时，会产生耦合杂散
   • ‌解决措施‌：启用频率抖动功能，或采用大于100MHz的扫频带宽
2. ‌ 谐波干扰（ANA#12） ‌
   • ‌影响‌：接收端二阶谐波（HD2）可达-55dBc
   • ‌设计建议‌：通过双反射目标识别区分真实谐波与虚像

2.2 校准与温度特性

‌问题编号‌	‌影响范围‌	‌优化方案‌
ANA#11	外部干扰导致校准误差	生产环节保存校准参数，运行时采用OLPC模式
ANA#13	TX3/TX1相位温漂±6°	增加背景角度校准算法
ANA#27	数字温度传感器误差偏大	优先使用TX/RX模拟温度传感器数据

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三、硬件设计要点

1. ‌时钟系统设计‌
   • 避免使用10/12.5/20/25Msps采样率（ANA#18A）
   • 级联应用中20GHz同步信号走线延迟需<1ns（ANA#28）
2. ‌EMI抑制措施‌
   • 在非天线区域添加金属屏蔽罩（抑制14.4/28.8GHz辐射）
   • LVDS/CSI接口数据模式需启用随机抖动（ANA#25）
3. ‌散热设计‌
   • 建议监测模拟温度传感器（TX/RX）而非数字传感器
   • 封装底部需设计4×4阵列导热孔（0.3mm孔径）