uPC1677射频信号放大芯片
01前言
在全国大学生智能车竞赛2020年的信标组比赛中,所使用的 新版信标的信号板调试 中有调频无线信号。该信号的用于智能车模的跟踪和解调Chirp声音信号使用。但是,为了缩小信标的体积,无法使用大型的外部天线,使得天线的发送效率降低,因此,需要在其中增加射频信号放大部分。
在《 高频电路设计与制作 》中2.3节提到使用日本电器(株式会社)提供的高频宽带放大器IC:μPC1677C\mu PC1677CμPC1677C工作在5V电压下,可提供1.8GHz(-3dB)带宽下的19.5dBM的功率输出,24dB的增益。
下面就购买到 UPC1677 芯片做一些基础测试,为是否能够将其应用到信标组中的射频放大电路做准备。
02芯片基本资料
在 AllDataSheet 网站查到UPC1677 数据手册 其中给出了uPC1677的基本特性。
1.基本特性
通过UPC1677的增益频谱特性曲线可以框架,它具有很宽,很平坦
的带宽。在500MHz具24dB(Gain =15.85)的功率增益。
▲ uPC1677幅频特性和内部结构示意图
2.基本应用电路
下面的电路图是在UPC1677B给定的数据手册中鬼剑的电路图参数。其中表明了相关的外部管脚的定义。但是通过实际测量发现 信标的2,3,4,6,7管脚是相连的
。这与下图中给定的定义 不相符合
。
▲ UPC1677管脚定义以及典型应用电路
03基本测试
1.基本电路测量
将Pin8接入5V,Pin7接入0V,使用5.6uH的电感将Pin5接入到+5V。测试此时基本电路参数:
- 工作电流67mA;
- Pin1(输入管脚)电压1.27V;Pin5(输出管脚)4.98V。
▲ 基本测试电路
通过48nF的电容隔离,使用手持LCR表测量输入管脚(Pin1)对地(Pin4)之间的阻抗。具体数值为:
电阻57.43Ω;
电容:47.48nF
-
▲ 测量输入管脚(PIN1)对地之间的阻抗
测量输出管脚(Pin5)对地之间的阻抗:
- 电阻: 2.33Ω
- 电容:96.3nF
2.高频交流放大
电路加入30MHz,Vpp=0.2V的高频信号,输出信号的幅值Vpp=2.7V。增益大约为13.5(22.6dB)。
▲ 输入输出信号波形(30MHz)
下面使用DSA815频谱仪通过拉杆天线测量周围射频频谱。可以看到其中30Mhz及其二倍频,三倍频的频谱非常明显。
▲ 使用DSA815频谱仪测量空间无线电频谱
3.放大Chirp无线信号
对 基于STC8G1K08设计的信标 板发送的Chirp信号进行放大。分别从QN8027输出端口以及通过T1(9018)放大之后的两个地点引出射频信号进行放大。
A. 从T1的集电极引出射频信号
引出信号如下图所示:
▲ 从T1(9018)集电极引出射频信号
空间接收到的电磁波的频谱为:
▲ DSA815接收的空间无线频谱
B.直接从QN8027的输出引出射频信号
直接从QN8027的RFO输出进行放大。具体的电路如下图所示:
▲ 直接从QN8027的RFO输出进行信号放大
空间测量得到的频谱强度如下图所示。
▲ DSA815接收的空间无线频谱
对比前后两个频谱的强度,可以看到他们之间相差大约20dB左右。这也说明在原来电路中T1对信号进行了大约20dB的放大。
下面给出了从T1的集电极直接引出射频信号对应的测量的空间频谱强度。对比可以看到。直接使用T1进行放大与使用UPC1677对于原QN8027信号进行放大所得到的增益基本上是相似的。
▲ 直接从T1集电极引出天线对应的空间频谱强度
C.进行两级级联放大
使用两个uPC1677进行两级的级联功率放大。具体连接方式如下图所示:
▲ 使用两个uPC1677进行级联放大
从QN8027的输出引射频信号到上面两级级联放大的第一级的输入端,在后级增加多股电缆天线。所测得的扫件频谱如下:
▲ DSA815接收到的空间无线频谱
对比前面从T1集电极输出引至LPC1677的单级放大,会看出使用两级uPC1677进行放大的效果不如使用T1(9018)+uPC1677所得到空间频谱功率更大,其中相差大约10dB左右。
04结论
- 验证了uPC1677的基本工作电路以及它的射频功率放大的性能;
- 讨论了对于 基于STC8G1K08信标信号板设计 中进行信号功率放大的方案,在原来的T1的后级直接增加以及uPC1677的放大,可以提高空间射频功率20dB左右。
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