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: μ P C 1677 C \mu PC1677C μPC1677C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

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。

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▲ 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
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▲ 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。

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▲ 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)。

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▲ 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。
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▲ 使用DSA815频谱仪测量空间无线电频谱

3.放大Chirp无线信号

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:
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▲ 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:
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▲ 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:
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▲ 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。
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▲ 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。
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▲ 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:
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▲ 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:

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▲ 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

  1. 验证了uPC1677的基本工作电路以及它的射频功率放大的性能;
  2. 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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