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:$\mu PC1677C$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。

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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}

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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。

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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。