带有放大环节的无线导航接收电路

简 介： 本文测试了高速运放OPA2350在150kHz电磁导航信号放大中的应用。通过设计单电源供电的放大电路，使用LC谐振回路接收150kHz信号，实现了100倍左右的增益放大。测试结果表明，该电路能够满足智能车竞赛中10米导航半径的信号放大需求，同时指出需要增加选频电路以进一步提高信噪比。整个电路采用单面PCB设计，具有快速制板的优点。

关键词： 150kHz，导航信号，智能车竞赛，单车导航组

电磁导航门信号放大

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01 150kHz放大电路

一、测试背景

  在智能车竞赛单车导航竞赛组中，  使用一个电磁导航门 对车模进行导引。 导航门上缠绕4匝线圈， 使用之前无线充电模块进行激励。 这样就可以在导航门周围产生一个 150kHz 交变磁场。 车模通过工字型电感感知磁场的大小和方向， 穿越电磁门。   电磁门的大小为 30 厘米左右。  根据电磁规律， 交变磁场强度随着距离的三次方规律衰减。  如果考虑通常情况下， 在电磁门附近感应信号的幅度为 5V， 那么到 3米远的地方， 感应电压就会降低 1000倍， 那就降低到 5mV左右了。 这已经小于普通单片机ADC转换的下极限了。  考虑到如果项将导航半径提高到 10 米左右，  就需要将接收到的信号放大 27倍 以上。  考虑到一定的余量， 下面需要设计一个放大电路， 将接收到的 150kHz 的信号放大超过 50 倍。  下面测试一下， 使用高速运放完成信号的放大情况， 看是否能够满足要求。

二、电路设计

  设计测试信号放大电路.  用于 150kHz 信号放大的运放采用高速运放 OPA2350,  它的单位增益带宽达到了 38MHz. 使用两个电阻分压,  获得单电源下的中间参考电压,  这个电压作为运放的参考地.  L1,C2 组成谐振接收天线回路，  用于选择 150kHz 的无线信号。 放大后的信号通过端口 P out 输出。 下面测试一下这个放大器是否可以给 150kHz 的信号带来 50倍以上的增益。  铺设单面PCB， 适合一分钟制板。 一分钟之后得到了测试电路板。 下面焊接测试。

三、测试结果

  一分钟之后得到测试电路板， 焊接电路。  清洗之后进行测试。  给电路施加 5V 的工作电源。  电路的静态工作电流为 13.7mA 。 从这个工作电流也能够显示出高速运放的工作电流远比普通的运放大得多。  测量电路的静态工作点， 参考电压 2.5V 正常。

  使用DG1062产生 150kHz 的正弦信号，  施加在一个工字型 10mH 的电感上，  将电感对准电路中 1mH 的接收线圈， 把信号注入 LC 谐振回路。  施加在电感上的电压为 20mV。  测量输入信号与放大后的信号波形。  观察输入和输出信号波形， 输出信号是对输入信号同相放大。  根据示波器两个通道的档位来看， 输出信号被放大了将近 100 倍。 这符合现在电路中运放外围电阻参数的设定。 由此也说明了， 利用这个高速运放， 很容易使得输入信号获得 40dB 以上的增益。 只是有一点， 需要将输出信号再进行进一步的选频， 这样可以获得更高的信噪比。

※ 总  结 ※

  本文测试了利用高速运放 OPA2350 放大 150kHz 导航信号的特性。  电路可以将输入信号的幅度增大 100 倍左右。  这样就可以满足对导航信号的幅度增益的要求。  在实际电路中， 还需要增加电路对 150kHz 信号的选频电路， 从而进一步增加输出信号的信噪比。

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