雙刀六擲天線開關模組量測結果

利用表 3.1 天線開關邏及控制表可以控制天線開關導通路徑，我們將量測各個 路徑之間的反射損失、插入損失、隔離度以確認模組特性是否正常。以下將以 BLE1 與 ANT1 導通時的反射損失以及插入損失、BLE1 與 BLE2 和 BLE1 與 ANT5 之間 的隔離度；BLE2 與 ANT2 導通時的反射損失以及插入損失、BLE2 與 BLE1 和 BLE2 與 ANT4 之間的隔離度量測結果作代表。如圖 4.13 所示，量測結果在藍牙 操作頻帶內的 BLE1 及 BLE2 接口反射損失皆大於 10dB，以及 BLE1 及 BLE2 與 相應天線導通的插入損失皆小於 2.5dB，並且各個接口的隔離度皆大於 40 dB。

(a)

(b)

圖 4. 13、智能車系統天線開關之(a)BLE1 與 ANT1 (b)BLE2 與 ANT2 導通反射損 失、插入損失、隔離度量測圖

4.3 2.4GHz 射頻放大器模組量測結果

由於在智能車上使用的藍牙晶片 CC2540 所能發射的最大功率為 4 dBm，在與 接收靈敏度較低的藍牙裝置通訊時，可能無法實現遠距離的通訊應用，因此可依需 求在天線開關與藍牙模組之間加上射頻前端放大器 CC2592 來提升通訊距離。

CC2592 是一顆應用於 2.4 GHz ISM 頻段的射頻收發晶片[42]，內含有提升發射功 率的功率放大器、改善接收靈敏度的低雜訊放大器、發射和接收導通路徑切換的單 刀雙擲開關以及控制功率放大器及低雜訊放大器的邏輯電路，並且可以透過藍牙 模組來進行發射和接收的開啟與關閉，使得射頻前端放大器只在需要的時候開啟，

其餘時間關閉以達省電目的。內部低雜訊放大器也有高增益和低增益兩種模式可 供選擇使用。射頻前端放大器電路如圖 4.14 所示，其控制邏輯如表 4.4。

圖 4. 14、CC2592 功能方塊圖 表 4. 3、CC2592 控制邏輯表

PA_EN LNA_EN HGM

操作模式 1: VDD ; 0: GND

0 0 X TX 和 RX 關閉

X 1 0 開啟 RX 低增益模式

然而 CC2592 目前尚未有測試載板可以使用，因此本論文自行設計印刷電路板 至國研院晶片中心下線製作，外部電路圖如下圖 4.15，使用的板材為 FR4 四層板，

分層設定如下圖 4.16，圖 4.17 為上層，圖 4.18 為底層的實體圖與 Gerber 圖，尺寸 為 37 mm x 32 mm。將 CC2592 以及相關元件焊接上所設計的印刷電路板後，分別 量測 CC2592 中的功率放大器以及低雜訊放大器特性。

圖 4. 15、CC2592 射頻放大器外部電路圖

圖 4. 16、FR4 四層板疊構圖

圖 4. 17、CC2592 射頻放大器搭配載板之上層實體與 Gerber 圖

CC2592 中的功率放大器供給電壓為 3 伏特，小訊號量測結果如圖 4.19(a)，可 見功率放大器小訊號特性幾乎沒有產生頻偏並且符合藍牙應用頻段；並根據圖 4.19(b) 所示，在藍牙中心頻率 2.44 GHz 大訊號量測下，功率放大器輸入 0dBm 時 所能提供的增益為 18.5dBm，轉換功率效率(Power Added Efficiency ; PAE)為 26.1%，

也就是 CC2540 藍牙晶片的輸出訊號強度為 0dBm 訊號時，CC2592 能輸出的藍牙 訊號功率為 18.5dBm。

(a)

(b)

圖 4. 19、(a)小訊號(b)大訊號 CC2592 功率放大器量測結果圖

確定功率放大器特性後，將 CC2540 結合 CC2592 並連接訊號分析儀量測輸出 功率，量測環境如圖 4.20 所示，量測結果如圖 4.21，CC2540 輸出功率為 0 dBm 再 經過 CC2592 放大後，於藍牙的廣告頻帶 2402、2426、2480 MHz 中的輸出功率皆 被放大至 18 dBm 以上，可證明 CC2540 結合 CC2592 實現了輸出功率放大的目的。

圖 4. 20、CC2540 藍牙模組連接 CC2592 射頻放大器量測環境

CC2592 中的低雜訊放大器在供給電壓為 3 伏特時，量測低增益模式(Low Gain Mode ; LGM)以及高增益模式(High Gain Mode ; HGM)的 S 參數，結果如圖 4.22 及 圖 4.24 所示，可得在兩個增益模式下的 10dB 阻抗頻寬涵蓋整個藍牙頻段，同時可 得最大增益。接著在頻率 2.44 GHz 下量測低增益及高增益模式輸入功率對增益特 性，如圖 4.23 及圖 4.25 所示，IP1dB壓縮點分別為-16.21dBm 以及-17dBm，並經計 算後 OP1dB分別為-12.35dBm 以及-8.4dBm；而高增益及低增益模式於藍牙應用頻 段內，量測雜訊指數(Noise Figure)分別在 6.6 dB 及 6 dB 以下，結果如圖 4.25 所 示。由以上量測結果可驗證低雜訊放大器搭配自設計的載板接近 TI 所提供之規格 書特性，以達在 CC2540 接收機的前級提供增益提高接收靈敏度目地。

圖 4. 22、CC2592 低雜訊放大器低增益模式小訊號參數量測結果

圖 4. 23、CC2592 低雜訊放大器低增益模式功率增益量測結果圖

圖 4. 24、CC2592 低雜訊放大器高增益模式小訊號參數量測結果

圖 4. 25、CC2592 低雜訊放大器高增益模式功率增益量測結果圖

圖 4. 26、CC2592 低雜訊放大器低增益及高增益模式之雜訊指數量測結果圖