專利名稱：一種單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信電子電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，尤其涉及一種單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，應(yīng)用于接收全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號的單芯片雙頻接收機(jī)。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GNSS是一種以導(dǎo)航定位衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)， 可廣播高精度、全天時(shí)、全天候的導(dǎo)航、定位和授時(shí)信息，是一種可供海陸空領(lǐng)域的軍民用戶共享的信息資源。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決了大范圍、全球性以及高精度快速定位的問題，應(yīng)用于軍用領(lǐng)域，主要提供定位和導(dǎo)航信號，為車、船、飛機(jī)等機(jī)動(dòng)工具提供導(dǎo)航定位信息及精確制導(dǎo)；為野戰(zhàn)或機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)部隊(duì)提供定位服務(wù)；為救援人員指引方向。全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有巨大的使用潛力，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到民用，滲透至國民經(jīng)濟(jì)各部門，包括海上和沙漠中的石油開發(fā)、交通管理、電力傳輸、資源普查、災(zāi)害監(jiān)測、公共安全、救助、個(gè)人移動(dòng)電話定位、商業(yè)物流管理、漁業(yè)生產(chǎn)、土建工程、考古等。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已成為數(shù)字地球、 數(shù)字城市的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。
目前，在建和運(yùn)行的GNSS系統(tǒng)有美國的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GL0NASS系統(tǒng)、歐洲的Galileo系統(tǒng)以及中國的北斗二代(BEIDOU)系統(tǒng)。在未來5年內(nèi)，幾大系統(tǒng)還將得到迅速發(fā)展，并將都能提供全球衛(wèi)星導(dǎo)航服務(wù)。到那時(shí)，GNSS衛(wèi)星數(shù)將超過100顆，各個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)功能范圍都能基本實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信號覆蓋全球。
隨著全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和功能的延伸，對GNSS接收機(jī)定位精度的要求也越來越高。以GPS接收機(jī)以例，采用單頻GPS接收機(jī)定位精度有限，當(dāng)點(diǎn)間距離超過20 30Km時(shí)，定位精度受到電離層時(shí)延誤差的制約。雙頻接收機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)接收不同頻段的衛(wèi)星導(dǎo)航信號，可以基本消除電離層時(shí)延誤差對點(diǎn)位坐標(biāo)的影響， 點(diǎn)間距離可以超過lOOOKm，因此雙頻接收機(jī)在不采用外部輔助定位方法時(shí)，定位精度可以達(dá)到Im左右。而當(dāng)采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分測量(RTK)技術(shù)，雙頻接收機(jī)可以具有mm級的定位精度，這在大地測量、工程測量、航空攝影測量、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、工程變形監(jiān)測等高精度測量應(yīng)用中具有重要的作用。
雙頻GNSS接收機(jī)要求同時(shí)接收兩路GNSS信號，傳統(tǒng)雙頻接收機(jī)采用兩個(gè)RF前端芯片組成，如圖1所示，衛(wèi)星信號經(jīng)天線接收和LNA放大后，由功分器(Power Splitter)將輸入信號分成兩路信號。兩路信號通過兩個(gè)獨(dú)立的單頻接收機(jī)接收，再經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送給數(shù)字基帶同時(shí)處理。傳統(tǒng)雙頻接收機(jī)具有以下的缺陷首先，整個(gè)接收機(jī)需要功分器和兩個(gè)獨(dú)立的單頻接收機(jī)，因此系統(tǒng)硬件成本高，功耗大，芯片體積大。其次，由于每個(gè)接收機(jī)有獨(dú)立的參考時(shí)鐘和存在雜散信號分布，而這些雜散信號可能會(huì)相互交調(diào)從而影響接收機(jī)的性能。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服單頻GPS接收機(jī)定位精度有限，已有傳統(tǒng)雙頻接收機(jī)需要功分器和兩個(gè)獨(dú)立的單頻接收機(jī)，因此系統(tǒng)硬件成本高，功耗大，芯片體積大，雜散信號可能會(huì)相互交調(diào)從而影響接收機(jī)的性能等諸多缺點(diǎn)，并滿足GNSS接收機(jī)的應(yīng)用需求，提出了一種單片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，根據(jù)全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號的特點(diǎn)，將信號分成兩個(gè)互為鏡像信號的頻率區(qū)間，通過同一個(gè)芯片上的兩個(gè)接收通道分別接收每一個(gè)頻率區(qū)間的全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號，并且兩個(gè)接收通道共用相同的兩個(gè)頻率合成器，實(shí)現(xiàn)雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航信號同時(shí)接收。
本發(fā)明的目的是通過以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。一種單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其構(gòu)成包括
(I)A接收通道，為獨(dú)立的接收通道；
O) B接收通道，為獨(dú)立的接收通道；
(3)頻率合成器1，為A接收通道和B接收通道提供本振頻率LOl ；
(4)頻率合成器2，為A接收通道和B接收通道提供本振頻率L02 ；
(5)基帶處理模塊；
所述A接收通道包括串聯(lián)連接的A通道第一級模塊和A通道第二級模塊；A通道第一級模塊的輸入端接入1. 1-1. 2/1. 5-1. 6GHz射頻輸入信號RF，A通道第二級模塊的輸出端接到基帶處理模塊；
所述B接收通道包括串聯(lián)連接的B通道第一級模塊和B通道第二級模塊；B通道第一級模塊的輸入端接入1. 1-1. 2/1. 5-1. 6GHz射頻輸入信號RF，B通道第二級模塊的輸出端接到基帶處理模塊；
所述頻率合成器1輸出端LOl連接A通道第一級模塊和B通道第一級模塊的本振信號輸入端；
所述頻率合成器2輸出端L02連接A通道第二級模塊和B通道第二級模塊的本振信號輸入端；
所述A和B兩個(gè)接收通道依據(jù)信號配置分別接收一個(gè)不同頻段的全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號，實(shí)現(xiàn)同時(shí)接收兩個(gè)頻段的全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號的功能；兩個(gè)接收通道共用相同頻率合成器，比傳統(tǒng)雙頻全球?qū)Ш叫l(wèi)星接收機(jī)節(jié)省兩個(gè)頻率合成器；
所述基帶處理模塊的兩個(gè)輸入端連接A和B兩個(gè)接收通道的輸出端，每個(gè)輸入端信號為經(jīng)過接收通道變頻、濾波、放大、模數(shù)變換后的低中頻或零中頻數(shù)字信號，經(jīng)基帶處理模塊處理實(shí)現(xiàn)最終定位與導(dǎo)航。
所述雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)集成在同一個(gè)芯片上。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述A和B兩個(gè)接收通道，均為獨(dú)立的全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號接收通道，接收信號通道配置由外部微控制器通過數(shù)字接口配置，每個(gè)接收通道單獨(dú)處理一個(gè)頻段的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述同時(shí)接收兩個(gè)頻段的全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號包括同時(shí)接收同一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兩個(gè)不同頻段信號，或者同時(shí)接收兩個(gè)不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兩個(gè)頻段信號，接收信號的模式由外部微控制器通過數(shù)字接口配置。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述兩個(gè)接收通道共用兩個(gè)頻率合成器模塊，A接收通道的第一級級模塊和B接收通道的第一級級模塊共用頻率合成器1，ACN 102540204 A接收通道的第二級級模塊和B接收通道的第二級級模塊共用頻率合成器2，本振信號由頻率合成器模塊產(chǎn)生。
同時(shí)通過改變兩個(gè)頻率合成器的輸出頻率實(shí)現(xiàn)不同波段全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號配置。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述兩個(gè)接收通道的電路結(jié)構(gòu)相同，每一個(gè)接收通道由獨(dú)立可配置的兩級模塊組成，每一級模塊連接一個(gè)本振信號。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述A和B兩個(gè)接收通道接收的兩路衛(wèi)星導(dǎo)航信號互為鏡像信號，其中，每一路接收通道通過片外濾波器或片內(nèi)復(fù)數(shù)濾波器實(shí)現(xiàn)對另一路鏡像信號的抑制。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述兩個(gè)接收通道的每一個(gè)接收通道均為可配置接收通道電路結(jié)構(gòu)，用于根據(jù)不同的衛(wèi)星信號，配置為低中頻、零中頻以及超外差雙變換的電路結(jié)構(gòu)中的一種電路結(jié)構(gòu)。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述可配置接收通道電路結(jié)構(gòu)包括第一級模塊，第二級模塊與基帶處理模塊。第一級模塊中有射頻放大器，混頻器，以及LC濾波器；第二級模塊有中頻放大器與混頻器、可配置的濾波器(PPF/LPF)、增益放大器與模數(shù)變換器組成；片外天線接收送來的的衛(wèi)星發(fā)射的含有高頻率載波的射頻信號，首先經(jīng)過第一級模塊中的輸入波段可切換LNA低噪聲放大器將信號放大，再通過混頻器轉(zhuǎn)換成為零頻率載波的模擬基帶信號或者低頻率載波的模擬中頻信號，第一級模塊的輸出信號通過第二級模塊的混頻器進(jìn)一步將載波頻率變低后經(jīng)濾波、放大、模數(shù)變換后輸出到基帶處理模塊或第二級模塊直接將第一級輸出信號濾波、放大、模數(shù)變換后輸出到基帶處理模塊，基帶處理模塊處理低中頻或零中頻數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)最終定位與導(dǎo)航。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述接收通道的兩級模塊中的每級模塊均能配置成不同模式的電路結(jié)構(gòu)，第一級模塊配置成用于實(shí)現(xiàn)射頻放大和頻率變換， 第一級模塊配置成用于實(shí)現(xiàn)射頻放大和頻率變換功能的電路，第二級模塊能配置成用于實(shí)現(xiàn)頻率變換、信號濾波、信號放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的電路，或配置成為信號濾波、信號放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的電路。
所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其在于所述頻率合成器模塊的輸出本振頻率是在一定范圍內(nèi)變化兩個(gè)頻率合成器模塊輸出本振的頻率范圍是不相同的，第一個(gè)頻率合成器的頻率覆蓋整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航信號頻率范圍，為1. IOGHz到1. 61GHz ；第二個(gè)頻率合成器的頻率遠(yuǎn)小于第一個(gè)頻率合成器，為150MHz到220MHz。
GNSS信號有一個(gè)重要的特點(diǎn)就是信號波段在頻譜上不是平均分布，而是集中分布在幾個(gè)區(qū)間，對于GPS的L1、L2，Galileo的E5a、E5b，GL0NASS的L2，它們信號的中心頻率分布在1176. 45 1248. 625MHz頻率范圍，稱之為I區(qū)；Galileo的E2-L1-E1與GPS的Ll 波段中心頻率都為1575. 42MHz，稱為II區(qū)，而GL0NASS的Ll波段單獨(dú)在III區(qū)，中心頻率范圍為 1598. 0625 1605. 375MHz。
圖2為全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號頻譜分布圖。從I區(qū)到II區(qū)的距離為326.795 398. 97MHz, II區(qū)到III區(qū)的距離22. 6425 29. 955MHz, I區(qū)到III區(qū)的距離為349. 4375 428. 925MHz，并且具有以下特點(diǎn)1區(qū)到II區(qū)的距離與I區(qū)到III的距離基本相近。如果將 I與II區(qū)信號或I與III區(qū)信號分別輸入接收機(jī)的兩個(gè)通道，并且滿足第一級中頻頻率為兩者距離的一半附近時(shí)，兩個(gè)通道可以采用同一個(gè)本振電路，同樣的道理，當(dāng)?shù)谝患壷蓄l頻率為II區(qū)到III區(qū)距離的一半附近時(shí)，II與III可以由接收機(jī)的兩個(gè)通道實(shí)現(xiàn)同時(shí)接收。
全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)需要實(shí)現(xiàn)同時(shí)接收I與II區(qū)信號或者I與III區(qū)信號，整個(gè)接收機(jī)集成在單個(gè)芯片上。
單片全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的組成結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)獨(dú)立接收通道、兩個(gè)頻率合成器以及基帶處理模塊。每一個(gè)接收通道電路結(jié)構(gòu)包括第一級模塊，第二級模塊。第一級模塊中有射頻放大器，混頻器，以及LC濾波器；第二級模塊有中頻放大器與混頻器、可配置的濾波器(PPF/LPF)，增益放大器與模數(shù)變換器組成。基帶處理模塊用來同時(shí)處理兩個(gè)接收通道經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號，實(shí)現(xiàn)最終定位與導(dǎo)航。片外天線接收送來的的衛(wèi)星發(fā)射的含有高頻率載波的射頻信號，首先經(jīng)過第一級模塊中的射頻放大器將信號放大，再通過混頻器轉(zhuǎn)換成為零頻率載波的模擬基帶信號或者低頻率載波的模擬中頻信號，第一級模塊的輸出信號通過第二級模塊的混頻器進(jìn)一步將載波頻率變低后經(jīng)濾波、放大、模數(shù)變換后輸出到基帶處理模塊或第二級模塊直接將第一級輸出信號濾波、放大、模數(shù)變換后輸出到基帶處理模塊。
第一個(gè)接收通道稱為A通道，第二個(gè)接收通道稱為B通道，B通道模塊及其處理功能與A通道相同。兩個(gè)頻率合成器分別產(chǎn)生兩個(gè)本振信號，對應(yīng)提供給兩個(gè)獨(dú)立接收的A 通道模塊和B通道模塊用于混頻，因此可以減少兩個(gè)獨(dú)立接收通道之間頻率雜散的相互影響。每一個(gè)接收通道采用可配置接收機(jī)結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的衛(wèi)星信號，可以通過數(shù)字接口將接收機(jī)配置成低中頻、零中頻以及超外差雙變換結(jié)構(gòu)，當(dāng)工作在低中頻時(shí)，第一級模塊的混頻器通過射頻放大器將信號放大后，再通過混頻器將輸入信號變換到低中頻，第二級模塊將第一級模塊的輸出信號進(jìn)行濾波，完成濾波功能的可配置濾波器工作在復(fù)數(shù)濾波器模式， 可配置濾波器對鏡像信號，即另一個(gè)接收通道的有用信進(jìn)行抑制，經(jīng)濾波后的信號再通過增益放大器放大后，經(jīng)模數(shù)變換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。當(dāng)工作在零中頻模式時(shí)，信號通路與低中頻模式一樣，與低中頻模式的差別只是可配置濾波器工作在低通濾波器模式。當(dāng)工作在超外差模式時(shí)，第一級模塊的混頻器通過射頻放大器將信號放大后，通過混頻器將輸入信號變換到中頻信號，由于中頻頻率高，可以通過LC濾波器濾除鏡像信號，然后，經(jīng)LC濾波后的信號輸出到第二級模塊，第二級模塊將信號變換到零載波頻率或低載波頻率，此時(shí)， 可配置濾波器工作在低通模式或復(fù)數(shù)濾波器模式，信號通過低通濾波后，再由增益放大器將零載波頻率或低載波頻率信號放大，由模數(shù)轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸出。
并且每個(gè)接收通道采用1. 2/1. 5 1. 6GHz波段可切換LNA輸入，因此可以實(shí)現(xiàn)對所有GNSS信號的接收。當(dāng)接收機(jī)接收I與II區(qū)信號時(shí)，接收I區(qū)信號接收通道的鏡像信號為II區(qū)信號，因此需要抑制II區(qū)信號，接收II區(qū)信號接收通道的鏡像信號為I區(qū)信號， 因此需要抑制I區(qū)信號。同理，當(dāng)接收I與III區(qū)信號，兩個(gè)接收通道需要抑制另一個(gè)接收通道的信號。
所述兩個(gè)頻率合成器中的每個(gè)頻率合成器的頻率是在一定范圍內(nèi)變化
第一個(gè)頻率合成器輸出本振的頻率范圍從1. IOGHz到1. 6IGHz ；
第二個(gè)頻率合成器輸出本振的頻率范圍從150MHz到220MHz。
該接收機(jī)可以采用CMOS工藝集成在同一個(gè)芯片中。
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性效果是
1、通過共用頻率合成器的兩個(gè)接收通道實(shí)現(xiàn)了所有全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號的接收，接收機(jī)可以工作在四種接收信號通道模式，各種模式的配置是由外部微控制器通過片上集成的SPI數(shù)字接口 418完成，電路硬件成本低，結(jié)構(gòu)簡單，配置靈活。
2、兩個(gè)獨(dú)立接收通道和兩個(gè)本振LOl與L02，因此不僅減少了接收機(jī)占用芯片的面積，同時(shí)減少兩個(gè)獨(dú)立接收通道之間頻率雜散的相互影響，具有較好的接收性能。
3、每一個(gè)接收通道采用可配置接收機(jī)結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的衛(wèi)星信號配置成低中頻、 零中頻以及超外差雙變換結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)接收通道采用1. 2/1. 5 1. 6GHz波段可切換LNA 輸入，因此可以實(shí)現(xiàn)對所有GNSS信號的接收。
4、兩個(gè)接收通道在集成在同一個(gè)芯片中，減少了雙頻接收機(jī)的功耗。
5、可以采用CMOS工藝單芯片集成整個(gè)接收機(jī)電路，滿足高性能GNSS接收機(jī)的應(yīng)用需求。


圖1是傳統(tǒng)雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)。
圖2是全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號頻譜分布圖。
圖3是本發(fā)明基于共用頻率合成器的單芯片雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的原理框圖。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例基于共用頻率合成器的單芯片雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的電路原理圖。
圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例每一個(gè)接收通道配置為低中頻、零中頻接收機(jī)接收信道信號流示意圖。
圖6是本發(fā)明第三實(shí)施例超外差雙變換低中頻、零中頻接收機(jī)接收信道信號流示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明基于共用頻率合成器的單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的原理框圖，如圖 3所示。本發(fā)明單片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)集成在單個(gè)芯片上，安裝在全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)上，實(shí)現(xiàn)同時(shí)接收I與II區(qū)信號或者I與III區(qū)信號。整個(gè)接收機(jī)由兩個(gè)獨(dú)立接收通道、兩個(gè)頻率合成器以及基帶處理模塊組成。A接收通道由A通道第一級模塊301和A通道第二級模塊302組成，天線接收的RF輸入信號，輸入A通道第一級模塊301輸入端，通過串聯(lián)連接的第一級模塊301和第二級模塊302模塊，將射頻信號放大，并且轉(zhuǎn)換成為零頻率載波的模擬基帶信號或者低頻率載波的模擬中頻信號，由302模塊將信號輸出給基帶處理模塊307的A路輸入端，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬基帶信號和模擬中頻信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字基帶信號和數(shù)字中頻信號。B接收通道由串聯(lián)連接的B通道第一級模塊305和B通道第二級模塊306組成，305模塊電路結(jié)構(gòu)與301模塊相同，306模塊電路結(jié)構(gòu)與302模塊相同，天線接收的RF輸入信號從B通道第一級模塊305，輸出信號從B通道第二級模塊306輸出給基帶處理模塊307的B路輸入端，處理功能與A通道相同。第一頻率合成器303產(chǎn)生本振信號 L01，第二頻率合成器304產(chǎn)生本振信號L02。第一個(gè)頻率合成器303輸出本振LOl的頻率范圍從1. IGHz到1. 61GHz，第二個(gè)頻率合成器304輸出本振L02的頻率范圍從150MHz到 220MHz。兩個(gè)本振LOl與L02提供給每個(gè)獨(dú)立接收通道，因此可以減少每個(gè)獨(dú)立接收通道的頻率雜散的相互影響。每一個(gè)接收通道采用可配置接收機(jī)結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的衛(wèi)星信號配置成低中頻、零中頻以及超外差雙變換結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)接收通道采用1. 2/1. 5 1. 6GHz波段可切換LNA輸入，因此可以實(shí)現(xiàn)對所有GNSS信號的接收。當(dāng)接收機(jī)接收I與II區(qū)信號時(shí)，接收I區(qū)信號接收通道的鏡像信號為II區(qū)信號，因此需要抑制II區(qū)信號，接收II區(qū)信號接收通道的鏡像信號為I區(qū)信號，因此需要抑制I區(qū)信號。同理，當(dāng)接收I與III區(qū)信號， 兩個(gè)接收通道需要抑制另一個(gè)接收通道的信號。
下面附圖并結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
第一實(shí)施實(shí)例
本發(fā)明第一實(shí)施實(shí)例基于共用頻率合成器的單芯片雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的電路原理圖，如圖4所示。單芯片雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)由兩個(gè)獨(dú)立的A接收通道41與B接收通道42，第一個(gè)頻率頻率合成器43-1和第二個(gè)頻率頻率合成器43-2以及基帶處理模塊44組成。A接收通道41由A通道第一級模塊41-1和A通道第二級模塊41-2組成。A通道第一級模塊由LNA401，混頻器電路402，404和405，正交相位電路403以及中頻帶通濾波器406 組成。其中402和404為正交混頻器，頻率合成器43-1產(chǎn)生的本振信號LOl由正交相位電路403處理后送給正交混頻器402和404。A通道第二級模塊由中頻放大器407，正交混頻器408和410，可配置濾波器411，可變增益放大器412和414，正交相位電路409以及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路413與415級連組成。其中410與408為正交混頻器，頻率合成器43_2產(chǎn)生的本振信號L02由正交相位電路409處理后送給正交混頻器408和410?？膳渲脼V波器411可以配置成為低通濾波器或復(fù)數(shù)濾波器。模數(shù)轉(zhuǎn)換電路413和415采用四比特輸出，A接收通道41的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路413和415的輸出送到基帶處理模塊44。
B接收通道42電路結(jié)構(gòu)與A接收通道41完全一樣。其中B通道第一級模42_1 由 419,420,421,422,423,425 組成，B 通道第二級模塊 42-2 由 424，426，427，428，429，430， 431，432，433 組成。
A和B兩個(gè)獨(dú)立接收通道共用第一個(gè)頻率頻率合成器43-1和第二個(gè)頻率頻率合成器43-2產(chǎn)生的兩個(gè)本振LOl和L02，因此可以減少兩個(gè)獨(dú)立接收通道之間頻率雜散的相互影響。每一個(gè)接收通道采用可配置接收機(jī)結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的衛(wèi)星信號配置成低中頻、零中頻以及超外差雙變換結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)接收通道采用1. 2/1. 5 1. 6GHz波段可切換LNA輸入， 因此可以實(shí)現(xiàn)對所有GNSS信號的接收。
A通道與B通道中的模塊404，409，422，427功能相同，都是將單路本振信號變成相位相差90度的正交信號提供給混頻器。
圖4所示接收機(jī)結(jié)構(gòu)每一個(gè)接收通道不僅可以配置成上述三種接收機(jī)結(jié)構(gòu)，而且，可以工作在四種接收模式低中頻接收機(jī)接收模式，零中頻接收機(jī)接收模式，超外差雙變換接收機(jī)低中頻輸出模式以及超外差雙變換接收機(jī)零中頻輸出模式，在每種接收機(jī)模式中，對于接收通道內(nèi)模塊而言，只有信號通過的模塊工作，其它模塊處于關(guān)閉狀態(tài)。由于兩個(gè)接收通道完全相同，以下以其中一個(gè)通道A為例詳細(xì)說明每種接收模式的接收方案。
低中頻接收機(jī)接收模式，零中頻接收機(jī)接收模式，超外差雙變換接收機(jī)低中頻輸出模式以及超外差雙變換接收機(jī)零中頻輸出模式四種接收模式的接收通道構(gòu)成，以一個(gè)信號通道模式配置為例，另一個(gè)信號通道同樣可以配置。
(1)低中頻接收機(jī)接收模式
本發(fā)明第二實(shí)施例的配置為低中頻接收機(jī)模式的A接收通道信息流示意圖，如圖 5所示。該模式A通道第一級模塊由LNA低噪聲放大器401，Mixer正交混頻器402和404以及正交本振產(chǎn)生模塊403組成。該模式A通道第二級模塊由PPF/LPF可配置濾波器411， VGA可變增益放大器412和414以及ADC模數(shù)變換ADC電路413和415組成。LNA401根據(jù) GNSS信號波段選擇相應(yīng)的工作頻段，可配置濾波器411配置成PPF復(fù)數(shù)濾波器。該模式A 通道的信號通道信號流為輸入信號經(jīng)LNA 401 (BAO)放大，放大信號分送Mixer正交混頻器402 (BAlB)和404 (BAlA)，對應(yīng)與正交本振產(chǎn)生器403輸出的正交本振LOl混頻，兩路混頻輸出送PPF可配置濾波器411 (BA5)復(fù)數(shù)濾波，兩路復(fù)數(shù)濾波輸出對應(yīng)送VGA412 (BA6A) 和ADC413(BA7A)以及VGA414 (BB6A)和ADC415 (BA7A)。由于低中頻接收機(jī)中I，Q兩路都含有相同的中頻信號，只是相位正交，因此，可配置濾波器411濾波后可以選擇任意一路輸出給基帶處理模塊44。
(2)零中頻接收機(jī)接收模式
零中頻接收機(jī)接收模式的A接收通道信息流示意圖，如圖5所示。該模式信號通路經(jīng)過的模塊與低中頻接收機(jī)模式完全一樣，只有模塊的配置有所不同，第二級模塊的可配置濾波器411此模式配置成LPF低通濾波器，由于零中頻I、Q兩路為復(fù)數(shù)基帶信號的實(shí)部與虛部，因此必須采用正交兩路同時(shí)輸出。
(3)超外差雙變換接收機(jī)低中頻輸出模式
本發(fā)明第三實(shí)施例的超外差雙變換接收機(jī)低中頻輸出模式的A接收通道信息流示意圖，如圖6所示。該模式采用兩級模擬中頻結(jié)構(gòu)，A接收通道第一級模塊由低噪聲放大器401，單路混頻器405和片外LC BPF中頻帶通濾波器406組成。A接收通道第二級模塊由IFA中頻放大器407，正交混頻器MirerQ408和MirerI410，正交本振產(chǎn)生器409，可配置濾波器411，VGA可變增益放大器412和414以及ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路413和415組成。第一級混頻器采用單路輸出，經(jīng)片外LC中頻帶通濾波器406濾除中頻交調(diào)雜散干擾并進(jìn)一步對帶外輸入帶外干擾信號抑制，經(jīng)中頻放大器407進(jìn)一步放大后輸入正交混頻器408和410。 可配置濾波器411配置成復(fù)數(shù)濾波器，正交I、Q兩路信號經(jīng)過配置成復(fù)數(shù)濾波器的可配置濾波器411復(fù)數(shù)濾波與鏡像信號抑制后，I、Q兩路信號再通過對應(yīng)的VGA可變增益放大器 412和414進(jìn)一步放大，經(jīng)ADC 413和415采樣后，采用正交I、Q兩路數(shù)字輸出。
該模式A通道的信號通道信號流為輸入信號經(jīng)LNA 401 (BAO)放大，放大信號分送Mixer正交混頻器405 (BA2)，對應(yīng)與正交本振產(chǎn)生器403輸出的正交本振LOl混頻， 一路混頻輸出送片外LC BPF帶通濾波器406濾波，帶通濾波輸出送IFA中頻放大器407， 中頻放大輸出分I和Q兩路，對應(yīng)送MixerI正交混頻器410 (BA4A)和MixerQ正交混頻器 408 (BA4B)，對應(yīng)與正交本振產(chǎn)生器409輸出的正交本振L02混頻，I和Q兩路混頻輸出送 PPF可配置濾波器411 (BAO復(fù)數(shù)濾波，兩路復(fù)數(shù)濾波輸出對應(yīng)送VGA412(BA6A)增益放大和 ADC413(BA7A)模數(shù)變換以及VGA414 (BB6A)增益放大和ADC415 (BA7A)模數(shù)變換。由于低中頻接收機(jī)中I，Q兩路都含有相同的中頻信號，只是相位正交，因此，可配置濾波器411濾波后可以選擇任意一路輸出給基帶處理模塊44。
(4)超外差雙變換零中頻輸出模式
超外差雙變換接收機(jī)零中頻輸出模式的A接收通道信息流示意圖，如圖6所示。該模式與超外差雙變換低中頻輸出所采用的模式一樣。與超外差雙變換低中頻輸出模式不同之處是該模式第二次頻率變換后輸出為零中頻基帶信號，因此可配置濾波器411配置成 LPF低通濾波器，基帶信號采用I、Q兩路同時(shí)輸出。
兩個(gè)接收通道共用的本振LOl與L02分別由兩個(gè)獨(dú)立的頻率合成器1和頻率合成器2產(chǎn)生，為減少頻率雜散，兩個(gè)頻率合成器416和417共用同一個(gè)輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘電路0SC。
本發(fā)明可配置的接收模式很多，不同的接收模式，模塊的功能不同而已，不再一一累述。
綜上所述，由于整個(gè)接收機(jī)采用可配置設(shè)置，不僅接收機(jī)信號通道結(jié)構(gòu)可配置，而且通道內(nèi)部混頻器，濾波器的功能可配置。接收機(jī)各種模式的配置是由外部微控制器通過片上集成SPI數(shù)字接口 418完成。通過SPI數(shù)字接口對LNA低噪聲放大器的接收波段可切換，對混頻器的選擇，對可配置濾波器411配置為PPF或LPF，對兩路VGA放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇，實(shí)現(xiàn)通道信號流的配置，使接收機(jī)可以工作在四種接收模式。
以上所述，僅為本發(fā)明說明書描述之實(shí)現(xiàn)本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)說明與圖式， 用于例證而非限制，但本發(fā)明的特征并不局限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然理解，本發(fā)明的所有范圍應(yīng)以其權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)，在不背離所附權(quán)利要求書所界定的發(fā)明精神和發(fā)明范圍的前提下，凡根據(jù)本發(fā)明的精神與其類似變化而實(shí)施的其它實(shí)施例，皆應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范疇之中。
權(quán)利要求
1.一種單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其構(gòu)成包括(I)A接收通道，為獨(dú)立的接收通道；O) B接收通道，為獨(dú)立的接收通道；(3)頻率合成器1，為A接收通道和B接收通道提供本振頻率LOl；(4)頻率合成器2，為A接收通道和B接收通道提供本振頻率L02；(5)基帶處理模塊；所述A接收通道包括串聯(lián)連接的A通道第一級模塊和A通道第二級模塊；A通道第一級模塊的輸入端接入1. 1-1. 2/1. 5-1. 6GHz射頻輸入信號RF，A通道第二級模塊的輸出端接到基帶處理模塊；所述B接收通道包括串聯(lián)連接的B通道第一級模塊和B通道第二級模塊；B通道第一級模塊的輸入端接入1. 1-1. 2/1. 5-1. 6GHz射頻輸入信號RF，B通道第二級模塊的輸出端接到基帶處理模塊；所述頻率合成器1輸出端LOl連接A通道第一級模塊和B通道第一級模塊的本振信號輸入端；所述頻率合成器2輸出端L02連接A通道第二級模塊和B通道第二級模塊的本振信號輸入端；所述A和B兩個(gè)接收通道依據(jù)信號配置分別接收不同頻段的全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號，實(shí)現(xiàn)同時(shí)接收兩個(gè)頻段的全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號的功能；兩個(gè)接收通道共用相同頻率合成器，比傳統(tǒng)雙頻全球?qū)Ш叫l(wèi)星接收機(jī)節(jié)省兩個(gè)頻率合成器；所述基帶處理模塊的兩個(gè)輸入端連接A和B兩個(gè)接收通道的輸出端，每個(gè)輸入端信號為經(jīng)過接收通道變頻、濾波、放大、模數(shù)變換后的低中頻或零中頻數(shù)字信號，經(jīng)基帶處理模塊處理實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航；所述雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)集成在同一個(gè)芯片上。
2.根據(jù)權(quán)利1所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述A和B兩個(gè)接收通道，均為獨(dú)立的全球?qū)Ш叫l(wèi)星信號接收通道，接收信號通道配置由外部微控制器通過數(shù)字接口配置，每個(gè)接收通道單獨(dú)處理一個(gè)頻段的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。
3.根據(jù)權(quán)利1所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述同時(shí)接收兩個(gè)頻段的全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號包括同時(shí)接收同一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兩個(gè)不同頻段信號，或者同時(shí)接收兩個(gè)不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的兩個(gè)頻段信號，接收信號的模式由外部微控制器通過數(shù)字接口配置。
4.根據(jù)權(quán)利1所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述兩個(gè)接收通道共用兩個(gè)頻率合成器模塊，A接收通道的第一級級模塊和B接收通道的第一級級模塊共用頻率合成器1，A接收通道的第二級級模塊和B接收通道的第二級級模塊共用頻率合成器2， 本振信號由頻率合成器模塊產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利2所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述兩個(gè)接收通道的電路結(jié)構(gòu)相同，每一個(gè)接收通道由獨(dú)立可配置的兩級模塊組成，每一級模塊連接一個(gè)本振信號。
6.根據(jù)權(quán)利1所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述A和B兩個(gè)接收通道接收的兩路衛(wèi)星導(dǎo)航信號互為鏡像信號，其中，每一路接收通道通過片外濾波器或片內(nèi)復(fù)數(shù)濾波器實(shí)現(xiàn)對另一路鏡像信號的抑制。
7.根據(jù)權(quán)利3所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述兩個(gè)接收通道的每一個(gè)接收通道均為可配置接收通道電路結(jié)構(gòu)，用于根據(jù)不同的衛(wèi)星信號，配置為低中頻、零中頻以及超外差雙變換的電路結(jié)構(gòu)中的一種電路結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利7所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述可配置接收通道電路結(jié)構(gòu)包括第一級模塊，第二級模塊；第一級模塊中有射頻放大器，混頻器，以及LC濾波器；第二級模塊有中頻放大器與混頻器、可配置的濾波器(PPF/LPF)、增益放大器與模數(shù)變換器組成；片外天線接收送來的的衛(wèi)星發(fā)射的含有高頻率載波的射頻信號，由第一級模塊中的輸入波段可切換LNA低噪聲放大器將信號放大，經(jīng)混頻器轉(zhuǎn)換成為零頻率載波的模擬基帶信號或者低頻率載波的模擬中頻信號，第一級模塊的輸出信號由第二級模塊的混頻器將載波頻率變低后經(jīng)濾波、放大、模數(shù)變換后輸出到基帶處理模塊或第二級模塊直接將第一級輸出信號濾波、放大、模數(shù)變換后輸出到基帶處理模塊，基帶處理模塊處理低中頻或零中頻數(shù)字信號，實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航。
9.根據(jù)權(quán)利1-8所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述接收通道的兩級模塊中的每級模塊均能配置成不同模式的電路結(jié)構(gòu)，第一級模塊配置成用于實(shí)現(xiàn)射頻放大和頻率變換的電路，第二級模塊能配置成用于實(shí)現(xiàn)頻率變換、信號濾波、信號放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路，或配置成為信號濾波、信號放大與模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路。
10.根據(jù)權(quán)利1-9所述單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，其特征在于，所述頻率合成器模塊的輸出本振頻率是在一定范圍內(nèi)變化兩個(gè)頻率合成器模塊輸出本振的頻率范圍是不相同的，第一個(gè)頻率合成器的頻率覆蓋整個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航信號頻率范圍，為1. IOGHz到 1. 61GHz ；第二個(gè)頻率合成器的頻率遠(yuǎn)小于第一個(gè)頻率合成器，為150MHz到220MHz。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種單芯片雙頻全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)，將全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號分成兩個(gè)互為鏡像信號的頻率區(qū)間，通過同一芯片上兩個(gè)接收通道分別接收每一個(gè)頻率區(qū)間的全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號，并且兩個(gè)接收通道共用相同的兩個(gè)頻率合成器，實(shí)現(xiàn)雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航信號同時(shí)接收。整個(gè)接收機(jī)由兩個(gè)可配置的接收通道與基帶處理模塊組成，兩個(gè)接收通道具有相同電路結(jié)構(gòu)。每個(gè)獨(dú)立的可配置接收通道由兩級模塊組成，可以實(shí)現(xiàn)四種接收模式。接收機(jī)各種模式的配置是通過片上集成SPI數(shù)字接口418完成。通過SPI數(shù)字接口不僅對每個(gè)接收通道信號路徑、可配置濾波器411模塊的功能進(jìn)行配置，同時(shí)通過改變兩個(gè)頻率合成器的輸出頻率實(shí)現(xiàn)不同波段全球衛(wèi)星導(dǎo)航信號配置，接收機(jī)可以工作在四種接收模式。
文檔編號G01S19/22GK102540204SQ20101062093
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者葉甜春, 殷明, 肖時(shí)茂, 錢敏, 馬成炎 申請人:杭州中科微電子有限公司