專利名稱：一種低中頻雙頻雙模gnss接收機射頻前端裝置的制作方法
技術領域：
[0001]本實用新型涉及ー種射頻前端裝置，尤其是涉及ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置。
背景技術：
以GPS為代表全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS)已廣泛用于民航、航海、鉄路、物流等各個領域。新型的雙模雙頻接收機的應用，使得接收機可以利用兩個不同頻率的導航信號修正電離層和對流層的延時，并且綜合多個導航系統(tǒng)的信息，進ー步提高導航定位的精度。目前發(fā)射GPS IIF衛(wèi)星在L5頻段引入的一個新民用信號恰好和伽利略系統(tǒng)的E5a頻段具有相同的中心頻率。未來發(fā)射的GPS III衛(wèi)星也將產(chǎn)生ー個與GALILEO E2-L1-E1頻段兼容的信號。考慮未來導航衛(wèi)星信號的分布格局，及多頻多模導航接收機的廣泛應用前景。本實用新型提出ー種工作在GPS L1/GALILE0 E2-L1-E1波段信號和GPS L5/GALILE0 E5a波段信號的低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置。
實用新型內(nèi)容本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題；提供了ー種實現(xiàn)了對GPSL1/GALILE0 E2-L1-E1波段信號和GPS L5/GALILE0 E5a的射頻信號的接收，并且裝置中兩路信號共用ー個一次變頻混頻器、頻率綜合器及中頻放大模塊實現(xiàn)了模塊的最大程度共用的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置。本實用新型再有一目的是解決現(xiàn)有技術所存在的等的技術問題；提供了ー種。本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，包括控制模塊以及分別與控制模塊連接的頻率合成模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以及低噪聲放大模塊，所述低噪聲放大模塊同一個一次下變頻混頻器模塊與I、Q有源全差分帶通濾波器模塊連接，所述頻率合成模塊還與一次下變頻混頻器模塊連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊還與I、Q有源全差分帶通濾波器模塊連接。本實用新型是這樣實現(xiàn)的GPS L1/GALILE0 E2-L1-E1波段信號和GPS L5/GALILEO E5a波段信號，分別通過兩路低噪聲放大器放大，放大后的信號通過所述聲表面濾波器濾除環(huán)境中干擾信號。放大濾波后的兩路信號通過所述射頻開關與后級模塊連接。被所述射頻開關連通的信號在所述的一次變頻混頻器中與所述頻率合成器產(chǎn)生的本振信號混頻，下變頻到所需中頻I、Q兩路信號。下變頻后的中頻I、Q兩路信號通過所述的一次變頻混頻器包含的可變增益放大器和固定増益放大器進行放大。所述可變増益放大器的増益由所述增益控制電路根據(jù)放大后信號幅度調(diào)節(jié)。中頻I、Q兩路的鏡像抑制由一次變頻混頻器自身完成。放大后的中頻I、Q兩路信號先通過所述I、Q有源全差分帶通濾波器進行濾波。濾波后的中頻I、Q兩路信號最后通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為所需的8位中頻數(shù)字信號。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，采用一次變頻低中頻結構，分時接收和解調(diào)GPS系統(tǒng)的LI波段信號L5波段信號以及GALILEO系統(tǒng)的E2-L1-E1波段信號和E5a波段信號。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在干，四路波段信號的中心頻率分別為GPS L1/GALILE0 E2-LトEl 為 1575. 42MHZ, GPS L5/GALILE0 E5a為1176. 45MHZ ;所述的頻 率合成器的本振信號頻率為1571. 328MHZ和1171. 335MHZ ;所述的帶通濾波器的帶寬為8MHZ ;所述的聲表面濾波器為1575. 42MHZ和1176. 45MHZ。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，所述的低噪聲放大模塊包含兩路低噪聲放大器、兩個聲表面濾波器和一個射頻開關；所述一次下變頻混頻器模塊包含自動增益放大器以及固定増益放大器。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，所述的GPS L1/GALILE0 E2-L1-E1波段信號和GPS L5/GALILE0 E5a波段信號，分別通過兩路低噪聲放大器放大，放大后的信號通過所述聲表面濾波器濾除環(huán)境中干擾信號后與射頻開關相連。射頻開關的三個端ロ分別與兩路信號的低噪聲放大器和混頻器相連。兩個射頻信道的切換采用射頻開關實現(xiàn)。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在干，頻率合成模塊產(chǎn)生的本振信號頻率由控制模塊通過串行接ロ控制。可以實現(xiàn)1571.328MHZ和1171. 335MHZ兩個頻點的輸出。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，通過所述的低噪聲放大模塊選擇放大后的信號在所述的一次下變頻混頻器中與所述頻率合成器產(chǎn)生的本振信號實現(xiàn)一次下變頻混頻，下變頻得到兩路I、Q兩路模擬基帶信號。下變頻后的中頻I、Q兩路模擬基帶信號通過所述的一次變頻混頻器包含的可變增益放大器和固定增益放大器進行放大。所述可變増益放大器的増益由所述增益控制電路根據(jù)放大后信號幅度調(diào)節(jié)。中頻I、Q兩路的鏡像抑制由一次下變頻混頻器自身完成。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，放大后的中頻I、Q兩路信號先通過所述I、Q有源全差分帶通濾波器進行帶通濾波。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，濾波后的中頻I、Q兩路信號最后通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為所需的8位中頻數(shù)字信號。在上述的ー種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，當需要兩個信道的其中一路被連通時，所述的控制模塊通過串行接ロ控制所述的頻率合成器產(chǎn)生相應頻率的本振信號，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出模式與數(shù)據(jù)格式也通過控制模塊控制，最后通過所述射頻開關切換到相應的信道。因此，本實用新型具有如下優(yōu)點實現(xiàn)了對GPS L1/GALILE0 E2-L1-E1波段信號和GPS L5/GALILE0 E5a的射頻信號的接收，并且裝置中兩路信號共用ー個一次變頻混頻器、頻率綜合器及中頻放大模塊實現(xiàn)了模塊的最大程度共用。
圖I是本實用新型低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端結構框圖。[0020]圖2是本實用新型低噪聲放大模塊的電路原理圖。圖3是本實用新型一次下變頻混頻器模塊的電路原理圖。圖4是本實用新型頻率合成模塊的電路原理圖。圖5是本實用新型I、Q有源全差分帶通濾波模塊的電路原理圖。圖6是本實用新型模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖。
具體實施方式下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進ー步具體的說明。實施例—種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，包括控制模塊以及分別與控制模塊連接的頻率合成模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以及低噪聲放大模塊，所述低噪聲放大模塊同一個一次下變頻混頻器模塊與I、Q有源全差分帶通濾波器模塊連接，所述頻率合成模塊還與一次下變頻混頻器模塊連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊還與I、Q有源全差分帶通濾波器模塊連接。如圖I所示，本實用新型的系統(tǒng)框圖如下GNSS信道天線首先與低噪聲放大模塊相連。被低噪放模塊放大和選擇后的信號再進ー步進入一次下變頻混頻器模塊與頻率合成模塊產(chǎn)生的本振信號混頻，使信號下變頻到所需的低中頻模擬信號。在一次下變頻混頻器模塊中包含一個可變増益放大器和固定増益放大器，它們使信號被放大到ー個合適的幅度。放大后的信號再通過I，Q全差分有源帶通濾波器模塊濾除信道外噪聲。經(jīng)過濾波后的信號進入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換為基帶解碼所需數(shù)字信號。整機的控制模塊由單片機組成，主要負責射頻信道，本振頻率的切換控制以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的控制輸出。圖2為圖I中的低噪聲放大模塊的電路原理圖。圖2中的RFl和RF2分別為GPSL1/GALILE0 E2-L1-E1 和 GPS L5/GALILE0 E5a 波段信號的 SMA 輸入口，LNAO 為經(jīng)射頻開關選通信道通路LNA的輸出ロ。Ul和U3為Infineon Technologies公司的BGA430芯片。該芯片為寬帶高增益LNA芯片，5V供電情況下，該芯片在導航頻段的增益可以達到28dB以上，噪聲系數(shù)在2. 4dB以下。C46、C48、C51、C53為LNA的輸入輸出匹配電容。U2和U4為中心頻率分別為1575. 42MHz和1176. 45MHz的聲表面波濾波器，用于濾除環(huán)境中的干擾信號。C47、C52為匹配濾波器的輸出匹配電容。SWl為高速射頻開關?？梢酝ㄟ^設置圖2中SELECT電平來實現(xiàn)兩個信道的切換，從而實現(xiàn)GPS L1/GALILE0 E2-L1-E1信號和GPS L5/GALILEO E5a信號的交替接收與解調(diào)。圖3為圖I中的一次下變頻混頻器原理圖。圖3中U5為ANALOG DEVICES公司的AD8347芯片。該芯片包含一個正交解調(diào)模塊，一個可變増益放大器及自動增益控制電路和ー個固定増益放大器；在最小増益下的輸入三階交調(diào)點為11. 5dBm，最大増益下的噪聲系數(shù)為lldB。圖3中LNAIN端ロ為芯片射頻信號輸入端，PLLIN端ロ為芯片本振信號輸入端，IN和IP端ロ為I路差分信號的輸出端，QN和QP端ロ為Q路差分信號的輸出端。R40、C89、C90組成射頻輸入信號匹配電路，R38、C67、C68組成本振電路輸入信號匹配電路。圖3中U6為巴倫，用于轉(zhuǎn)換本振信號為差分信號。射頻信號在與本振信號混頻前后分別由兩個可變增益放大器放大，該可變増益放大器的増益由一個自動增益控制電路控制。混頻和經(jīng)過可變增益放大器放大后產(chǎn)生的兩路I、Q信號，分別由U5芯片的8引腳和22引腳輸出，再通過U5芯片內(nèi)的ー個固定増益放大器放大，得到幅度合適的中頻信號。圖4為圖I中本振模塊的電路原理圖。圖中的U7為SILICON LABS公司的Si4133芯片。該芯片包含兩個射頻通道和一個中頻通道。其中兩個射頻通道的中心頻率范圍分別為RF1通道947-1720MHz，RF2通道789_1429MHz ;中心頻率確切值分別由連接在U13芯片4，5引腳和7，8引腳之間的電感大小決定。對于本實用新型所需本振信號，可以計算得至Ij，用于控制RFl通道的7，8引腳電感為O. 368nH，用于控制RF2通道的4，5之間電感值
I.54nH。I. 54nH電感可以利用PCB走線電感實現(xiàn)，O. 368nH電感也可以直接用PCB走線代替。芯片中兩個射頻通道共用ー個輸出口，由單片機通過串行接ロ即圖4中SDA、CLK、CS的引腳來指定選通通道。U8為溫補晶振，能產(chǎn)生頻率為16. 368MHz振蕩信號，用作鎖相環(huán)的參考頻率。圖中PLLO端ロ為芯片的射頻輸出口，輸出產(chǎn)生的本振信號。在連接合適大小的電感的前提下，通過芯片的串行接ロ配置正確的參考分頻比和VCO分頻比就可以使芯片的兩個射頻通道產(chǎn)生兩個頻率分別為1571. 328MHz和1171. 335MHz的本振信號，用于GP S LI/GALILEO E2-L1-E1 信號和 GPS L5/GALILE0 E5a 的解調(diào)。圖5為圖I中的I、Q全差分有源帶通濾波器模塊的電路原理圖。圖5中Wl，W2，W3，W4為ANALOG DEVICES公司的AD8132。該芯片的 3 dB帶寬為350 MHz，提供差分信號輸入與輸出，并且可以單電源(+5V)供電。QN、QP、IN、IP分別是Q路和I路差分中頻信號輸入端ロ。VQ+、VQ-、VI+、VI-分別是Q路和I路差分中頻信號輸出端ロ。Q路全差分有源帶通濾波模塊是采用Wl，W2與電容C18-C19、C21-C22、C24、C26、C28-C29，電阻R20-R23一起組成的ニ階全差分有源RC帶通濾波器。W1、W2的VCOM引腳上的電壓由R20，R21分壓獲得。通過同步調(diào)整C18/C26、C19/C24的比值可以調(diào)整Q路ニ階全差分有源RC帶通濾波器的增益。通過同步調(diào)整C21-C22、C28-C29、R20-R23的值，可以調(diào)整Q路ニ階全差分有源RC帶通濾波器的中心頻率。I路全差分有源帶通濾波模塊是采用W3、W4與電容C32-C33、C35-C36、C39-C40、C42-C43以及電阻R24-R27組成的ニ階全差分有源RC帶通濾波器。W3、W4的VCOM引腳上的電壓由R28-R29分壓獲得。通過同步調(diào)整C32/C29、C33/C40的比值可以調(diào)整ニ階全差分有源RC帶通濾波器的增益。通過同步調(diào)整C35-C36、C42-C43、R24-R27的值，可以調(diào)整I路ニ階全差分有源RC帶通濾波器的中心頻率。經(jīng)測試，ニ階全差分有源帶通濾波器模塊的中心頻率為4M左右，3 dB帶寬為8M左右，帶外抑制度為-30dB左右。圖6為模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊的電路原理圖。圖6中U9為ANALOG DEVICES的AD9288.AD9288是ー款雙通道8位單芯片采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置片內(nèi)采樣保持電路，編碼輸入為TTL/CM0S兼容，8位數(shù)字輸出為TTL/CM0S兼容，單獨的輸出電源引腳支持3. 3 V或2. 5 V邏輯接ロ。具有低成本、低功耗、尺寸小和易用性好等優(yōu)勢。電路中的VI+、VI-、VQ+、VQ-為AD9288的模擬信號輸入端ロ。DI0-DI7、DQ0-DQ7為AD9288的數(shù)字信號輸出端ロ。DFS、SI、S2為AD9288的數(shù)據(jù)輸出格式，模式的控制端ロ。VI+、VI-信號分別輸入到U9B的AINA、AINA負中，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號分別從DI0-DI7輸出。輸入的VQ+、VQ-信號分別輸入到U9B的AINB、AINB負中，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號分別從DQ0-DQ7輸出。U9的基準電壓由U9內(nèi)部產(chǎn)生，由6腳輸出后分別接到A路基準電壓參考輸入端5腳，B路基準電壓參考輸入端7腳?；鶞孰妷和ㄟ^C1-C3進行濾波，濾除高頻干擾。對U9數(shù)字部分電源采用C4-C7進行濾波，濾除高頻干擾。對U9模擬部分電源采用C11-C13進行濾波，濾除高頻干擾。U9所需要的采樣時鐘由板載時鐘電路產(chǎn)生。板載時鐘電路是由UlO有源晶振產(chǎn)生數(shù)字方波，數(shù)字方波經(jīng)過Ull、U12異或門電路后產(chǎn)生CLKA、CLKB。CLKA輸入到U9的A通道的采樣時鐘輸出端47腳，CLKB輸入到U9的B通道的采樣時鐘輸出端14腳。U9的4腳為輸出數(shù)據(jù)格式選擇管腳DFS.管腳DFS上的控制電壓為高吋，U9輸出的數(shù)字信號為互補ニ進制，反之為偏移ニ進制。U9的8，9腳為エ作模式選擇管腳51、52。S1、S2上不同的控制電壓組合可以U9工作在關閉狀態(tài)，A通道單獨工作狀態(tài)，A、B通道同步工作狀態(tài)，A, B通道異步工作狀態(tài)中的ー個。具體控制由控制模塊完成。S接收機射頻前端裝置，其特征在于，所述的低噪聲放大模塊包含兩路低 噪聲放大器、兩個聲表面濾波器和一個射頻開關；所述一次下變頻混頻器模塊包含自動增益放大器以及固定増益放大器。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
權利要求1.一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，包括控制模塊以及分別與控制模塊連接的頻率合成模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以及低噪聲放大模塊，所述低噪聲放大模塊同一個一次下變頻混頻器模塊與I、Q有源全差分帶通濾波器模塊連接，所述頻率合成模塊還與一次下變頻混頻器模塊連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊還與I、Q有源全差分帶通濾波器模塊連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，采用一次變頻低中頻結構，分時接收和解調(diào)GPS系統(tǒng)的LI波段信號L5波段信號以及GALILEO系統(tǒng)的E2-L1-E1波段信號和E5a波段信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，四路波段信號的中心頻率分別為GPS LI/GALILEO E2-L1-E1為1575. 42MHZ，GPSL5/GALILE0 E5a為1176. 45MHZ ;所述的頻率合成器的本振信號頻率為1571. 328MHZ和1171. 335MHZ ;所述的帶通濾波器的帶寬為8MHZ ;所述的聲表面濾波器為1575. 42MHZ和1176.45MHZ。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，所述的低噪聲放大模塊包含兩路低噪聲放大器、兩個聲表面濾波器和一個射頻開關；所述一次下變頻混頻器模塊包含自動增益放大器以及固定增益放大器。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，所述的GPS LI/GALILEO E2-L1-E1波段信號和GPS L5/GALILE0 E5a波段信號，分別通過兩路低噪聲放大器放大，放大后的信號通過所述聲表面濾波器濾除環(huán)境中干擾信號后與射頻開關相連，射頻開關的三個端口分別與兩路信號的低噪聲放大器和混頻器相連，兩個射頻信道的切換采用射頻開關實現(xiàn)。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，頻率合成模塊產(chǎn)生的本振信號頻率由控制模塊通過串行接口控制，可以實現(xiàn)1571. 328MHZ和1171. 335MHZ兩個頻點的輸出。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，通過所述的低噪聲放大模塊選擇放大后的信號在所述的一次下變頻混頻器中與所述頻率合成器產(chǎn)生的本振信號實現(xiàn)一次下變頻混頻，下變頻得到兩路I、Q兩路模擬基帶信號，下變頻后的中頻I、Q兩路模擬基帶信號通過所述的一次變頻混頻器包含的可變增益放大器和固定增益放大器進行放大，所述可變增益放大器的增益由所述增益控制電路根據(jù)放大后信號幅度調(diào)節(jié)，中頻I、Q兩路的鏡像抑制由一次下變頻混頻器自身完成。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，放大后的中頻I、Q兩路信號先通過所述I、Q有源全差分帶通濾波器進行帶通濾波。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，濾波后的中頻I、Q兩路信號最后通過所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為所需的8位中頻數(shù)字信號。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種低中頻雙頻雙模GNSS接收機射頻前端裝置，其特征在于，當需要兩個信道的其中一路被連通時，所述的控制模塊通過串行接口控制所述的頻率合成器產(chǎn)生相應頻率的本振信號，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出模式與數(shù)據(jù)格式也通過控制模塊控制，最后通過所述射頻開關切換到相應的信道。
專利摘要本實用新型公開了一種低中頻雙模雙頻GNSS接收機射頻前端裝置，該裝置包含一個低噪聲放大模塊、一個一次下變頻混頻器模塊、一個頻率合成模塊、一個I、Q有源全差分帶通濾波器模塊、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，一個控制模塊組成。該裝置的優(yōu)點在于通過射頻開關切換GPSL1/GALILEOE2-L1-E1波段信號和GPSL5/GALILEOE5a波段信號的兩路有用射頻信號；共用一個一次變頻混頻器和頻率綜合器、中頻濾波器，從而對接收機硬件實現(xiàn)了最大化復用，降低了整機成本和功耗，實現(xiàn)了對GPSL1/GALILEOE2-L1-E1波段信號和GPSL5/GALILEOE5a波段信號的交替接收與解調(diào)。
文檔編號G01S19/32GK202372644SQ201120526560
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權日2011年12月16日
發(fā)明者周細鳳, 江金光 申請人:武漢大學