資料介紹
新部署的導航衛星系統(GNSS),例如,歐洲Galileo和中國北斗2(曾叫指南針)以及更新的GLONASS導航衛星系統,正在推動業界研發新型定位接收器。新型接收器至少能夠處理L1波段的所有信號(大約1550-1610MHz),既包括共用同一GPS C/A L1載波頻率的衛星信號,即二進制偏移載波(BOC)的調制信號,例如, Galileo E1 Open Service (OS),也包括采用不同載波頻率的信號,例如,中心頻率略高(大約1550-1610 MHz)的基于FDMA的GLONASS信號或者以1561.098MHz為中心頻率的中國現有的北斗2 Open Service B1I信號。
定位接收器能夠接收兩個或更多不同導航衛星系統發射的信號有諸多好處,例如,系統穩健,搜到的衛星數量多,幾何精度系數高,在高樓林立城區等信號較弱的環境 內有更出色的定位性能和更高的定位精度,這是因為如果處理得當,BOC調制信號可取得比GPS C/A代碼更高的調諧精度和更高的多通道抑制比。
為處理所有這些信號,GNSS接收機對帶寬、線性和抗干擾性能的要求比傳統的消費類GPS接收機更高。這些要求對FE (射頻前端)設計人員提出了新的挑戰。最后,為了能夠集成在多個平臺內,射頻前端必須符合不同頻帶,特別是通信和遠程信息處理系統最常用頻帶的要求。
本文介紹一個采用65nm CMOS制造工藝的低功耗的GPS/Galileo L1/E1 OS、GLONASS和北斗2-B1I射頻前端芯片。對于Galileo系統,考慮到中頻濾波器的帶寬僅比4MHz略高,根據大眾市場產品(消費電子產品 和汽車)的性能要求,我們決定只支持OS Composite-BOC信號中的BOC(1,1)調制信號。
該射頻前端可在幾個不同的基本功能之間切換:僅GPS模式(窄帶中頻,大約2 MHz)、GPS/Galileo 模式(寬帶中頻,大約4 MHz)、僅GLONASS模式、GPS/GLONASS模式、GPS/Galileo/GLONASS (G3)模式、僅北斗2模式、GPS/北斗2模式、GPS/Galileo/北斗2模式和GPS/Galileo /GLONASS/北斗2模式(GLONASS和北斗2信號強度有所降低,其中部分原因是在相關中頻濾波器內兩個信號重疊)。
我們將默認外部參考頻率設定為26 MHz。但是該芯片有一個可編程頻率合成器,通過串行外設接口SPI提供的正確設置,我們可以將常用TCXO (溫補晶振)頻率中的大部分頻率設為參考頻率。
射頻前端概述和系統架構
表1列出了這個L1/E1/G1/B1射頻前端設計的規格目標,圖1是接收器的簡明框圖。對于GPS/Galileo信號,接收器采用低中頻的單下變頻架構,中頻頻率為4 f0 (f0=1.023 MHz)。
表1: GPS/GALILEO/GLONASS L1/E1前端參數規格
表2:支持的部分TCXO頻率和分頻數值
對于GLONASS信號,接收器采用低中頻的雙下變頻架構,并與GPS/Galileo通道共用第1下變頻混頻器,最終中頻約為8.566MHz。對于現在 的北斗2 B1I信號,系統架構是單下變頻,在第一混頻器后,利用1571.328MHz本振頻率取得大約10 f0鏡像信號。下變頻頻率方案如圖2所示。所需的頻率全都由一個全嵌入式鎖相環生成,所有處理信號的采樣頻率為64 f0。
定位接收器能夠接收兩個或更多不同導航衛星系統發射的信號有諸多好處,例如,系統穩健,搜到的衛星數量多,幾何精度系數高,在高樓林立城區等信號較弱的環境 內有更出色的定位性能和更高的定位精度,這是因為如果處理得當,BOC調制信號可取得比GPS C/A代碼更高的調諧精度和更高的多通道抑制比。
為處理所有這些信號,GNSS接收機對帶寬、線性和抗干擾性能的要求比傳統的消費類GPS接收機更高。這些要求對FE (射頻前端)設計人員提出了新的挑戰。最后,為了能夠集成在多個平臺內,射頻前端必須符合不同頻帶,特別是通信和遠程信息處理系統最常用頻帶的要求。
本文介紹一個采用65nm CMOS制造工藝的低功耗的GPS/Galileo L1/E1 OS、GLONASS和北斗2-B1I射頻前端芯片。對于Galileo系統,考慮到中頻濾波器的帶寬僅比4MHz略高,根據大眾市場產品(消費電子產品 和汽車)的性能要求,我們決定只支持OS Composite-BOC信號中的BOC(1,1)調制信號。
該射頻前端可在幾個不同的基本功能之間切換:僅GPS模式(窄帶中頻,大約2 MHz)、GPS/Galileo 模式(寬帶中頻,大約4 MHz)、僅GLONASS模式、GPS/GLONASS模式、GPS/Galileo/GLONASS (G3)模式、僅北斗2模式、GPS/北斗2模式、GPS/Galileo/北斗2模式和GPS/Galileo /GLONASS/北斗2模式(GLONASS和北斗2信號強度有所降低,其中部分原因是在相關中頻濾波器內兩個信號重疊)。
我們將默認外部參考頻率設定為26 MHz。但是該芯片有一個可編程頻率合成器,通過串行外設接口SPI提供的正確設置,我們可以將常用TCXO (溫補晶振)頻率中的大部分頻率設為參考頻率。
射頻前端概述和系統架構
表1列出了這個L1/E1/G1/B1射頻前端設計的規格目標,圖1是接收器的簡明框圖。對于GPS/Galileo信號,接收器采用低中頻的單下變頻架構,中頻頻率為4 f0 (f0=1.023 MHz)。
表1: GPS/GALILEO/GLONASS L1/E1前端參數規格
表2:支持的部分TCXO頻率和分頻數值
對于GLONASS信號,接收器采用低中頻的雙下變頻架構,并與GPS/Galileo通道共用第1下變頻混頻器,最終中頻約為8.566MHz。對于現在 的北斗2 B1I信號,系統架構是單下變頻,在第一混頻器后,利用1571.328MHz本振頻率取得大約10 f0鏡像信號。下變頻頻率方案如圖2所示。所需的頻率全都由一個全嵌入式鎖相環生成,所有處理信號的采樣頻率為64 f0。
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