CN101162266B - 全球定位系统接收器与手持电子装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全球定位系统接收器与手持电子装置，该全球定位系统接收器整合在一个系统中，包括参考频率源、混频器、多相滤波器、通道选择滤波器以及模数转换器。参考频率源，用来提供参考频率。混频器，用来降频转换GPS信号以产生同相信号与正交信号。多相滤波器，耦接混频器，用来根据同相信号与正交信号产生中频信号。通道选择滤波器，耦接多相滤波器，接收中频信号并从中频信号中过滤掉不需要的频道的信号。模数转换器，耦接通道选择滤波器与上述参考频率源，用来根据上述参考频率转换通道选择滤波器输出的信号为数字输出信号，其中数字输出信号被输出到上述系统。本发明提供的装置可以具有GPS服务，满足用户的需求。
Description
技术领域
本发明提供一种全球定位系统接收器，特别是一种整合了码分多址系统(CDMA)的全球定位系统接收器。
背景技术
全球定位系统(Global Positioning System，GPS)接收器原先主要是应用在军事与救援的用途上，而目前则是被广泛地运用在商业领域上。定位服务，使用手机来达成的紧急定位，个人的GPS接收器等等，都是目前通过GPS接收器来完成的新兴产品与服务。因此，市场上存在将GPS功能加入到无线通讯装置的很大的需求。更具体的来说，具有GPS功能与CDMA功能的无线通讯装置是特别受到瞩目的。因此，将CDMA系统与GPS系统整合在一个手持电子装置是有其需求的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以为手机增加GPS服务的装置。
本发明的一实施方式是一种全球定位系统接收器，整合在一个系统中，包括混频器、多相滤波器、通道选择滤波器、模数转换器、参考频率源以及锁相环单元(Phase Locked Loop unit，PLL unit)。混频器，用以降频转换GPS信号来产生包含同相信号与正交信号的中频信号。多相滤波器，用来根据同相信号与正交信号产生中频信号。通道选择滤波器，接收中频信号并从中频信号中过滤掉不需要的频道的信号。模数转换器，用来将通道选择滤波器输出的信号转换为数字输出信号。参考频率源，为模数转换器提供参考频率。锁相环单元接收参考频率，用来给混频器产生频率来进行降频动作。
本发明的另一实施方式为一种全球定位系统接收器，包括频率源、单平衡混频器、多相滤波器、通道选择滤波器、模数转换器、第一分频器和第二分频器、锁相环单元。频率源，用来产生具有第一频率的参考频率信号。单平衡混频器，用来降频转换GPS信号来产生同相信号与正交信号。多相滤波器，用来根据同相信号与正交信号产生中频信号。通道选择滤波器，接收中频信号并自中频信号中过滤掉不需要的频道的信号。模数转换器耦接频率源，用来将通道选择滤波器输出的信号转换为数字输出信号，其中模数转换器的取样频率是根据接收的参考频率信号所确定。第三分频器，耦接频率源，用来对参考频率信号分频，并输出给锁相环单元；以及锁相环单元，耦接于第三分频器与第四分频器之间，接收第三分频器的输出，根据需要的中频频率产生并输出频率信号到第四分频器，然后第四分频器将频率信号除以2送到单平衡混频器。
本发明的另一实施方式为一种手持电子装置，其整合全球定位系统与移动电话系统，包括移动电话模块、全球定位系统模块、控制器以及全球定位系统接收器。移动电话模块，具有第一参考频率信号，其频率大致是26MHz。全球定位系统模块，具有第二参考频率信号，其频率大致是16.368MHz。参考频率源，产生第一参考频率信号或第二参考频率信号。全球定位系统接收器更包括混频器、多相滤波器、通道选择滤波器、模数转换器以及锁相环单元。混频器，用来降频转换GPS信号来产生同相信号与正交信号。多相滤波器，用来根据同相信号与正交信号产生中频信号。通道选择滤波器，接收中频信号并从中频信号中过滤掉不需要的频道的信号。模数转换器，耦接参考频率源，用来根据接收的第一参考频率信号或第二参考频率信号将通道选择滤波器输出的信号转换为数字输出信号。锁相环单元，受控于控制器，接收第一参考频率信号或第二参考频率信号来产生并输出频率信号到混频器的频带上。
本发明的技术可以使手机拥有全球定位系统的功能，使手机的功能更能满足用户的需求。
附图说明
图1是根据本发明的全球定位系统接收器的一实施方式的示意图。
图2是根据本发明的全球定位系统接收器的另一实施方式的示意图。
图3是根据本发明的全球定位系统接收器的另一实施方式的示意图。
图4为整合移动电话与GPS系统的手持电子装置的一实施方式的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明的全球定位系统接收器的实施方式的示意图。GPS信号通过GPS天线10接收，接着被传送到低噪放大器(Low Noise Amplifier，LNA)11。在实施方式中，LNA 11可能内建于天线10或是全球定位系统接收器中。在实施方式中，LNA 11包括滤波器，用以过滤掉接收信号中的干扰信号。在实施方式中，滤波器可以是低通滤波器或带通滤波器。混频器12接收并处理由LNA 11传送来的GPS信号，并根据锁相环单元(Phase Locked Loop unit，PLL unit)19产生的输出信号的频率来产生同相信号I与正交信号Q。接着，同相信号I与正交信号Q被传送到多相滤波器13，用来产生差动中频(IF)输出信号。GPS信号的中心频率大致为1575.42MHz，被混频器12降频到中心频率约为4MHz的中频信号。通道选择滤波器14接收来自多相滤波器13的信号，并过滤掉不需要的信号。增益放大器15用来放大通道选择滤波器14输出的信号。增益放大器15可能为模拟控制的可调变增益放大器或是数字控制的程控(programmable)增益放大器(VGA/PGA)。模数转换器(ADC)16根据由参考频率源17产生的参考频率将增益放大器15输出的信号转换为数字输出信号。在实施方式中，参考频率源17为频率时钟缓冲器(frequency clock buffer)，接收并转换来自外部频率源18的外部频率信号为数字频率信号。外部频率源18的一实施方式为温度补偿石英振荡器。在另一实施方式中，参考频率源17为受控于外部频率源18的振荡器。
锁相环单元19根据参考频率源17产生的参考频率，产生输出信号，输出信号的频率大致是1571.42MHz或1579.42MHz。分频器194接收压控振荡器(voltage controlled oscillator)195的输出信号，并对输出信号除以预定值N。相频检测(PFD)单元191用来测量压控振荡器195的输出信号与参考频率的相位差与频率差，用来产生差动信号UP与差动信号DN。电荷泵电路192接收并将差动信号UP与差动信号DN转换为电流。接着，环路滤波器193，用来接收并将电流转换为电压，并输入到压控振荡器195。其中压控振荡器195的输出信号的频率为参考频率源17产生的参考频率的N倍。
图2与图3是更进一步说明本发明的全球定位系统接收器。在图2中，参考频率源208提供频率为16.368MHz的第一频率信号。在图3中，参考频率源308提供频率为26MHz的第二频率信号，其中第二频率信号可以由GSM移动电话系统或CDMA移动电话系统所提供。
图2是根据本发明的全球定位系统接收器的另一实施方式的示意图。频率约为1571.42MHz的GPS信号通过GPS天线200接收，接着被传送到低噪放大器(Low Noise Amplifier，LNA)201。在实施方式中，LNA 201可能内建在天线200或是全球定位系统接收器中。在实施方式中，LNA 201包括滤波器，用来过滤掉接收信号中不需要的干扰信号。在实施方式中，滤波器可以是低通滤波器或带通滤波器。单平衡混频器202接收并处理由LNA 201传送来的GPS信号，并根据锁相环单元211产生的输出信号的频率来产生同相信号I与正交信号Q。接着，同相信号I与正交信号Q先被传送到高低频边抑制选择单元203，再传送到多相滤波器204，用来产生差动中频(IF)信号。高低频边抑制选择单元203与多相滤波器204运作来消除单平衡混频器202的镜像信号(image signal)，并传送所需要的信号到通道选择滤波器205。中心频率约为1571.42MHz的GPS信号通过单平衡混频器202被降频到频率约为4MHz的中频信号。通道选择滤波器205接收来自多相滤波器204输出的中频信号，而且过滤掉不需要的信道信号。增益放大器206用来放大通道选择滤波器205的输出信号。增益放大器206可以是模拟控制的可调变增益放大器或是数字控制的程控增益放大器(VGA/PGA)。ADC 207根据由参考频率源208产生的参考频率转换增益放大器206输出的信号为数字输出信号。在实施方式中，参考频率源208为频率时钟缓冲器(frequency clock buffer)，接收并转换来自外部频率源209的模拟外部频率信号为数字频率信号。外部频率源209的实施方式为温度补偿石英振荡器。在另一实施方式中，参考频率源208是受控于外部频率源209的振荡器。在另一实施方式中，参考频率源208与外部频率源209可整合在一起实现。在另一实施方式中，参考频率源208可单独实现而不需要外部频率源209。
锁相环单元211根据参考频率源208产生的参考频率，产生输出信号，输出信号的频率大致是3142.84MHz。更进一步来说，输出信号的频率是根据单平衡混频器202的频带所决定。由参考频率源208产生的第一频率信号，其频率约为16.368MHz，被传送到锁相环单元211。在本实施方式中，锁相环单元211输出信号的频率为3142.656MHz，接近于预期的频率3142.84MHz。分频器219为两阶式(two step)分频器，接收压控振荡器218的输出信号，并将输出信号除以192。分频器219包括第一分频器216与第二分频器215。第一分频器216接收压控振荡器218的输出信号，并将输出信号除以2。第二分频器215接收第一分频器216的输出信号，并将输出信号除以96。在本实施方式中，压控振荡器218的输出信号采用两阶式的分频，这是为了得到较佳的效能，而且分频器在实现上也较为容易。在其它实施方式中，第一分频器216与第二分频器215可被整合为一个单一的分频器，用以直接对压控振荡器218的输出信号除以192。PFD单元213用来测量压控振荡器218的输出信号与参考频率的相位差与频率差，用来产生差动信号UP与差动信号DN。电荷泵电路214接收并将差动信号UP与差动信号DN转换为电流。接着，环路滤波器217，用来接收并将电流转换为电压，并输入到压控振荡器218来产生输出信号，其频率约为3142.656MHz。必须注意的是，电荷泵电路214输出的电流是可程控(programmable)的，因此可以共享相同的环路滤波器。此外环路滤波器217可以是固定或是可程控，也可以内嵌在芯片内(on-chip)或是外接于芯片(off-chip)。在锁相环单元211的输出信号进入到单平衡混频器202之前，分频器212会先对锁相环单元211的输出信号的频率除以2，并产生正交频率信号给单平衡混频器202，其中锁相环单元211的输出信号的频率为3142.656MHz。在其它的实施方式中，若锁相环单元211的输出信号的频率为1571.328MHz，锁相环单元211的输出信号会被传送到多相正交产生器(poly-phase quadrature generator)后直接输入到单平衡混频器202，而不经过分频器212。此外，本发明的全球定位系统接收器可直接实现在GPS单个装置内。
图3是根据本发明的全球定位系统接收器的另一实施方式的示意图。频率约为1579.42MHz的GPS信号通过S天线300接收，接着被传送到低噪放大器(Low Noise Amplifier，LNA)301。在实施方式中，LNA 301可以内建在天线300或是全球定位系统接收器中。在实施方式中，LNA 301包括滤波器，用来过滤掉接收信号中不要的干扰信号。在实施方式中，滤波器可以是低通滤波器或带通滤波器。单平衡混频器302接收并处理由LNA 301传送来的GPS信号，并根据锁相环单元311产生的输出信号的频率来产生同相信号I与正交信号Q。接着，同相信号I与正交信号Q先被传送到高低频边抑制选择单元303，再传送到多相滤波器304，用来产生差动中频(IF)信号。高低频边抑制选择单元303与多相滤波器304运作用来消除单平衡混频器302的镜像信号，并传送所需要的信号到通道选择滤波器305。中心频率约为1579.42MHz的GPS信号通过单平衡混频器302被降频到频率约为4MHz的中频信号。通道选择滤波器305接收来自多相滤波器304输出的中频信号，而且过滤掉不需要的信道信号。增益放大器306用来放大通道选择滤波器305的输出信号。增益放大器306可以是模拟控制的可调变增益放大器或是数字控制的程控增益放大器。ADC 307根据由参考频率源308产生的参考频率转换增益放大器306输出的信号为数字输出信号。在实施方式中，参考频率源308为频率时钟缓冲器(frequency clock buffer)，接收并将来自外部频率源309的模拟频率信号转换为数字频率信号。外部频率源309的一实施方式是温度补偿石英振荡器。在另一实施方式中，参考频率源308是受控于外部频率源309的振荡器。在另一实施方式中，参考频率源308与外部频率源309可整合在一起实现。在另一实施方式中，参考频率源308可单独实现而不需要外部频率源309。
锁相环单元311根据参考频率源308产生的参考频率，产生输出信号，输出信号的频率大致是3158.84MHz。更进一步来说，输出信号的频率是根据单平衡混频器302的频带所确定。当分频器310接收到由参考频率源308产生的第一频率信号时，其中第一频率信号的频率约为26MHz，分频器310将第一频率信号除以4。在本实施方式中，PLL单元211输出信号的频率为3159MHz。分频器319为两阶式(two step)分频器，接收压控振荡器318的输出信号，并将输出信号除以486。分频器319包括第一分频器316与第二分频器315。第一分频器316接收压控振荡器318的输出信号，并将输出信号除以2。第二分频器315接收第一分频器316的输出信号，并将输出信号除以243。在本实施方式中，压控振荡器218的输出信号采用两阶式的分频操作，这是为了得到较佳的效能，而且这样的分频器在实现上也较为容易。在其它实施方式中，第一分频器316与第二分频器315可被整合成一个单一的分频器，用来直接对压控振荡器318的输出信号除以486。PFD单元313用来测量压控振荡器318的输出信号与参考频率的相位差与频率差，用来产生差动信号UP与差动信号DN。电荷泵电路314接收并转换差动信号UP与差动信号DN为电流。接着，环路滤波器317，用来接收并转换电流为电压，并输入到压控振荡器318来产生输出信号，其频率约为3159MHz。在锁相环单元311的输出信号进入到单平衡混频器302之前，分频器312会先对压控振荡器318的输出信号的频率除以2，其中锁相环单元311的输出信号的频率为3159MHz。在其它的实施方式中，若锁相环单元311的输出信号的频率为1579.5MHz，则锁相环单元311的输出信号会被直接输入到单平衡混频器302，而不经过分频器312。此外，本发明的全球定位系统接收器可被整合在具有GPS功能的移动电话装置。
图4为整合移动电话与GPS系统的手持电子装置的一实施方式的示意图。手持电子装置41包括CDMA模块42、GPS模块43、控制器44、频率产生器45、外围电路46以及显示装置47。GPS模块43从频率产生器45或CDMA模块42中接收参考频率信号。控制器44用来控制GPS模块43是从频率产生器45还是从CDMA模块42中来接收参考频率信号。控制器44更控制外围电路46，如键盘模块、音效装置或是无线网络模块。控制器44根据GPS模块43、CDMA模块42与外围电路46，控制并使显示装置47显示对应的数据，其中显示装置47可以为薄膜晶体管显示器(TFT display)，有机发光二极管显示器(OLED display)或是液晶显示器(LCD display)。然而本发明并非限制在移动电话系统的应用中。本发明的全球定位系统接收器可被使用在其它的电子系统，如车用GPS装置，移动计算机或是个人数字助理。
虽然本发明已用具体实施方式揭露如上，然其仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于上述实施方式，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (21)
1.一种全球定位系统接收器，其整合在一个系统中，所述全球定位系统接收器包括：
参考频率源，用来提供参考频率；
混频器，用来降频转换GPS信号来产生同相信号与正交信号；
多相滤波器，耦接上述混频器，用来根据上述同相信号与上述正交信号产生差动中频信号；
通道选择滤波器，耦接上述多相滤波器，接收上述差动中频信号并从上述差动中频信号中过滤掉不需要的频道信号；以及
模数转换器，耦接上述通道选择滤波器与上述参考频率源，用来根据上述参考频率将上述通道选择滤波器输出的信号转换成数字输出信号，其中上述数字输出信号被输出到上述系统。
2.如权利要求1所述的全球定位系统接收器，其特征在于，所述全球定位系统接收器还包括：
锁相环单元，耦接上述参考频率源与上述混频器，用来接收上述参考频率且产生供上述混频器降频转换使用的频率信号。
3.如权利要求1所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述全球定位系统接收器还耦接天线，并且还包括低噪放大器，耦接在上述天线与上述混频器之间。
4.如权利要求1所述的全球定位系统接收器，其特征在于，所述全球定位系统接收器还包括可变增益放大器，耦接在上述通道选择滤波器与上述模数转换器之间。
5.如权利要求1所述的全球定位系统接收器，其特征在于，所述全球定位系统接收器还包括可程控增益放大器，耦接在上述通道选择滤波器与上述模数转换器之间。
6.如权利要求2所述的全球定位系统接收器，其特征在于，所述全球定位系统接收器还包括外接频率源，耦接上述参考频率源。
7.如权利要求1所述的全球定位系统接收器，其特征在于，所述全球定位系统接收器还包括高低频边抑制选择单元，耦接在上述混频器与上述多相滤波器之间，用来消除上述混频器位于高频与低频时的镜像信号。
8.如权利要求2所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述锁相环单元还包括：
分频器，用以将压控振荡器输出的频率信号除以N来产生反馈信号；
相频检测单元，用来测量上述反馈信号与上述参考频率的相位差与频率差，产生差动信号UP与差动信号DN；
电荷泵电路，接收并将上述差动信号UP与上述差动信号DN转换为电流；以及
环路滤波器，用来接收并将上述电流转换为电压，
其中上述压控振荡器，根据上述电压产生上述频率信号。
9.如权利要求8所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述参考频率的频率大致是16.368MHz，且N的值为192。
10.如权利要求9所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述分频器还包括：
第一分频器，用来将上述压控振荡器输出的频率信号除以2；以及
第二分频器，用来将上述第一分频器输出的信号除以96。
11.如权利要求8所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述参考频率的频率大致是26MHz，且N的值为486。
12.如权利要求11所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述分频器还包括：
第一分频器，用来将上述压控振荡器输出的频率信号除以2；以及
第二分频器，用来将上述第一分频器输出的信号除以243。
13.如权利要求1所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述混频器是单平衡混频器或双平衡混频器。
14.如权利要求2所述的全球定位系统接收器，其特征在于，所述全球定位系统接收器还包括第三分频器，耦接上述参考频率源，用来将上述参考频率除以4，并输出给上述锁相环单元。
15.一种全球定位系统接收器，该全球定位系统接收器包括：
频率源，用来产生具有第一频率的参考频率信号；
单平衡混频器，用来降频转换GPS信号来产生同相信号与正交信号；
多相滤波器，耦接上述单平衡混频器，用来根据上述同相信号与上述正交信号产生中频信号；
通道选择滤波器，耦接上述多相滤波器，接收上述中频信号并从上述中频信号中过滤掉不需要的频道信号；
模数转换器，耦接上述通道选择滤波器与上述频率源，用来将上述通道选择滤波器输出的信号转换为数字输出信号，其中上述模数转换器的取样频率是根据接收的上述参考频率信号所决定；
第三分频器，耦接上述频率源，用来对上述参考频率信号分频；以及
锁相环单元，耦接于上述第三分频器，接收上述第三分频器的输出，根据需要的中频频率产生并输出频率信号到第四分频器；以及第四分频器，用来将上述锁相环单元输出的频率信号除以2送到上述单平衡混频器。
16.如权利要求15所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述锁相环单元还包括：
第一分频器，耦接压控振荡器，用来对上述压控振荡器输出的频率信号分频；
第二分频器，耦接上述第一分频器，用来对上述第一分频器的输出信号分频，用来产生反馈信号；
相频检测单元，用来测量上述反馈信号与上述参考频率信号的相位差与频率差，产生差动信号UP与差动信号DN；
电荷泵电路，接收并将上述差动信号UP与上述差动信号DN转换为电流；以及
环路滤波器，用以接收并将该电流转换为电压，
其中上述压控振荡器，根据上述电压产生上述频率信号。
17.如权利要求16所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述第一频率大致是16.368MHz，上述第三分频器是除一电路，上述第一分频器是除二电路，且上述第二分频器用来将上述第三分频器的输出信号除以96。
18.如权利要求16所述的全球定位系统接收器，其特征在于，上述第一频率大致是26MHz，上述第三分频器是除四电路，上述第一分频器是除二电路，且上述第二分频器用来将上述第三分频器的输出信号除以243。
19.一种手持电子装置，其整合了全球定位系统与移动电话系统，所述手持电子装置包括：
移动电话模块，具有第一参考频率信号，其频率大致是26MHz；
全球定位系统模块，具有第二参考频率信号，其频率大致是16.368MHz；
参考频率源，产生上述第一参考频率信号或上述第二参考频率信号；
控制器；以及
全球定位系统接收器，该全球定位系统接收器包括：
混频器，用来降频转换GPS信号来产生同相信号与正交信号；
多相滤波器，耦接上述混频器，用来根据上述同相信号与上述正交信号产生中频信号；
通道选择滤波器，耦接上述多相滤波器，接收上述中频信号并自上述中频信号中过滤掉不需要的频道信号；以及
模数转换器，耦接上述通道选择滤波器与上述参考频率源，用来根据接收的上述第一参考频率信号或上述第二参考频率信号转换上述通道选择滤波器输出的信号为数字输出信号；以及
锁相环单元，受控于上述控制器，接收上述第一参考频率信号或上述第二参考频率信号来产生并输出频率信号到上述混频器。
20.如权利要求19所述的手持电子装置，其特征在于，上述手持电子装置还包括：
第一分频器，耦接上述参考频率源，用来分频输入的参考频率信号；
第二分频器，耦接压控振荡器与上述混频器，在上述压控振荡器输出的频率信号进入上述混频器前对上述频率信号分频；以及
上述锁相环单元还包括：
第三分频器，耦接上述压控振荡器与第四分频器之间，用来分频上述压控振荡器输出的上述频率信号；
第四分频器，用来对上述第三分频器的输出信号分频，来产生反馈信号；
相频检测单元，用来测量上述反馈信号与上述第一分频器分频后上述参考频率信号的相位差与频率差，产生差动信号UP与差动信号DN；
电荷泵电路，接收并将上述差动信号UP与上述差动信号DN转换为电流；以及
环路滤波器，用来接收并将上述电流转换为电压，
其中上述压控振荡器，根据上述电压产生上述频率信号。
21.如权利要求20所述的手持电子装置，其特征在于，上述环路滤波器是内嵌于芯片。
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