CN108072884A - 全球定位系统与北斗卫星导航系统单通道双模射频接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全球定位系统与北斗卫星导航系统单通道双模射频接收机,包括低噪声放大器、混频器、开关多相位镜像抑制滤波器、中频滤波器、频率综合器、模数信号转换器和自动增益控制信号放大器。该装置能同时接收全球定位系统L1波段和北斗二代卫星导航系统B1波段的射频信号,通过下变频到中频范围,经过镜像抑制,再经自动增益控制信号放大器放大后进入模数信号转换器,最后将中频模拟信号采样、量化为数字信号输出。该装置对传统双通道双模结构进行了精简与优化,降低了接收机的芯片面积与功耗,具有结构简单、体积小、功耗低的特点,可广泛用于交通运输车辆、船只等领域,有很好的社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于射频信号领域,具体涉及一种全球定位系统与北斗卫星导航系统单通道双模射频接收机。
背景技术
目前,中国的民用卫星导航市场绝大多数份额被GPS产品占据。随着北斗二代卫星导航系统的建立,北斗二代卫星导航系统信号接收机也已实现。但北斗二代卫星定位导航系统目前只能覆盖以我国境内为主的亚太大部分地区,就覆盖范围而言,GPS仍优于北斗系统。全球定位系统与北斗二代卫星导航系统双模射频信号接收机,结合了二者的优点,既能克服北斗系统目前不能覆盖全球范围的缺点,又摆脱了对单一导航系统的依赖,还可以提高定位和导航的精度。
目前市场上的全球定位系统与北斗二代卫星导航系统双模射频信号接收机,绝大多数以双通道为主,即用于接收GPS和BDS信号的两个完全独立的通道同时存在于接收机内。但双通道双模射频信号接收机存在芯片面积大、功耗大、成本高的缺点。相比于双通道双模射频信号接收机,单通道双模射频信号接收机可分时复用接收GPS和BDS信号,在继承双通道双模射频信号接收机诸多优点的基础上,同时具备芯片面积小、功耗小、成本低的优点,应用于移动终端的实用性更强。
发明内容
针对以上不足,本发明的目的在于提供一种全球定位系统与北斗卫星导航系统单通道双模射频接收机,采用单通道接收GPS L1波段信号与BDS B1波段信号,使得接收机芯片面积小、功耗小、成本低。
为达到以上目的,本发明采用的技术方案为:
一种全球定位系统与北斗卫星导航系统单通道双模射频接收机,包括:
低噪声放大器,用于对被引入的GPS L1波段信号与BDS B1波段信号进行放大,并保证极低的噪声系数;
混频器,接收经所述低噪声放大器放大后的GPS L1波段信号与BDS B1波段信号后,利用频率综合器提供的本地振荡信号对所述GPS L1波段信号与BDS B1波段信号进行下变频,将频率变换到中频范围成为中频模拟信号;
开关多相位镜像抑制滤波器,用于导通和滤除经所述混频器下变频后的GPS L1波段与BDS B1波段中频模拟信号,其中,当GPS输入端的电平为高、BDS输入端的电平为低时,BDS B1波段信号作为定位信号被导通,GPS L1波段信号作为镜像信号被滤除;当GPS输入端的电平为低、BDS输入端的电平为高时,GPS L1波段信号作为定位信号被导通,BDS B1波段信号作为镜像信号被滤除;
中频滤波器,对经所述开关多相位镜像抑制滤波器导通的中频模拟信号中的定位信号进行滤波处理,选出需要的混频分量,抵制掉其他不需要的信号;
自动增益控制信号放大器,用于对由所述中频滤波器滤波后的中频模拟信号进行增益,其中,所述增益自动随卫星信号的强弱程度而调整;
模数信号转换器,用于对经自动增益控制信号放大器放大的中频模拟信号进行采样且量化为数字信号输出;
所述GPS L1波段信号与BDS B1波段信号分时共用整个单通道;
所述GPS L1波段信号与BDS B1波段信号的中频频带右端对齐,处在8.6955MHz以内,具有相同的中频低通带宽;
所述混频器为共用跨导级的双平衡有源混频器结构;
所述本地振荡信号的频率为1567.7475MHz;
所述开关多相位镜像抑制滤波器采用开关控制选择接收GPS L1波段信号与BDSB1波段信号;
所述开关多相位镜像抑制滤波器对接收的GPS L1波段信号与BDS B1波段信号产生35dB以上的抑制;
所述模数信号转换器的精度为4位。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种单通道双模射频接收机整体结构示意框图;
图2为图1的混频器的示意性电路框图;
图3为图1的开关多相位镜像抑制滤波器的示意性电路框图;
图4(a)-(b)为图3的开关多相位镜像抑制滤波器的电路仿真结果图;
其中,图4(a)为接收BDS B1时的镜像抑制电路仿真结果图,图4(b)为接收GPS L1时的镜像抑制电路仿真结果图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的技术方案进行详细描述。
参见图1,一种单通道双模射频接收机,包括低噪声放大器、混频器、开关多相位镜像抑制滤波器、中频滤波器、自动增益控制信号放大器、模数信号转换器和频率综合器。GPSL1波段信号与BDS B1波段信号分时共用整个单通道,通过采用一次下变频低中频结构,由天线引入低噪声放大器,低噪声放大器对信号进行放大,并保证极低的噪声系数;信号经放大后送到混频器,混频器利用频率综合器提供的本地振荡信号对射频信号进行下变频,将信号频率降到中频范围成为中频模拟信号。本实施例中,频率综合器提供的本地振荡信号的频率优选为1567.7475MHz。经过下变频后,GPS L1波段信号与BDS B1波段信号的中频位于不同的频点:GPS L1波段信号的中频位置为7.6725MHz+/-1.023MHz,中频频带为6.6495MHz~8.6955MHz;BDS B1波段信号的中频位置为6.6495MHz+/-2.046MHz,中频频带为4.6035MHz~8.6955MHz。GPS L1波段信号和BDS B1波段信号的中频频带右端对齐,均处在8.6955MHz以内,具有相同的中频低通带宽。因此,对于GPS L1波段信号和BDS B1波段信号,中频滤波器和自动增益控制信号放大器的带宽保持不变,即可共用中频滤波器及自动增益控制信号放大器,可以降低芯片面积与功耗。在开关多相位镜像抑制滤波器的开关控制下,对于经过混频器下变频之后的GPS L1波段与BDS B1波段中频模拟信号,二者中某一路信号作为定位信号被导通,而另一路信号作为其镜像信号被滤除。同时,镜像信号(GPSL1/BDS B1)对另一路定位信号(BDS L1/GPS B1)的干扰几乎可以忽略不计。经过开关多相位镜像抑制滤波器滤除镜像信号之后的中频模拟信号经过中频滤波器滤波后,选出需要的混频分量,抵制掉其他不需要的信号。随后,滤波信号进入自动增益控制信号放大器进行增益,其增益自动随卫星信号的强弱程度而在较大范围内进行调整;中频模拟信号经放大后进入模数信号转换器,模数信号转换器对中频模拟信号采样、量化为数字信号输出,本实施例的模数信号转换器的精度优选为4位。
参见图2,为图1的混频器的示意性电路框图。本实施例的混频器采用了共用跨导级的双平衡有源混频器结构,以降低芯片的功耗和面积。如图2所示,将两个独立的双平衡混频器的跨导级实现共用,混频器的开关级以及负载级并联在一起,使两路并行的负载级共同复用一路跨导级的电流。具体为:RF_IN为来自于低噪声放大器输出端的射频信号,LOQ+、LOQ-、LOI+、LOI-为来自于频率综合器输出端所产生的相位互为正交的四路差分本地振荡信号,IFQP、IFQN、IFIP、IFIN为射频信号RF_IN分别与相位互为正交的四路本地振荡信号LOQ+、LOQ-、LOI+、LOI-混频后的相位互为正交的四路中频信号输出端。本地振荡信号LOQ+输入端与NMOS管M1、M4的栅极连接,本地振荡信号LOQ-输入端与NMOS管M2、M3的栅极连接;NMOS管M1的漏极与并联的电阻R1、电容C1串联,电阻R1、电容C1的另一端连接电源电压VDD;NMOS管M4的漏极与并联的电阻R2、电容C2串联,电阻R2、电容C2的另一端连接电源电压VDD;NMOS管M2的漏极连接电容C5的一端,同时与NMOS管M4的漏极相接,并从M2的漏极引出中频信号输出端IFQN;NMOS管M3的漏极连接电容C5的另一端,同时与NMOS管M1的漏极相接,并从M3的漏极引出中频信号输出端IFQP。本地振荡信号LOI+输入端与NMOS管M5、M8的栅极连接,本地振荡信号LOI-输入端与NMOS管M6、M7的栅极连接;NMOS管M5的漏极与并联的电阻R3、电容C3串联,电阻R3、电容C3的另一端连接电源电压VDD;NMOS管M8的漏极与并联的电阻R4、电容C4串联,电阻R4、电容C4的另一端连接电源电压VDD;NMOS管M6的漏极连接电容C6的一端,同时与NMOS管M8的漏极相接,并从M6的漏极引出中频信号输出端IFIN;NMOS管M7的漏极连接电容C6的另一端,同时与NMOS管M5的漏极相接,并从M5的漏极引出中频信号输出端IFIP。NMOS管M1、M2、M5、M6的源极与NMOS管M9的漏极相接,NMOS管M3、M4、M7、M8的源极与NMOS管M10的漏极相接;NMOS管M9的栅极连接射频信号输入端RF_IN和电阻R5的一端,电阻R5的另一端与电压源V1的正极端相接;NMOS管M10的栅极连接并联的电阻R6、电容C7的一端,电阻R6的另一端与电压源V1的正端相接,电压源V1的负极端和电容C7的另一端连接地GND;NMOS管M9、M10的源极与NMOS管M11的漏极相接,NMOS管M11的栅极连接电压源V2的正极端,电压源V2的负极端和NMOS管M11的源极连接地GND。
参见图3,为图1的开关多相位镜像抑制滤波器的示意性电路框图。本实施例采用开关控制的多相位镜像抑制滤波器,通过模式选择控制位(GPS/BDS),可分别对接收GPS或BDS时的镜像信号产生35dB以上的镜像抑制。IFQP_IN、IFQN_IN、IFIP_IN、IFIN_IN为来自于混频器输出端的相位互为正交的四路中频信号,IFQP_OUT、IFQN_OUT、IFIP_OUT、IFIN_OUT为开关多相位镜像抑制滤波器输出端的相位互为正交的四路中频信号。图中PMOS管M12、M14、M17、M19的栅极与开关使能信号GPS的输入端相连,PMOS管M13、M15、M16、M18的栅极与开关使能信号BDS的输入端相连。PMOS管M12的源极与中频信号输入端IFIN_IN相连,PMOS管M12的漏极与并联的电阻R7、电容C8的一端相连;PMOS管M14的源极与中频信号输入端IFQN_IN相连,PMOS管M14的漏极与并联的电阻R10、电容C11的一端相连;PMOS管M17的源极与中频信号输入端IFIP_IN相连,PMOS管M17的漏极与并联的电阻R13、电容C14的一端相连;PMOS管M19的源极与中频信号输入端IFQP_IN相连,PMOS管M19的漏极与并联的电阻R16、电容C17的一端相连。PMOS管M13的源极与PMOS管M12的源极相接,PMOS管M13的漏极与PMOS管M17的漏极相接;PMOS管M15的源极与PMOS管M14的源极相接,PMOS管M15的漏极与PMOS管M19的漏极相接;PMOS管M16的源极与PMOS管M12的漏极相接,PMOS管M16的漏极与PMOS管M17的源极相接;PMOS管M18的源极与PMOS管M14的漏极相接,PMOS管M18的漏极与PMOS管M19的源极相接。PMOS管M12的漏极与电阻R7、R8、R9串联,电阻R7、R8、R9的旁路一端分别连接有电容C8、C9、C10,电容C8、C9、C10的另一端分别接入电阻R10、R11、R12;PMOS管M14的漏极与电阻R10、R11、R12串联,电阻R10、R11、R12的旁路一端分别连接有电容C11、C12、C13,电容C11、C12、C13的另一端分别接入电阻R13、R14、R15;PMOS管M17的漏极与电阻R13、R14、R15串联,电阻R13、R14、R15的旁路一端分别连接有电容C14、C15、C16,电容C14、C15、C16的另一端分别接入电阻R16、R17、R18;PMOS管M19的漏极与电阻R16、R17、R18串联,电阻R16、R17、R18的旁路一端分别连接有电容C17、C18、C19,电容C17、C18、C19分别接入电阻R7、R8、R9;电阻R9、R12、R15、R18的另一端分别与开关多相位镜像抑制滤波器的输出端IFIN_OUT、IFQN_OUT、IFIP_OUT、IFQP_OUT相接。
参见图4(a)-(b),为图3的开关多相位镜像抑制滤波器的电路仿真结果图。当开关使能信号GPS输入端的电平为高、BDS输入端的电平为低时,GPS L1波段信号作为镜像信号被滤除,BDS B1波段信号作为定位信号则几乎无损地通过开关多相位镜像抑制滤波器,仿真结果如图4(a)所示。位于1561.098±2.046MHz的BDS B1波段信号作为定位信号被接收机放大;而位于1575.42±1.023MHz的GPS L1波段信号作为镜像信号被抑制,在整个镜频抑制范围1574.397MHz+/-2.046MHz内镜像抑制率(IRR)大于35dB。当开关使能信号GPS输入端的电平为低、BDS输入端的电平为高时,BDS B1波段信号作为镜像信号被滤除,GPS L1波段信号作为定位信号则几乎无损地通过开关多相位镜像抑制滤波器,仿真结果如图4(b)所示。位于1575.42±1.023MHz的GPS L1波段信号作为定位信号被接收机放大;而位于1561.098±2.046MHz的BDS B1波段信号作为镜像信号被抑制,在整个镜频抑制范围1560.075MHz+/-1.023MHz内镜像抑制率(IRR)大于35dB。
本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术任一来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (8)
1.一种全球定位系统与北斗卫星导航系统单通道双模射频接收机,包括:
低噪声放大器,用于对被引入的GPS L1波段信号与BDS B1波段信号进行放大,并保证极低的噪声系数;
混频器,接收经所述低噪声放大器放大后的GPS L1波段信号与BDS B1波段信号后,利用频率综合器提供的本地振荡信号对所述GPS L1波段信号与BDS B1波段信号进行下变频,将频率变换到中频范围成为中频模拟信号;
开关多相位镜像抑制滤波器,用于导通和滤除经所述混频器下变频后的GPS L1波段与BDS B1波段中频模拟信号,其中,当GPS输入端的电平为高、BDS输入端的电平为低时,BDSB1波段信号作为定位信号被导通,GPS L1波段信号作为镜像信号被滤除;当GPS输入端的电平为低、BDS输入端的电平为高时,GPS L1波段信号作为定位信号被导通,BDS B1波段信号作为镜像信号被滤除;
中频滤波器,对经所述开关多相位镜像抑制滤波器导通的中频模拟信号中的定位信号进行滤波处理,选出需要的混频分量,抵制掉其他不需要的信号;
自动增益控制信号放大器,用于对由所述中频滤波器滤波后的中频模拟信号进行放大,其中,所述增益自动随卫星信号的强弱程度而调整;
模数信号转换器,用于对经自动增益控制信号放大器放大的中频模拟信号进行采样且量化为数字信号输出。
2.根据权利要求1所述的接收机,其特征在于,优选的,所述GPS L1波段信号与BDS B1波段信号分时共用整个单通道。
3.根据权利要求1或2所述的接收机,其特征在于,所述GPS L1波段信号与BDS B1波段信号的中频频带右端对齐,处在8.6955MHz以内,具有相同的中频低通带宽。
4.根据权利要求1所述的接收机,其特征在于,所述混频器为共用跨导级的双平衡有源混频器结构。
5.根据权利要求1所述的接收机,其特征在于,所述本地振荡信号的频率为1567.7475MHz。
6.根据权利要求1所述的接收机,其特征在于,所述开关多相位镜像抑制滤波器采用开关控制选择接收GPS L1波段信号与BDS B1波段信号。
7.根据权利要求1或6所述的接收机,其特征在于,所述开关多相位镜像抑制滤波器对接收的GPS L1波段信号与BDS B1波段信号产生35dB以上的抑制。
8.根据权利要求1所述的接收机,其特征在于,所述模数信号转换器的精度为4位。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180525 |
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