CN202372644U - 一种低中频双频双模gnss接收机射频前端装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低中频双模双频GNSS接收机射频前端装置，该装置包含一个低噪声放大模块、一个一次下变频混频器模块、一个频率合成模块、一个I、Q有源全差分带通滤波器模块、一个模数转换模块，一个控制模块组成。该装置的优点在于：通过射频开关切换GPSL1/GALILEOE2-L1-E1波段信号和GPSL5/GALILEOE5a波段信号的两路有用射频信号；共用一个一次变频混频器和频率综合器、中频滤波器，从而对接收机硬件实现了最大化复用，降低了整机成本和功耗，实现了对GPSL1/GALILEOE2-L1-E1波段信号和GPSL5/GALILEOE5a波段信号的交替接收与解调。

Description

一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置

技术领域

本实用新型涉及一种射频前端装置，尤其是涉及一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置。

背景技术

以GPS为代表全球卫星导航系统（GNSS）已广泛用于民航、航海、铁路、物流等各个领域。

新型的双模双频接收机的应用，使得接收机可以利用两个不同频率的导航信号修正电离层和对流层的延时，并且综合多个导航系统的信息，进一步提高导航定位的精度。目前发射GPS IIF卫星在L5频段引入的一个新民用信号恰好和伽利略系统的E5a频段具有相同的中心频率。未来发射的GPS III 卫星也将产生一个与GALILEO E2-L1-E1频段兼容的信号。考虑未来导航卫星信号的分布格局，及多频多模导航接收机的广泛应用前景。本实用新型提出一种工作在GPS L1/GALILEO E2-L1-E1波段信号和GPS L5/GALILEO E5a波段信号的低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置。

实用新型内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种实现了对GPS L1/GALILEO E2-L1-E1波段信号和GPS L5/GALILEO E5a的射频信号的接收，并且装置中两路信号共用一个一次变频混频器、频率综合器及中频放大模块实现了模块的最大程度共用的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置。

本实用新型再有一目的是解决现有技术所存在的等的技术问题；提供了一种。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，包括控制模块以及分别与控制模块连接的频率合成模块、模数转换模块以及低噪声放大模块，所述低噪声放大模块同一个一次下变频混频器模块与I、Q有源全差分带通滤波器模块连接，所述频率合成模块还与一次下变频混频器模块连接，所述模数转换模块还与I、Q有源全差分带通滤波器模块连接。

本实用新型是这样实现的： GPS L1/GALILEO E2-L1-E1波段信号和GPS L5/GALILEO E5a波段信号，分别通过两路低噪声放大器放大，放大后的信号通过所述声表面滤波器滤除环境中干扰信号。放大滤波后的两路信号通过所述射频开关与后级模块连接。被所述射频开关连通的信号在所述的一次变频混频器中与所述频率合成器产生的本振信号混频，下变频到所需中频I、Q两路信号。下变频后的中频I、Q两路信号通过所述的一次变频混频器包含的可变增益放大器和固定增益放大器进行放大。所述可变增益放大器的增益由所述增益控制电路根据放大后信号幅度调节。中频I、Q两路的镜像抑制由一次变频混频器自身完成。放大后的中频I、Q两路信号先通过所述I、Q有源全差分带通滤波器进行滤波。滤波后的中频I、Q两路信号最后通过所述模数转换器转化为所需的8位中频数字信号。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，采用一次变频低中频结构，分时接收和解调GPS系统的L1波段信号L5波段信号以及GALILEO系统的E2-L1-E1波段信号和E5a波段信号。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，四路波段信号的中心频率分别为：GPS L1/GALILEO E2-L1-E1为1575.42MHZ，GPS L5/GALILEO E5a为1176.45MHZ；所述的频率合成器的本振信号频率为：1571.328MHZ和1171.335MHZ；所述的带通滤波器的带宽为：8MHZ；所述的声表面滤波器为：1575.42MHZ和1176.45MHZ。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，所述的低噪声放大模块包含两路低噪声放大器、两个声表面滤波器和一个射频开关；所述一次下变频混频器模块包含自动增益放大器以及固定增益放大器。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，所述的GPS L1/GALILEO E2-L1-E1波段信号和GPS L5/GALILEO E5a波段信号，分别通过两路低噪声放大器放大，放大后的信号通过所述声表面滤波器滤除环境中干扰信号后与射频开关相连。射频开关的三个端口分别与两路信号的低噪声放大器和混频器相连。两个射频信道的切换采用射频开关实现。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，频率合成模块产生的本振信号频率由控制模块通过串行接口控制。可以实现1571.328MHZ和1171.335MHZ两个频点的输出。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，通过所述的低噪声放大模块选择放大后的信号在所述的一次下变频混频器中与所述频率合成器产生的本振信号实现一次下变频混频，下变频得到两路I、Q两路模拟基带信号。下变频后的中频I、Q两路模拟基带信号通过所述的一次变频混频器包含的可变增益放大器和固定增益放大器进行放大。所述可变增益放大器的增益由所述增益控制电路根据放大后信号幅度调节。中频I、Q两路的镜像抑制由一次下变频混频器自身完成。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，放大后的中频I、Q两路信号先通过所述I、Q有源全差分带通滤波器进行带通滤波。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，滤波后的中频I、Q两路信号最后通过所述模数转换器转化为所需的8位中频数字信号。

在上述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，当需要两个信道的其中一路被连通时，所述的控制模块通过串行接口控制所述的频率合成器产生相应频率的本振信号，所述的模数转换器的输出模式与数据格式也通过控制模块控制，最后通过所述射频开关切换到相应的信道。

因此，本实用新型具有如下优点：实现了对GPS L1/GALILEO E2-L1-E1波段信号和GPS L5/GALILEO E5a的射频信号的接收，并且装置中两路信号共用一个一次变频混频器、频率综合器及中频放大模块实现了模块的最大程度共用。

附图说明

图1是本实用新型低中频双频双模GNSS接收机射频前端结构框图。

图2是本实用新型低噪声放大模块的电路原理图。

图3是本实用新型一次下变频混频器模块的电路原理图。

图4是本实用新型频率合成模块的电路原理图。

图5是本实用新型I、Q有源全差分带通滤波模块的电路原理图。

图6是本实用新型模数转换模块的电路原理图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，包括控制模块以及分别与控制模块连接的频率合成模块、模数转换模块以及低噪声放大模块，所述低噪声放大模块同一个一次下变频混频器模块与I、Q有源全差分带通滤波器模块连接，所述频率合成模块还与一次下变频混频器模块连接，所述模数转换模块还与I、Q有源全差分带通滤波器模块连接。

如图1所示，本实用新型的系统框图如下：GNSS信道天线首先与低噪声放大模块相连。被低噪放模块放大和选择后的信号再进一步进入一次下变频混频器模块与频率合成模块产生的本振信号混频，使信号下变频到所需的低中频模拟信号。在一次下变频混频器模块中包含一个可变增益放大器和固定增益放大器，它们使信号被放大到一个合适的幅度。放大后的信号再通过I，Q全差分有源带通滤波器模块滤除信道外噪声。经过滤波后的信号进入模数转换模块，转换为基带解码所需数字信号。整机的控制模块由单片机组成，主要负责射频信道，本振频率的切换控制以及模数转换模块的控制输出。

图2为图1中的低噪声放大模块的电路原理图。图2中的RF1和RF2分别为GPS L1/GALILEO E2-L1-E1和GPS L5/GALILEO E5a波段信号的SMA输入口，LNAO为经射频开关选通信道通路LNA的输出口。U1和U3为Infineon Technologies公司的BGA430芯片。该芯片为宽带高增益LNA芯片，5V供电情况下，该芯片在导航频段的增益可以达到28dB以上，噪声系数在2.4dB以下。C46、C48、C51、C53为LNA的输入输出匹配电容。U2和U4为中心频率分别为1575.42MHz和1176.45MHz的声表面波滤波器，用于滤除环境中的干扰信号。C47、C52为匹配滤波器的输出匹配电容。SW1为高速射频开关。可以通过设置图2中SELECT电平来实现两个信道的切换，从而实现GPS L1/GALILEO E2-L1-E1信号和GPS L5/GALILEO E5a信号的交替接收与解调。

图3为图1中的一次下变频混频器原理图。图3中U5为ANALOG DEVICES公司的AD8347芯片。该芯片包含一个正交解调模块，一个可变增益放大器及自动增益控制电路和一个固定增益放大器；在最小增益下的输入三阶交调点为11.5dBm，最大增益下的噪声系数为11dB。图3中LNAIN端口为芯片射频信号输入端，PLLIN端口为芯片本振信号输入端，IN和IP端口为I路差分信号的输出端，QN和QP端口为Q路差分信号的输出端。R40、C89、C90组成射频输入信号匹配电路，R38、C67、C68组成本振电路输入信号匹配电路。图3中U6为巴伦，用于转换本振信号为差分信号。射频信号在与本振信号混频前后分别由两个可变增益放大器放大，该可变增益放大器的增益由一个自动增益控制电路控制。混频和经过可变增益放大器放大后产生的两路I、Q信号，分别由U5芯片的8引脚和22引脚输出，再通过U5芯片内的一个固定增益放大器放大，得到幅度合适的中频信号。

图4为图1中本振模块的电路原理图。图中的U7为SILICON LABS公司的Si4133芯片。该芯片包含两个射频通道和一个中频通道。其中两个射频通道的中心频率范围分别为：RF1通道947-1720MHz，RF2通道789-1429MHz；中心频率确切值分别由连接在U13芯片4,5引脚和7,8引脚之间的电感大小决定。对于本实用新型所需本振信号，可以计算得到，用于控制RF1通道的7,8引脚电感为0.368nH，用于控制RF2通道的4,5之间电感值1.54nH。1.54nH电感可以利用PCB走线电感实现，0.368nH电感也可以直接用PCB走线代替。芯片中两个射频通道共用一个输出口，由单片机通过串行接口即图4中SDA、CLK、CS的引脚来指定选通通道。U8为温补晶振，能产生频率为16.368MHz振荡信号，用作锁相环的参考频率。图中PLLO端口为芯片的射频输出口，输出产生的本振信号。在连接合适大小的电感的前提下，通过芯片的串行接口配置正确的参考分频比和VCO分频比就可以使芯片的两个射频通道产生两个频率分别为1571.328MHz和1171.335MHz的本振信号，用于GPS L1/GALILEO E2-L1-E1信号和GPS L5/GALILEO E5a的解调。

图5为图1中的I、Q全差分有源带通滤波器模块的电路原理图。图5中W1，W2，W3，W4为ANALOG DEVICES公司的AD8132。该芯片的?3 dB带宽为350 MHz，提供差分信号输入与输出，并且可以单电源(+5V)供电。QN、QP、IN、IP分别是Q路和I路差分中频信号输入端口。VQ+、VQ-、VI+、VI-分别是Q路和I路差分中频信号输出端口。Q路全差分有源带通滤波模块是采用W1，W2与电容C18-C19、C21-C22、C24、C26、C28-C29，电阻R20-R23一起组成的二阶全差分有源RC带通滤波器。W1、W2的VCOM引脚上的电压由R20，R21分压获得。通过同步调整C18/C26、C19/C24的比值可以调整Q路二阶全差分有源RC带通滤波器的增益。通过同步调整C21-C22、C28-C29、R20-R23的值，可以调整Q路二阶全差分有源RC带通滤波器的中心频率。I路全差分有源带通滤波模块是采用W3、W4与电容C32-C33、C35-C36、C39-C40、C42-C43以及电阻R24-R27组成的二阶全差分有源RC带通滤波器。W3、W4的VCOM引脚上的电压由R28-R29分压获得。通过同步调整C32/C29、C33/C40的比值可以调整二阶全差分有源RC带通滤波器的增益。通过同步调整C35-C36、C42-C43、R24-R27的值，可以调整I路二阶全差分有源RC带通滤波器的中心频率。经测试，二阶全差分有源带通滤波器模块的中心频率为4M左右， ?3 dB带宽为8M左右，带外抑制度为-30dB左右。

图6为模数转化模块的电路原理图。图6中U9为ANALOG DEVICES的AD9288.AD9288是一款双通道8位单芯片采样模数转换器，内置片内采样保持电路，编码输入为TTL/CMOS兼容，8位数字输出为TTL/CMOS兼容，单独的输出电源引脚支持3.3 V或2.5 V逻辑接口。具有低成本、低功耗、尺寸小和易用性好等优势。电路中的VI+、VI-、VQ+、VQ-为AD9288的模拟信号输入端口。DI0-DI7、DQ0-DQ7为AD9288的数字信号输出端口。DFS、 S1、S2为AD9288的数据输出格式，模式的控制端口。VI+、VI-信号分别输入到U9B的AINA、AINA负中，模数转换后的数字信号分别从DI0-DI7输出。输入的VQ+、VQ-信号分别输入到U9B的AINB、AINB负中，模数转换后的数字信号分别从DQ0-DQ7输出。U9的基准电压由U9内部产生，由6脚输出后分别接到A路基准电压参考输入端5脚, B路基准电压参考输入端7脚。基准电压通过C1-C3进行滤波，滤除高频干扰。对U9数字部分电源采用C4-C7进行滤波，滤除高频干扰。对U9模拟部分电源采用C11-C13进行滤波，滤除高频干扰。U9所需要的采样时钟由板载时钟电路产生。板载时钟电路是由U10有源晶振产生数字方波，数字方波经过U11、U12异或门电路后产生CLKA、CLKB。CLKA输入到U9的A通道的采样时钟输出端47脚，CLKB输入到U9的B通道的采样时钟输出端14脚。U9的4脚为输出数据格式选择管脚DFS. 管脚DFS上的控制电压为高时，U9输出的数字信号为互补二进制，反之为偏移二进制。U9的8,9脚为工作模式选择管脚S1、S2。S1、S2上不同的控制电压组合可以U9工作在关闭状态，A通道单独工作状态，A、B通道同步工作状态，A,B通道异步工作状态中的一个。具体控制由控制模块完成。S接收机射频前端装置，其特征在于，所述的低噪声放大模块包含两路低噪声放大器、两个声表面滤波器和一个射频开关；所述一次下变频混频器模块包含自动增益放大器以及固定增益放大器。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，包括控制模块以及分别与控制模块连接的频率合成模块、模数转换模块以及低噪声放大模块，所述低噪声放大模块同一个一次下变频混频器模块与I、Q有源全差分带通滤波器模块连接，所述频率合成模块还与一次下变频混频器模块连接，所述模数转换模块还与I、Q有源全差分带通滤波器模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，采用一次变频低中频结构，分时接收和解调GPS系统的L1波段信号L5波段信号以及GALILEO系统的E2-L1-E1波段信号和E5a波段信号。

3.根据权利要求2所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，四路波段信号的中心频率分别为：GPS L1/GALILEO E2-L1-E1为1575.42MHZ，GPS L5/GALILEO E5a为1176.45MHZ；所述的频率合成器的本振信号频率为：1571.328MHZ和1171.335MHZ；所述的带通滤波器的带宽为：8MHZ；所述的声表面滤波器为：1575.42MHZ和1176.45MHZ。

4.根据权利要求3所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，所述的低噪声放大模块包含两路低噪声放大器、两个声表面滤波器和一个射频开关；所述一次下变频混频器模块包含自动增益放大器以及固定增益放大器。

5.根据权利要求4所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，所述的GPS L1/GALILEO E2-L1-E1波段信号和GPS L5/GALILEO E5a波段信号，分别通过两路低噪声放大器放大，放大后的信号通过所述声表面滤波器滤除环境中干扰信号后与射频开关相连，射频开关的三个端口分别与两路信号的低噪声放大器和混频器相连，两个射频信道的切换采用射频开关实现。

6.根据权利要求5所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，频率合成模块产生的本振信号频率由控制模块通过串行接口控制，可以实现1571.328MHZ和1171.335MHZ两个频点的输出。

7.根据权利要求6所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，通过所述的低噪声放大模块选择放大后的信号在所述的一次下变频混频器中与所述频率合成器产生的本振信号实现一次下变频混频，下变频得到两路I、Q两路模拟基带信号，下变频后的中频I、Q两路模拟基带信号通过所述的一次变频混频器包含的可变增益放大器和固定增益放大器进行放大，所述可变增益放大器的增益由所述增益控制电路根据放大后信号幅度调节，中频I、Q两路的镜像抑制由一次下变频混频器自身完成。

8.根据权利要求7所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，放大后的中频I、Q两路信号先通过所述I、Q有源全差分带通滤波器进行带通滤波。

9.根据权利要求8所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，滤波后的中频I、Q两路信号最后通过所述模数转换器转化为所需的8位中频数字信号。

10.根据权利要求9所述的一种低中频双频双模GNSS接收机射频前端装置，其特征在于，当需要两个信道的其中一路被连通时，所述的控制模块通过串行接口控制所述的频率合成器产生相应频率的本振信号，所述的模数转换器的输出模式与数据格式也通过控制模块控制，最后通过所述射频开关切换到相应的信道。

Images