簡(jiǎn)化GNSS接收機(jī)設(shè)計(jì)

介紹

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) （GNSS） 接收器處理衛(wèi)星信號(hào)以計(jì)算位置、速度和時(shí)間。這些接收器提供廣泛的導(dǎo)航解決方案，從船舶和航空電子設(shè)備到車載和靜態(tài)攝像頭系統(tǒng)（圖 1）。

盡管許多應(yīng)用都可以使用通用GNSS接收機(jī)信息，但這些系統(tǒng)都依賴于接收機(jī)前端解決方案的功能。接收器的前端必須接收衛(wèi)星的微弱模擬信號(hào)，并將其適當(dāng)?shù)卣{(diào)理為有用的數(shù)字輸出。

本文討論了典型接收器前端的要求和挑戰(zhàn)，并提出了一種集成解決方案，該解決方案接收來(lái)自多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)，從而將設(shè)計(jì)從多個(gè)接收器設(shè)備簡(jiǎn)化為一個(gè)。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) – 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)

存在幾個(gè)軌道衛(wèi)星星座，以提供自主的地理空間定位。GNSS接收器提供的任何導(dǎo)航解決方案都基于其與四顆或更多衛(wèi)星的距離的計(jì)算以及對(duì)傳入信號(hào)的解碼。GNSS 接收器提取單個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，并使用它們來(lái)計(jì)算接收器位置的位置、速度和時(shí)間。

前端注意事項(xiàng)

RF 前端 IC 的主要功能是對(duì) GNSS 信號(hào)進(jìn)行放大、下變頻、濾波和采樣，同時(shí)盡可能減少噪聲（圖 2）。

圖2.典型的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收系統(tǒng)

GNSS 接收器前端電路關(guān)注的關(guān)鍵領(lǐng)域包括低噪聲/高增益/IF（中頻）調(diào)制、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換。

在GNSS接收器的前端有一個(gè)有源或無(wú)源天線，用于捕獲并可能放大非常微弱的衛(wèi)星信號(hào)。還可以使用SAW濾波器來(lái)減少干擾信號(hào)。RF前端IC信號(hào)處理的第一階段是通過低噪聲放大器（LNA）進(jìn)行低噪聲放大。

低噪聲：低GNSS信號(hào)強(qiáng)度需要高度靈敏的LNA級(jí)。在此階段，低噪聲系數(shù)（NF）是提供GNSS信號(hào)高靈敏度的最重要規(guī)格。

高增益：天線上接收到的GNSS信號(hào)通常約為-130dBm。在準(zhǔn)備模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，信號(hào)的總放大需要約為115dB。在該系統(tǒng)中，增益通過LNA、IF濾波器和可編程增益放大器（PGA）提供。PGA的增益可通過自動(dòng)增益控制（AGC）環(huán)路進(jìn)行控制，該環(huán)路可在ADC輸入端保持最佳信號(hào)電平。

中頻：前端接收器必須下變頻至中頻10MHz或直流。混頻器級(jí)完成這種下變頻，并產(chǎn)生同相（I）和正交（Q）信號(hào)分量。

濾波：混頻級(jí)后濾波的主要目的是在主放大級(jí)之前降低噪聲帶寬并衰減干擾信號(hào)。

GNSS 接收器系統(tǒng)周圍可能存在干擾信號(hào)。這些干擾源可能是無(wú)意的，例如GSM-1800蜂窩無(wú)線信號(hào)，也可能是敵對(duì)干擾信號(hào)。惡意干擾信號(hào)通常稱為干擾器。一種常見的干擾抑制技術(shù)是使用SAW濾波器。雖然，如果干擾器就在 GNSS 信號(hào)的頂部，這將無(wú)濟(jì)于事。

ADC：通常，前端使用1位、2位或3位ADC來(lái)產(chǎn)生數(shù)字I和Q輸出信號(hào)。如果ADC位數(shù)增加到3位以上，則信噪比（SNR）的回報(bào)遞減。但是，有時(shí)使用更高分辨率的ADC來(lái)提供抗干擾能力。

朝著簡(jiǎn)單解決方案前進(jìn)

集成的前端接收器解決方案必須具有關(guān)鍵操作和規(guī)格，同時(shí)能夠接收來(lái)自主要GNSS星座的信號(hào)。MAX2769C將必要的RF前端功能集成到一個(gè)芯片中，顯著縮短了GNSS接收機(jī)的開發(fā)時(shí)間。

有兩個(gè) LNA。一個(gè)LNA具有0.9dB噪聲系數(shù)和19dB增益，適用于無(wú)源天線。另一個(gè)LNA的噪聲系數(shù)為1.5dB，增益略低。第二個(gè)LNA適用于有源天線使用（圖3）。使用高增益LNA時(shí)，整個(gè)接收器的級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)通常為1.4dB。

圖3.MAX2769C 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器

MAX2769C可以檢測(cè)有源天線的存在，并自動(dòng)選擇增益較低的LNA。

小數(shù) N 分頻 PLL 在 XTAL 頻率和中頻方面提供了靈活性。IF濾波器可配置為用于非零IF的復(fù)數(shù)多相濾波器或用于零IF的低通濾波器?？梢詾橐邮盏男盘?hào)的帶寬選擇濾波器帶寬。

如果首選使用外部更高分辨率ADC，則可以繞過片內(nèi)ADC。

MAX2769C可以接收來(lái)自GPS、GLONASS、伽利略和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的L1頻段信號(hào)。

結(jié)論

MAX2769C的IF濾波器可調(diào)頻率允許設(shè)計(jì)人員訪問天空中不僅一個(gè)星座，而且訪問所有四個(gè)星座。MAX2769C GNSS接收器具有接收來(lái)自GPS、GLONASS、伽利略和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)的靈活性，同時(shí)提供高水平的集成性能。該器件用簡(jiǎn)單緊湊的解決方案取代了PCB上的多個(gè)獨(dú)立接收器。

審核編輯：郭婷