GNSS衛(wèi)星導(dǎo)航射頻前端芯片解析

　新部署的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS），例如，歐洲Galileo和中國北斗2（曾叫指南針）以及更新的GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，正在推動(dòng)業(yè)界研發(fā)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(hào)（大約1550-1610MHz），既包括共用同一GPS C/A L1載波頻率的衛(wèi)星信號(hào)，即二進(jìn)制偏移載波（BOC）的調(diào)制信號(hào)，例如， Galileo E1 Open Service （OS），也包括采用不同載波頻率的信號(hào)，例如，中心頻率略高（大約1550-1610 MHz）的基于FDMA的GLONASS信號(hào)或者以1561.098MHz為中心頻率的中國現(xiàn)有的北斗2 Open Service B1I信號(hào)。
　　定位接收器能夠接收兩個(gè)或更多不同導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)有諸多好處，例如，系統(tǒng)穩(wěn)健，搜到的衛(wèi)星數(shù)量多，幾何精度系數(shù)高，在高樓林立城區(qū)等信號(hào)較弱的環(huán)境 內(nèi)有更出色的定位性能和更高的定位精度，這是因?yàn)槿绻幚淼卯?dāng)，BOC調(diào)制信號(hào)可取得比GPS C/A代碼更高的調(diào)諧精度和更高的多通道抑制比。
　　為處理所有這些信號(hào)，GNSS接收機(jī)對(duì)帶寬、線性和抗干擾性能的要求比傳統(tǒng)的消費(fèi)類GPS接收機(jī)更高。這些要求對(duì)FE （射頻前端）設(shè)計(jì)人員提出了新的挑戰(zhàn)。最后，為了能夠集成在多個(gè)平臺(tái)內(nèi)，射頻前端必須符合不同頻帶，特別是通信和遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)最常用頻帶的要求。
　　本文介紹一個(gè)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(duì)于Galileo系統(tǒng)，考慮到中頻濾波器的帶寬僅比4MHz略高，根據(jù)大眾市場產(chǎn)品（消費(fèi)電子產(chǎn)品 和汽車）的性能要求，我們決定只支持OS Composite-BOC信號(hào)中的BOC（1，1）調(diào)制信號(hào)。
　　該射頻前端可在幾個(gè)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(hào)強(qiáng)度有所降低，其中部分原因是在相關(guān)中頻濾波器內(nèi)兩個(gè)信號(hào)重疊）。
　　我們將默認(rèn)外部參考頻率設(shè)定為26 MHz。但是該芯片有一個(gè)可編程頻率合成器，通過串行外設(shè)接口SPI提供的正確設(shè)置，我們可以將常用TCXO （溫補(bǔ)晶振）頻率中的大部分頻率設(shè)為參考頻率。
　　射頻前端概述和系統(tǒng)架構(gòu)
　　表1列出了這個(gè)L1/E1/G1/B1射頻前端設(shè)計(jì)的規(guī)格目標(biāo)，圖1是接收器的簡明框圖。對(duì)于GPS/Galileo信號(hào)，接收器采用低中頻的單下變頻架構(gòu)，中頻頻率為4 f0 （f0=1.023 MHz）。
　　
　　表1： GPS/GALILEO/GLONASS L1/E1前端參數(shù)規(guī)格
　　
　　表2：支持的部分TCXO頻率和分頻數(shù)值
　　對(duì)于GLONASS信號(hào)，接收器采用低中頻的雙下變頻架構(gòu)，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(duì)于現(xiàn)在 的北斗2 B1I信號(hào)，系統(tǒng)架構(gòu)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(hào)。下變頻頻率方案如圖2所示。所需的頻率全都由一個(gè)全嵌入式鎖相環(huán)生成，所有處理信號(hào)的采樣頻率為64 f0。