《一种8频点多模式卫星导航系统的射频接收机.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种8频点多模式卫星导航系统的射频接收机.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410776140.8 (22)申请日 2014.12.15 G01S 19/13(2010.01) (71)申请人 中国科学院重庆绿色智能技术研究 院 地址 400714 重庆市北碚区方正大道 266 号 (72)发明人 牟红兵 卢艳娥 洪昌萍 (74)专利代理机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 11275 代理人 赵荣之 (54) 发明名称 一种 8 频点多模式卫星导航系统的射频接收 机 (57) 摘要 本发明涉及一种 8 频点多模式卫星导航系统 的射频接收机， 该射频接收机主要包括射频信号 接收链路以及本振信号发生电路 ；。
2、 射频信号接收 链路包括低噪声放大器、 功分器、 晶振、 混频器、 本 振发声器及对应的带通滤波器、 模数转换器 ； 本 振信号发生电路由一个集成锁相环电路和整数分 频电路组成。本发明所提供的一种 8 频点多模 式卫星导航系统的射频接收机， 提高射了频接收 机的灵敏度， 减少了电路数量， 缩小了芯片面积， 降低了电路功耗和成本， 接收机更易于芯片集成， 可以广泛应用于大地测量、 工程测量、 精密变形监 测、 地球动力学研究、 大地水准面精化、 地震预报 等精密应用领域。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 (。
3、10)申请公布号 CN 104483677 A (43)申请公布日 2015.04.01 CN 104483677 A 1/1 页 2 1.一种 8 频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 其特征在于 ： 该射频接收机包括射 频信号接收链路以及本振信号发生电路 ； 所述射频信号接收链路包括低噪声放大器、 功分器、 晶振、 混频器、 本振发声器及对应 的带通滤波器、 模数转换器 ； 所述本振信号发生电路由一个集成锁相环电路和整数分频电 路组成 ； 所述低噪声放大器的输入端接收外部射频信号， 低噪声放大器的输出端连接功分器的 信号输入端和输出端 B1/L1/G1 ； 所述输出端 B1/L1/G1 通。
4、过射频前端 LNA 电路与 ADC 转换芯片相连 ； 所述功分器的输出端分别连接 G2/B3 电路和 B2/L2/G3 电路 ； G2/B3 电路通过混频器 1 直接上变频与 ADC 转换芯片连接， B2/L2/G3 电路经声表滤波器再通过混频器 2 直接上变 频与 ADC 转换芯片连接 ； 所述 ADC 转换芯片具有放大、 混频、 滤波、 模数转换功能， ADC 转换芯片外接滤波器并通 过外部 SPI 线配置芯片内部寄存器， 得到系统要求的数字输出信号， 进入后级电路。 2.根据权利要求1所述的一种8频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 其特征在于 ： 所述本振发声器由整数锁相环电路构成， 。
5、包括数字鉴频鉴相器 PFD、 电荷泵 CP、 电感、 低通 滤波器、 压控振荡器 VCO、 预分频器 PRESCALER 和 - 整数分频器 ； 所述压控振荡器输出的高频信号经预分频器得到中频处理的数字信号 ； 该数字信号经 - 整数分频器得到比较时钟信号 ； 所述比较时钟信号与时钟输出电路输入的参考时钟信号 fin 作为鉴频鉴相器的两个 输入信号 ； 两个输入信号经鉴频鉴相器得到它们之间的相位差信号， 相位差信号依次经过电荷 泵、 电感和低通滤波器得到与相位差信号对应的电压 ； 对应的电压作为压控振荡器的控制 电压， 来补偿压控振荡器的相位误差， 当相位误差小于规定值时， 锁相环路保持动态平。
6、衡的 锁定状态， 压控振荡器的输出即为锁相环电路的输出信号。 3.根据权利要求1所述的一种8频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 其特征在于 ： 所述功分器电路由电阻， 电感及电容所组成， 其衰减理论值为 3.5dB， 隔离度为 20dB 以上。 4.根据权利要求1所述的一种8频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 其特征在于 ： 所述 ADC 转换芯片包括双输入 LNA、 混频器、 镜频抑制滤波器、 PGA、 VCO、 N 分频频率合成器、 晶体振荡器和多位 ADC。 5.根据权利要求 1 所述的一种 8 频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 其特 征在于 ： 所述低噪声放大器， 噪声系数为 。
7、1.2dB， 增益为 15.8dB， 功耗为 0.06W， 大小为 1.3mm1.7mm。 6.根据权利要求1所述的一种8频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 其特征在于 ： 所述晶振为 25MHz 的温度补偿型石英晶体谐振器， 频率稳定度小于 0.2ppm。 7.根据权利要求1所述的一种8频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 其特征在于 ： 所述混频器的射频， 中频以及本振的频率范围为 0 2500MHz， 隔离度在 25dB 以上。 8.根据权利要求1所述的一种8频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 其特征在于 ： 所述带通滤波器在 1160 1240MHz 频率范围内插入损耗为 4dB 。
8、； 带外衰减至少为 32dB 以 上 ； 群延迟为 12ns。 权 利 要 求 书 CN 104483677 A 2 1/4 页 3 一种 8 频点多模式卫星导航系统的射频接收机 技术领域 0001 本发明一种射频接收机， 具体涉及一种 8 频点多模式卫星导航系统的射频接收 机。 背景技术 0002 目前， 以 GPS 为主的卫星精密定位技术已广泛应用于大地测量、 工程测量、 精密变 形监测、 地球动力学研究、 大地水准面精化、 地震预报等精密应用领域， 成为数以万计的单 位的必备手段， 卫星定位技术凭借其高效、 快速等优点取代了常规测量手段。 0003 对于卫星定位导航系统， 准确有效的定位。
9、信息主要依赖于足够的可见卫星数。当 前的GPS系统中， 正常情况下应该能够保证接收机有7颗可见卫星提供定位信息， 但是由于 遮挡及卫星定位信号本身的原因， 少数情况下可见卫星会降到 4 颗以下， 这样接收机就不 能正常的完成定位功能， 形成导航定位的盲区。GLONASS 系统由于目前工作卫星数目较少， 类似的情况更容易发生。排除技术方面的原因， 还有一些其他的因素影响卫星定位导航系 统的正常服务。GPS 是美国军用定位导航系统， 因而美国保留在任何不加警告的情况下， 对 GPS 信号进行加密的权力。GPS 先用 P 码和 C/A 码， 后用 SA( 选择可用性 ) 和 AS( 反欺 ) 技 术。
10、来控制民间用户。SA 政策是一种是使非军事用户及未授权用户不能得到高精度定位的 一种限制政策。在施加 SA 时 GPS 的平面精度到 100m(95可能性 )。虽然目前美国取消了 SA。使民用 GPS 的定位精度也能达到一个比较高的水平， 但是由于多方面的政治和军事原 因， GPS 的精度不能有一个持久稳定的保证。目前靠单一的 GPS 系统的技术， 还难以满足全 方位的应用需求， 卫星导航将从GPS时代向GNSS时代转变， 形成多模式多系统并存的局面， 多模式多系统构成的 GNSS 在可用性、 连续性和完好性方面的保障将远比单一系统好。 0004 因此， 出于国家安全和经济社会发展的需要， 必。
11、须大力推广我国自主的北斗卫星 导航系统的应用。 作为我国自主研发的北斗卫星导航定位系统， 随着全球布网逐渐完成， 在 国家相关政策扶植下， 必然会进入到越来越多的应用领域。 0005 目前市场上 GPS 接收机占绝大多数， 考虑安全性、 稳定性和高精度的前提下， 将出 现兼容北斗的多模 GNSS OEM 板卡替代单纯的 GPS/GLONASS OEM 板卡的现象。国内卫星导 航接收机的起步较晚， 国内多频点多模式 OEM 板卡市场一度被国外的 Trimble、 Novatel 和 ASHTECH等厂商统治， 多模接收机的核心专利都被欧美厂商控制。 北斗卫星导航系统正在建 设、 部署和完善， 基。
12、于北斗卫星导航系统的应用市场不断扩大， 行业空间巨大， 目前正处于 占领和扩大市场关键阶段。为了实现导航接收机自主创新和对北斗导航系统的支持， 研制 适合北斗系统并兼容其他导航系统的 8 频点多模式的 OEM 板卡已成为必然。 发明内容 0006 有鉴于此， 本发明的目的在于提供一种 8 频点多模式卫星导航系统的射频接收 机， 该射频接收机主要包括射频信号接收链路以及本振信号发生电路， 能够提高射频接收 机的灵敏度， 减其小功耗， 减少电路数量， 降低成本。 说 明 书 CN 104483677 A 3 2/4 页 4 0007 为达到上述目的， 本发明提供如下技术方案 ： 0008 一种 8。
13、 频点多模式卫星导航系统的射频接收机， 该射频接收机包括射频信号接收 链路以及本振信号发生电路 ； 0009 所述射频信号接收链路包括低噪声放大器、 功分器、 晶振、 混频器、 本振发声器及 对应的带通滤波器、 模数转换器 ； 所述本振信号发生电路由一个集成锁相环电路和整数分 频电路组成 ； 0010 所述低噪声放大器的输入端接收外部射频信号， 低噪声放大器的输出端连接功分 器的信号输入端和输出端 B1/L1/G1 ； 0011 所述输出端 B1/L1/G1 通过射频前端 LNA 电路与 ADC 转换芯片相连 ； 0012 所述 LTCC 功分器输出端分别连接 G2/B3 电路和 B2/L2/。
14、G3 电路 ； G2/B3 电路通过 混频器 1 直接上变频与 ADC 转换芯片连接， B2/L2/G3 电路经声表滤波器再通过混频器 2 直接上变频与 ADC 转换芯片连接 ； 0013 所述 ADC 转换芯片具有放大、 混频、 滤波、 模数转换功能， ADC 转换芯片外接滤波器 并通过外部 SPI 线配置芯片内部寄存器， 得到系统要求的数字输出信号， 进入后级电路。 0014 进一步， 所述本振发声器由整数锁相环电路构成， 包括数字鉴频鉴相器 PFD、 电荷 泵 CP、 电感、 低通滤波器、 压控振荡器 VCO、 预分频器 PRESCALER 和 - 整数分频器 ； 0015 所述压控振荡。
15、器输出的高频信号经预分频器得到中频处理的数字信号 ； 该数字信 号经 - 整数分频器得到比较时钟信号 ； 0016 所述比较时钟信号与时钟输出电路输入的参考时钟信号 fin 作为鉴频鉴相器的 两个输入信号 ； 0017 这两个输入信号经鉴频鉴相器得到它们之间的相位差信号， 该相位差信号依次经 过电荷泵、 电感和低通滤波器得到与相位差信号对应的电压 ； 该电压作为压控振荡器的控 制电压， 来补偿压控振荡器的相位误差， 当相位误差小于规定值时， 锁相环路保持动态平衡 的锁定状态， 此时压控振荡器的输出即为锁相环电路的输出信号。 0018 进一步， 所述功分器电路由电阻， 电感及电容所组成， 其衰减。
16、理论值可达 3.5dB， 隔 离度可达 20dB 以上。 0019 进一步， 所述 ADC 转换芯片包括双输入 LNA、 混频器、 镜频抑制滤波器、 PGA、 VCO、 N 分频频率合成器、 晶体振荡器和多位 ADC。 0020 进一步， 所述的低噪声放大器， 噪声系数 1.2dB， 增益为 15.8dB， 功耗为 0.06W， 大 小为 1.3mm1.7mm。 0021 进一步， 所述晶振为 25MHz 的温度补偿型石英晶体谐振器， 频率稳定度小于 0.2ppm。 0022 进一步， 所述混频器的射频， 中频以及本振的频率范围都是 0 2500MHz， 隔离度 在 25dB 以上。 0023。
17、 进一步， 所述带通滤波器在 1160 1240MHz 频率范围内插入损耗为 4dB ； 带外衰 减至少为 32dB 以上 ； 群延迟为 12ns。 0024 本发明的有益效果在于 ： 本发明提供的一种 8 频点多模式卫星导航系统的射频接 收机， 采用 ADC 转换芯片具有双输入 LNA、 混频器、 镜频抑制滤波器、 PGA、 VCO、 N 分频频率 合成器、 晶体振荡器和多位 ADC， 该接收器的总噪声系数低至 1.4dB， 该芯片内部集成了单 说 明 书 CN 104483677 A 4 3/4 页 5 芯片滤波器， 无需外部 IF 滤波器， 仅需少量外部元件即可构建完整的低成本 RF 接。
18、收机方 案， 优化了整个电路的性能， 能够提高射频接收机的灵敏度， 减少了电路数量， 缩小了芯片 面积， 降低了电路功耗和成本。接收机更易于芯片集成， 可以广泛应用于大地测量、 工程测 量、 精密变形监测、 地球动力学研究、 大地水准面精化、 地震预报等精密应用领域， 成为数以 万计的单位的必备手段， 卫星定位技术凭借其高效、 快速等优点取代了常规测量手段。 附图说明 0025 为了使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述， 其中 ： 0026 图 1 为本发明的系统结构图 ； 0027 图 2 为本技术方案低噪声放大器连线图 ； 0028 图 3。
19、 为本技术方案功分器的连线图 ； 0029 图 4 为本技术方案晶振的连线图 ； 0030 图 5 为本技术方案混频器的连线图 ； 0031 图 6 为本技术方案本振发生器的连线图 ； 0032 图 7 为本技术方案带通滤波器的连线图 ； 0033 图 8 为本技术方案 ADC 模数转换器的连线图 ； 0034 图 9 为 ADC 模数转换器内部寄存器配置软件界面。 具体实施方式 0035 下面将结合附图， 对本发明的优选实施例进行详细的描述。 0036 图 1 为本发明的系统结构图， 如图所示， 本发明所述射频信号接收链路包括低噪 声放大器、 功分器、 混频器、 本振发声器及对应的带通滤波器。
20、、 模数转换器。所述低噪声放 大器的输入端接收外部射频信号 ； 低噪声放大器的输出端分成两路， 一路连接电阻式功分 器的信号输入端， 另一路连接输出端 B1/L1/G1 ； 输出端 B1/L1/G1 通过射频前端 LNA 电路把 射频信号直接连接到一种 ADC 转换芯片上 ； LTCC 功分器输出端分别连接 G2/B3 电路和 B2/ L2/G3 电路 ； G2/B3 电路通过混频器 1 直接上变频与 ADC 转换芯片连接， B2/L2/G3 电路经 1160MHz 1240MHz 带通声表滤波器再通过混频器 2 直接上变频与 ADC 转换芯片连接 ； 这些用于 GPS， GLONASS， 北。
21、斗及导航卫星系统的 ADC 转换芯片具有放大、 混频、 滤波、 模数转 换功能， 可以在芯片外接滤波器后， 通过外部 SPI 线配置芯片内部寄存器， 得到系统要求的 数字输出信号， 进入后级电路。 0037 本振发声器由整数锁相环电路构成， 包括数字鉴频鉴相器 PFD、 电荷泵 CP、 电感、 低通滤波器、 压控振荡器 VCO、 预分频器 PRESCALER 和 - 整数分频器 ； 0038 压控振荡器输出的高频信号经预分频器得到中频处理的数字信号 ； 该数字信号经 - 整数分频器得到比较时钟信号 ； 该比较时钟信号与时钟输出电路输入的参考时钟信 号 fin 作为鉴频鉴相器的两个输入信号 ； 。
22、这两个输入信号经鉴频鉴相器得到它们之间的相 位差信号， 该相位差信号依次经过电荷泵、 电感和低通滤波器得到与相位差信号对应的电 压 ； 该电压作为压控振荡器的控制电压， 来补偿压控振荡器的相位误差， 当相位误差小于规 定值时， 锁相环路保持动态平衡的锁定状态， 此时压控振荡器的输出即为锁相环电路的输 说 明 书 CN 104483677 A 5 4/4 页 6 出信号。 0039 图 2 为本技术方案低噪声放大器连线图。该低噪声放大器增益可达 20dB, 噪声系 数为 1.3dB, 具有关断休眠功能， 频率范围为 100 1700MHz， 供给电压为 1.5V 3.6V， 功 耗为 0.06W。
23、， 体积小， 大小为 1.3mm1.7mm 适合 OEM 板卡的集成。 0040 图 3 为本技术方案功分器的连线图。这种功分器是由电阻、 电容以及电感所组成， 其特点是在 8 个频点范围内隔离度高， 理论值可达 20dB 以上， 衰减理论值为 3.5dB， 与一般 电阻式功分器相比， 衰减小很多， 隔离度要高许多 ； 0041 图 4 为本技术方案晶振的连线图。此晶振采用 25MHz 的温度补偿型石英晶体谐振 器， 具有精度高等特点， 其频率稳定度小于 0.2ppm， 成本较低， 节省印制电路板 (PCB) 尺寸 和空间， 适用于小型和低压小电流场合。 0042 图5为本技术方案混频器的连线。
24、图。 这种混频器有以下特征 ： 混频器的射频， 中频 以及本振的频率范围都是02500MHz， 电源电压范围为2.7V5.5V ； 单端输出， 无巴伦要 求 ； 单端输入的RF和LO ； 良好的隔离特性3个端口之间的隔离度至少是在25dB以上 ； 具有 掉电关断模式 ； IP3 和压缩点可编程 ； 3 个端口理论上都可达到 2.5GHz 工作频率。 0043 图 6 为本技术方案本振发生器的连线图。此本振发生器具有以下特征 ： 本振输出 频率范围为 65MHz 至 400MHz ； 3.0V 至 3.6V 电源供电 ； 1.8V 逻辑兼容 ； 整数 N 分频合成器 ； 可编程的输出功率电平 ；。
25、 3 线串行接口 ； 数字锁定检测 ； 硬件和软件省电模式。通过 SPI 接 口写芯片内部 R 寄存器， C 寄存器以及 N 寄存器就可以实现单频点的输出。 0044 图 7 为本技术方案带通滤波器的连线图。此带通滤波器为声表滤波器， 具有以下 特征 ： 在 1160 1240MHz 频率范围内插入损耗为 4dB ； 带外衰减至少为 32dB 以上 ； 群延迟 12ns ； 体积小， 便于集成。 0045 图 8 为本技术方案 ADC 模数转换器的连线图。此 ADC 模数转换器具有双输入 LNA、 混频器、 镜频抑制滤波器、 PGA、 VCO、 N 分频频率合成器、 晶体振荡器和多位 ADC，。
26、 该接收器 的总噪声系数低至 1.4dB， 该芯片内部集成了单芯片滤波器， 无需外部 IF 滤波器， 仅需少量 外部元件即可构建完整的低成本 RF 接收机方案， 优化了整个电路的性能， 又减少了电路数 量， 缩小了芯片面积， 降低了电路功耗和成本。芯片内部有 10 个寄存器， 通过相关配置寄存 器的软件设置， 就可以得到相应的16位控制字， 再通过SPI配置内部的LNA、 混频器、 镜频抑 制滤波器、 PGA、 VCO、 N 分频频率合成器、 晶体振荡器和多位 ADC， 得到系统要求的数字输出 信号， 进入后级电路， 如图 9 所示。 0046 最后说明的是， 以上优选实施例仅用以说明本发明的。
27、技术方案而非限制， 尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述， 但本领域技术人员应当理解， 可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变， 而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。 说 明 书 CN 104483677 A 6 1/5 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104483677 A 7 2/5 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104483677 A 8 3/5 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104483677 A 9 4/5 页 10 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 104483677 A 10 5/5 页 11 图 9 说 明 书 附 图 CN 104483677 A 11 。