2.3射頻前端設(shè)計(jì)要求

接收機(jī)的RF部分包括從天線到數(shù)字處理器之間的所有部件。這一定義明確表示RF前端包括RF放大器、濾波器、下變頻器、增益控制和本地信號(hào)發(fā)生器。RF前端也包括天線及支持RF工作的供電線路等。我們知道，C/A碼是以碼速率1.023MHz調(diào)制在1575.42MHz的擴(kuò)譜信號(hào)。到達(dá)天線的衛(wèi)星信號(hào)功率大約為-130dBm，深埋于熱噪聲電子之下(-114dBm／MHz)．因此RF前端必須將該信號(hào)放大到某一電平之上，使得該信號(hào)可以為數(shù)字處理器所利用，假定該電平為0dBm/MHz，則要求前端總增益不低于110dB。

RF電路還必須將載波1575MHz下變頻到數(shù)字處理器工作頻率范圍之內(nèi)即最后一級(jí)中頻IF。從RF到IF的轉(zhuǎn)換可通過(guò)一級(jí)或幾級(jí)下變頻實(shí)現(xiàn)，IF與轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)的選擇對(duì)RF設(shè)計(jì)是很重要的。目前GPS接收機(jī)的設(shè)計(jì)大都采用二級(jí)或多級(jí)轉(zhuǎn)換將RF變到IF。這是因?yàn)樵诓煌l率點(diǎn)分配增益穩(wěn)定性較好，并且由于更多的優(yōu)化濾波可提高接收機(jī)抗干擾能力。

上述三部分——放大、下變頻和濾波是接收機(jī)RF前端設(shè)計(jì)的主要部分，另外兩部分為自動(dòng)增益控制(AGC)和本地振蕩信號(hào)發(fā)生器。RF硬件最后一部分是產(chǎn)生所要求的本地振蕩信號(hào)。不管下變頻級(jí)數(shù)多少，每級(jí)均要求一個(gè)穩(wěn)定的本地振蕩信號(hào)源，這可采用溫補(bǔ)晶振TCXO參考源及PLL鎖相壓控振蕩器VCO、倍頻器、分頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 

另外，GPS接收機(jī)噪聲系數(shù)是系統(tǒng)性能指標(biāo)應(yīng)考慮的又一問(wèn)題。對(duì)于民用接收機(jī)前端噪聲系數(shù)為4~6dB時(shí)均可保證系統(tǒng)工作。

3．應(yīng)用于車載系統(tǒng)的GPS接收機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

3．1 GPS射頻前端的電路構(gòu)成

GPS接收機(jī)的RF部分，通常是將天線接收到的GPS射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)低噪聲放大器（LNA）的濾波和放大，與本機(jī)振蕩器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)進(jìn)行混頻，形成中頻信號(hào)。大部分GPS接收機(jī)的本振采用的是精密的石英晶體振蕩器為基準(zhǔn)的頻率綜合器。中頻信號(hào)除了在載波頻率上變低以外，RF信號(hào)的所有調(diào)制的信號(hào)信息都轉(zhuǎn)移到中頻信號(hào)上。在GPS接收機(jī)模擬部分與數(shù)字部分之間必須有個(gè)模數(shù)（A/D）變換器，有的直接采樣接收機(jī)面對(duì)的不是中頻信號(hào)，而是直接對(duì)RF信號(hào)進(jìn)行A/D采樣。這在低價(jià)位的混合模擬（A/D）芯片中，未帶來(lái)優(yōu)勢(shì)，直接采樣不但要高速A/D轉(zhuǎn)換器，更重要的是增加了后面數(shù)字部分的處理工作量。如下圖3為應(yīng)用于車載的GPS接收機(jī)射頻前端的電路設(shè)計(jì)。

3．2 射頻前端技術(shù)參數(shù)的設(shè)定

RF前端包括1400MHzPLL頻率合成器、低噪放大器、三級(jí)混頻器、2比特A/D轉(zhuǎn)換器。前端接收1575.42MHz衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)三級(jí)變頻轉(zhuǎn)換為4.309MHz IF。當(dāng)前端與相關(guān)器配合使用時(shí)，后者提供5.714MHz采樣時(shí)鐘，將IF轉(zhuǎn)換為1.405MHz 2比特?cái)?shù)字信號(hào)以電平輸出。第一級(jí)、第二級(jí)混頻均為平衡開集輸入輸出，要求外部直流偏置及濾波。設(shè)計(jì)中175.42MHz濾波器采用帶寬較寬的簡(jiǎn)單的兩級(jí)LC參差調(diào)諧濾波器，而第二級(jí)則采用1dB帶寬為1.9MHz的聲表面濾波器，具有較好的帶外抑制能力，對(duì)系統(tǒng)濾波性能起了決定性的作用。另外，兩種濾波器的插入損耗也是不同的，前者較低而后者較高，從整體上來(lái)說(shuō)，兩者性能是互補(bǔ)的。第三級(jí)輸出IF采用片內(nèi)濾波。其中增益量化表達(dá)式為：

l 74dBm／Hz 19dBm+G1+G2+G3-21dB +63dB > -7dBm  其中：

    1）-7dBm＝AGC工作時(shí)IF輸出所要求的典型電平

    2）-174dBm／Hz＝RF輸入的背景噪聲電平

    3）19dB＝低噪放大器增益與噪聲系數(shù)之和

    4）-21dBm＝175MHz、35.42MHz濾波器插入損耗之和(175MHz濾波器插入損耗:0~5 dB，35.42MHz濾波器插入損耗:14dB~16dB)

    5）63dB＝2MHz帶寬內(nèi)噪聲之和。  

    由上述表達(dá)式可獲得對(duì)各級(jí)混頻增益的要求，即： G1+G2+G3＞106dB

    G1、G2、G3增益及AGC增益范圍為:

    G1：11dB~25dB

    G2：22dB~33dB 

    G3：106dB~G1-G2，最大為75dB 。

    AGC動(dòng)態(tài)范圍為60dB，可滿足系統(tǒng)對(duì)增益的要求。

4.小結(jié)

 隨著通訊技術(shù)和半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展，GPS系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)導(dǎo)航、船舶進(jìn)出港控制、各種車輛的定位與指揮調(diào)度、基站或無(wú)線本地環(huán)路定時(shí)等領(lǐng)域．近年來(lái)GPS系統(tǒng)，已經(jīng)在大地測(cè)繪、海上漁用、車輛定位監(jiān)控、建筑、農(nóng)業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。從九十年代我國(guó)引進(jìn)GPS定位技術(shù)開始，經(jīng)過(guò)十多年的市場(chǎng)培育，GPS定位應(yīng)用進(jìn)入了發(fā)展的最好時(shí)機(jī)，未來(lái)十年基于GPS的應(yīng)用將會(huì)改變我們的生活和工作方式。