如何簡(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。這些接收器提供了廣泛的導(dǎo)航解決方案，從船舶和航空電子設(shè)備到車載和靜態(tài)相機(jī)系統(tǒng)。

盡管廣泛的應(yīng)用程序可以使用通用 GNSS 接收器信息，但這些系統(tǒng)都依賴于接收器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)并將其正確調(diào)節(jié)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，該解決方案可以接收來自四個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而不是一個(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) – GNSS

存在幾個(gè)軌道衛(wèi)星星座以提供自主地理空間定位。GNSS 接收器提供的任何導(dǎo)航解決方案都基于計(jì)算其到四個(gè)或更多衛(wèi)星的距離以及對(duì)輸入信號(hào)的解碼。GNSS 接收器提取各個(gè)衛(wèi)星信號(hào)并使用它們來計(jì)算接收器所在位置的位置、速度和時(shí)間。

前端注意事項(xiàng)

RF 前端 IC 的主要功能是放大、下變頻、濾波和采樣 GNSS 信號(hào)，同時(shí)盡可能少地添加噪聲（圖 2）。

圖 2. 典型 GNSS 接收器系統(tǒng)

GNSS 接收器前端電路的主要關(guān)注領(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)有源或無源天線，用于捕獲并可能放大非常微弱的衛(wèi)星信號(hào)。也可能有一個(gè) SAW 濾波器來減少干擾信號(hào)。射頻前端 IC 中信號(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)度需要高靈敏度的 LNA 級(jí)。在這個(gè)階段，低噪聲系數(shù) （NF） 是為 GNSS 信號(hào)提供高靈敏度的最重要規(guī)范。

高增益：在天線處接收到的 GNSS 信號(hào)通常約為 -130dBm。在為模數(shù)轉(zhuǎn)換做準(zhǔn)備時(shí)，信號(hào)的總放大需要大約為 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 的增益可以通過自動(dòng)增益控制 （AGC） 環(huán)路進(jìn)行控制，該環(huán)路在 ADC 輸入端保持最佳信號(hào)電平。

中頻 （IF）：前端接收器必須下變頻到 10MHz 或可能的直流頻率的中頻。混頻器級(jí)完成此下變頻并產(chǎn)生同相 （I） 和正交 （Q） 信號(hào)分量。

濾波：在混頻級(jí)之后進(jìn)行濾波的主要目的是在主放大級(jí)之前降低噪聲帶寬和衰減干擾信號(hào)。

GNSS 接收器系統(tǒng)周圍可能存在干擾信號(hào)。這些干擾信號(hào)可能是無意的，例如 GSM-1800 蜂窩無線信號(hào)，也可能是惡意干擾信號(hào)。敵對(duì)干擾信號(hào)通常被稱為干擾器。一種常見的干擾抑制技術(shù)是使用 SAW 濾波器。雖然，如果干擾器正好位于 GNSS 信號(hào)之上，這將無濟(jì)于事。

ADC：通常，前端使用 1、2 或 3 位 ADC 來產(chǎn)生數(shù)字 I 和 Q 輸出信號(hào)。如果 ADC 位數(shù)增加到超過三，則信噪比 （SNR） 的回報(bào)會(huì)遞減。然而，有時(shí)更高分辨率的 ADC 用于提供抗干擾能力。

邁向簡(jiǎn)單的解決方案

集成前端接收器解決方案必須具有關(guān)鍵的操作和規(guī)格，同時(shí)能夠接收來自主要 GNSS 星座的信號(hào)。MAX2769C 將必要的射頻前端功能集成到一個(gè)芯片中，顯著縮短了 GNSS 接收器的開發(fā)時(shí)間。

有兩個(gè) LNA。一個(gè) LNA 具有 0.9dB 的噪聲系數(shù)和 19dB 的增益，可用于無源天線。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（圖 3）。當(dāng)使用高增益 LNA 時(shí)，整個(gè)接收機(jī)的級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)通常為 1.4dB。

圖 3. MAX2769C GNSS 接收器

MAX2769C 可以檢測(cè)有源天線的存在并自動(dòng)選擇較低增益的 LNA。

小數(shù) N PLL 在 XTAL 頻率和 IF 方面提供了靈活性。中頻濾波器可以配置為非零中頻的復(fù)多相濾波器或零中頻的低通濾波器?？梢葬槍?duì)要接收的信號(hào)的帶寬選擇濾波器帶寬。

如果首選使用外部更高分辨率的 ADC，則可以繞過片上 ADC。

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

結(jié)論

MAX2769C 的 IF 濾波器可調(diào)頻率使設(shè)計(jì)人員不僅可以訪問天空中的一個(gè)，還可以訪問所有四個(gè)星座。MAX2769C GNSS 接收器可以靈活地接收來自 GPS、GLONASS、Galileo 和北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)，同時(shí)提供高水平的集成性能。該設(shè)備以簡(jiǎn)單緊湊的解決方案取代了 PCB 上的多個(gè)單獨(dú)接收器。

審核編輯：郭婷