專利名稱：全球定位系統與北斗二代雙系統射頻信號接收機裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種射頻信號接收機裝置，特別適用在于兼容全球定位系統(GPS)與北斗二代衛星定位導航系統的信號接收，能同時接收全球定位系統L1波段信號、北斗二代B1波段和B2波段信號的射頻信號接收機裝置。
背景技術：
目前，GPS射頻信號接收機已被廣泛應用，北斗二代衛星定位導航系統信號接收機也已被實現，但是尚未出現兼容雙系統信號接收功能的信號接收機裝置。具備兼容雙系統信號接收功能的信號接收機不但可以更加精確的定位，而且能夠擺脫對單一導航系統的依賴的兼容全球定位與北斗二代衛星定位導航的射頻信號接收機裝置。
發明內容
本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，提供一種具備兼容雙系統信號接收功能的信號接收機不但可以更加精確的定位，而且能夠擺脫對單一導航系統的依賴的兼容全球定位與北斗二代衛星定位導航的射頻信號接收機裝置。具備兼容雙系統信號接收功能的信號接收機裝置，不但可以更加精確的定位，而且能夠擺脫對單一導航系統的依賴，提高了可靠性。兼容全球定位系統(GPS)與北斗二代衛星定位導航系統，能同時接收全球定位系統L1波段信號、北斗二代B1波段和B2波段信號的射頻信號接收機，并且對結構進行了精簡，降低了接收機的面積與功耗。
本實用新型的技術方案是這樣解決的其本實用新型的改進之處在于該接收機能同時接收全球定位系統波段信號、北斗二代波段信號，通過采用一次下變頻結構，將低噪聲放大器、混頻器、中頻濾波器、頻率綜合器、模數信號轉換器、自動增益控制信號放大器集成一個整體射頻信號接收機，所述波段信號電路的射頻信號的輸入信號進入低噪聲放大器，低噪聲放大器的輸出信號進入混頻器，混頻器的輸出信號進入中頻濾波器，中頻濾波器的輸出信號進入自動增益控制信號放大器，自動增益控制信號放大器的輸出信號進入模數信號轉換器，模數信號轉換器輸出數字信號，頻率綜合器的輸出信號為本地振蕩信號，本地振蕩信號進入混頻器。
射頻信號接收機系統結構中包含三個信號通路L1通路，接收頻點為1575.42MHz的GPS的L1波段信號電路；B1通路，接收頻點為1561.098MHz的北斗二代B1波段信號電路；B2通路，接收頻點為1207.14MHz的北斗二代B2波段信號電路。
信號接收原理為采用一次下變頻結構，射頻信號首先通過低噪聲放大器對信號進行放大，并保證極低的噪聲系數；信號經放大后送到混頻器，混頻器里用頻率綜合器提供的本地振蕩信號對射頻信號進行下變頻，將信號頻率降到中頻范圍；得到的中頻信號經過中頻濾波器濾波后進入自動增益控制信號放大器放大，其增益系數大小由衛星信號的強弱程度決定，并可在較大范圍內調節；中頻信號經放大后進入模數信號轉換器，其作用是將中頻模擬信號采樣為數字信號輸出。
L1通路和B1通路共用同一個低噪聲放大器和同一個頻率綜合器，此低噪聲放大器的帶寬在17MHz以上，頻率綜合器輸出的本地振蕩信號頻率為1.571GHz，L1通路中混頻器輸出的的中頻信號頻點在4.092MHz，B1通路中混頻器輸出的的中頻信號頻點在10.23MHz。B2通路采用獨立的低噪聲放大器和頻率綜合器，頻率綜合器輸出的本地振蕩信號頻率為1.215GHz，混頻器輸出的的中頻信號頻點在8.184MHz。
本實用新型的有益效果是具備兼容雙系統信號接收功能的信號接收機裝置，不但可以更加精確的定位，而且能夠擺脫對單一導航系統的依賴，提高了可靠性。兼容全球定位系統(GPS)與北斗二代衛星定位導航系統，能同時接收全球定位系統L1波段信號、北斗二代B1波段和B2波段信號的射頻信號接收機，并且對結構進行了精簡，降低了接收機的面積與功耗，廣泛用于全球定位系統接收機射頻芯片HXM001RF中，交通運輸車輛、船只等領域，采用0.35微米鍺硅工藝設計生產，并測試成功，有很好的社會和經濟效益。
圖1為本實用新型射頻接收機裝置整體結構示意框圖；圖2為圖1的低噪聲放大器的電路原理圖；圖3為圖1的混頻器電路的原理圖；圖4為圖1的中頻濾波器電路的原理圖；圖5為圖1的自動增益控制信號放大器的電路原理圖；圖6為圖1的模數信號轉換器的電路原理圖；圖7為圖1的頻率綜合器的結構框圖；圖8為圖7的壓控振蕩器的電路原理圖；圖9為圖7的鎖相環模塊的電路原理圖；圖10為圖7的正交信號產生電路的電路原理圖。
具體實施方式
附圖為本實用新型的實施例
以下結合附圖對本實用新型的發明內容作進一步說明參照圖1所示，射頻信號接收機系統結構中包含三個信號通路L1通路，接收頻點為1575.42MHz的GPS的L1波段信號；B1通路，接收頻點為1561.098MHz的北斗二代B1波段信號；B2通路，接收頻點為1207.14MHz的北斗二代B2波段信號。
各信號通路的信號接收原理是通過采用一次下變頻結構，由低噪聲放大器2、混頻器3、中頻濾波器6、頻率綜合器4、模數信號轉換器8、自動增益控制信號放大器7組成一個射頻信號接收機，所述射頻信號1的輸入信號進入低噪聲放大器2，低噪聲放大器2的輸出信號進入混頻器3，混頻器3的輸出信號進入中頻濾波器6，中頻濾波器6的輸出信號進入自動增益控制信號放大器7，自動增益控制信號放大器7的輸出信號進入模數信號轉換器8，模數信號轉換器8輸出數字信號9，頻率綜合器4的輸出信號為本地振蕩信號5，本地振蕩信號5進入混頻器3。射頻信號引入集成的射頻芯片后，首先通過低噪聲放大器對信號進行放大，并保證極低的噪聲系數；信號經放大后送到混頻器，混頻器里用頻率綜合器提供的本地振蕩信號對射頻信號進行下變頻，將信號頻率降到中頻范圍；得到的中頻信號經過中頻濾波器濾波后進入自動增益控制信號放大器放大，其增益系數大小由衛星信號的強弱程度決定，并可在較大范圍內調節；中頻信號經放大后進入模數信號轉換器，其作用是將中頻模擬信號采樣為數字信號輸出。L1通路和B1通路共用同一個低噪聲放大器和同一個頻率綜合器，此低噪聲放大器的帶寬在17MHz以上，頻率綜合器輸出的本地振蕩信號頻率為1.571GHz，L1通路中混頻器輸出的的中頻信號頻點在4.092MHz，B1通路中混頻器輸出的的中頻信號頻點在10.23MHz。B2通路采用獨立的低噪聲放大器和頻率綜合器，頻率綜合器輸出的本地振蕩信號頻率為1.215GHz，混頻器輸出的的中頻信號頻點在8.184MHz。
圖2為圖1的低噪聲放大器的電路原理圖，圖中input為射頻信號輸入端，output為射頻信號輸出端；電壓源vcc分兩路與電流源i1一端連接，另一路分別與電容C1、電感L1、電容C2并聯連接，電容C1一端接地，電感L1、電容C2的另一端與三極管Q2的集電極連接，電流源i1另一端與三極管Q3的集電極連接，兩個三極管Q2、Q3的基極相連，在它們中間還并聯一個電容C3，三極管Q2的集電極與基極短接，三極管Q2、Q3的發射極分別與三極管Q1、Q4的集電極連接，其兩三極管Q1、Q4的基極分別串聯連接有電阻R1、R2，電阻R2與三極管Q1的基極之節點input射頻信號輸入端連接，三極管Q1、Q4的發射極并聯與地連接，三極管Q2的集電極上串接電容C4后還與output射頻信號輸出端連接。
圖3為圖1的混頻器電路的原理圖，RF_in為來自于低噪聲放大器的射頻信號輸入端，LO_in為來自于頻率綜合器的本地振蕩信號輸入端，IF_out為射頻信號與本地振蕩信號混頻后的中頻信號輸出端；本地振蕩信號輸入端正極與三極管Q5的基極連接，三極管Q5、Q6的集電極上串聯連接有電阻R6、R7，電阻R6、R7的另一端分別連接有電阻R3和電容C8，三極管Q5、Q6的兩發射極串聯，三極管Q6的基極與本地振蕩信號輸入端負極相連，三極管Q5、Q6的兩發射極又與三極管Q11的集電極相連，三極管Q11的發射極連接一個電阻R12并與地連接，三極管Q11的基極分別并聯有三極管Q12基極、電壓源V2；三極管Q12的發射極連接一個電阻R13并與地連接；電阻R3和電容C8另一端分別并聯電阻R4、R5，電阻R4、R5另一端電容C5、C6和三極管Q7、Q10的集電極相連，三極管Q7與三極管Q8的發射極串聯，三極管Q8、Q9基極串聯，三極管Q9集電極接在三極管Q7的集電極上，三極管Q8集電極接在三極管Q10的集電極上；三極管Q10基極與三極管Q7的基極并聯并接入三極管Q6的集電極上，三極管Q7、Q8與三極管Q9、Q10的發射極分別與三極管Q7-1、Q9-1的集電極相連，三極管Q7-1、Q9-1的發射極串聯連接有電阻R10、R11，三極管Q7-1、Q9-1的基極兩路與電阻R8、R9和低噪聲放大器2的射頻信號輸入端相連，電阻R8、R9的另一端與電壓源V1連接并接地，三極管Q9-1的基極與電容C7連接并接地，電阻R4、R5還分別接入到中頻信號輸出端的負極和正極。
圖4為圖1的中頻濾波器電路的原理圖，INPUT為來自于混頻器的中頻信號輸入端，OUTPUT為經過濾波后的中頻信號輸出端；來自于混頻器3的中頻信號輸入端依次串聯連接有電阻R16、R18，其旁路連接有電阻R14，電阻R18另一端分別與電容C7、三極管Q15的基極相連接，三極管Q15的集電極分別與三極管Q13的基極、電容C40、場效應管M1連接，場效應管M1、M2相連，二者節點與場效應管M4連接，場效應管M3與場效應管M5、場效應管M4與場效應管M6相接，三極管Q14的基極與M2的源極相連，Q14的集電極接電源，三極管Q13、Q14的發射極串并聯電阻R20、R21后又分別與三極管Q17、Q19的集電極連接，場效應管M1還與三極管Q15的集電極連接，場效應管M2還與三極管Q16的集電極連接，三極管Q15、Q16的發射極連接后并接入三極管Q18的集電極上，三極管Q17、Q18、Q19、Q20基極、電壓源V3串聯連接后接地，其各發射極上依次串聯電阻R22、R23、R24、R25后接地，場效應管M6串接電壓源V4后接地，三極管Q18的集電極連接在三極管Q15、Q16的發射極上，三極管Q16的基極串接電阻R19、R17，電阻R17的另一端接入來自于混頻器3的中頻信號輸入端的負極，電阻R19兩端還并聯連接電阻R15和電容C8，電阻R16、R17的一端還并聯電容C5、C6，三極管Q13的發射極接入中頻信號輸出端的正極，三極管Q14的發射極接入中頻信號輸出端的負極，電阻R14與電容C7的一端接入到中頻信號輸出端的正極。
圖5為圖1的自動增益控制信號放大器的電路原理圖，IF_in為來自于中頻濾波器的中頻信號輸入端，IF_out為經過放大后的中頻信號輸出端，Vcon為控制放大器增益系數的控制電壓信號輸入端；來自于中頻濾波器6的中頻信號輸入端的正極串接一個電容C15，電容C15的另一端分兩路分別與三極管Q21的基極、電阻R27一端連接，另一端接入電源VCC上，三極管Q21的集電極上連接一個電阻R28，發射極與三極管Q22的發射極相連，三極管Q22的集電極上連接一個電阻R29，三極管Q21、Q24的基極相連，三極管Q23與Q24的發射極上串并聯有電阻R34、R35，三極管Q23、Q24的集電極上分別連接一個電容C18、C17、發射極串接電阻R34、R35，電阻R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33的一端依次分別并聯在電源VCC上，其電阻R30的另一端分別連接在電容C18的另一端和三極管Q26的基極上，電阻R31的另一端分別連接在電容C17的另一端和三極管Q25的基極上，電阻R32的另一端分別連接在三極管Q25的集電極和中頻信號輸出端的負極上，電阻R33的另一端分別連接在三極管Q26的集電極和中頻信號輸出端的正極上，三極管Q25、Q27的基極相連，三極管Q27的集電極與中頻信號輸出端的負極相連、發射極串接電阻R36、R37接入三極管Q28的發射極上、其集電極與中頻信號輸出端的正極相連，電阻R36、R37之間節點連接三極管Q32的集電極上，三極管Q32的基極順序連接三極管Q31、Q30、Q29的基極、發射極串接電阻R41和場效應管M10，場效應管M10的另一端分別與場效應管M9、M8、M7并聯連接，場效應管M9、M8、M7的另一端分別與電阻R40、R39、R38一端連接，另一端又分別與三極管Q31、Q30、Q29的發射極連接、其集電極分別連接在三極管Q26、Q22的發射極上和電阻R34另一端，場效應管M7的另一端串接一個反向器inv1，三極管Q29的基極上還與電壓源V5相接并接地，反向器inv1的另一端接入控制放大器增益系數的控制電壓信號輸入端。
圖6為圖1的模數信號轉換器的電路原理圖，IF_in為來自于自動增益控制信號放大器的中頻信號輸入端，此信號為模擬信號，C_out為經轉換后的數字信號輸出端；來自于自動增益控制信號放大器的中頻信號輸入端的正極串接電容C19，電容C19另一端分兩路分別與電阻R43和三極管Q34的基極連接，三極管Q34的發射極與三極管Q35的基極相連接，其發射極又與三極管Q36的發射極連接，三極管Q35的集電極分兩路分別與電阻R44和三極管Q38的基極相連接，電阻R45的一端分兩路分別與三極管Q36的集電極、Q37的基極相連接，電阻R46的一端分兩路分別與三極管Q37的集電極、Q39的基極相連接，三極管Q39、Q40的發射極連接，電阻R47的一端分兩路分別與三極管Q38的集電極、Q39的基極相連接，電阻R42、R43、R44、R45、R46、R47另一端接入電源VCC上，場效應管M11與M12連接，場效應管M13與M14連接，同時場效應管M11還與M19、M20連接，M12、M13與三極管Q39、Q40的集電極連接，M14、M20連接，M15、M16連接，M17、M18連接，三極管Q35與Q36、Q37與Q38、Q39與Q40的發射極節點分別接入三極管Q44、Q45、Q46的集電極上，三極管Q33、Q34的發射極串接電阻R48、R49分別接入三極管Q42、Q43的集電極上，三極管Q41、Q42、Q43、Q44、Q45、Q46的發射極上依次串接電阻R50、R51、R52、R53、R54、R55，其各電阻和場效應管M19、M20、M16、M18的另一端并接入電源VCC上接地，來自于自動增益控制信號放大器的中頻信號輸入端的負極串接電容C20，電容C20另一端分兩路分別與電阻R42和三極管Q33的基極連接，三極管Q41、Q42、Q43的基極連接，三極管Q41集電極上連接電流源i2，場效應管M17、M18的一端接入經轉換后的數字信號輸出端C_out上。
圖7為圖1的頻率綜合器的結構框圖，其中VCO為壓控振蕩器，產生振蕩信號clk_vco；PLL為鎖相環模塊，將clk_vco與外部輸入參考時鐘信號clk_ref進行相位比較，并產生一個控制電壓對clk_vco的頻率進行調節；IQ為正交信號產生電路，將clk_vco由差分信號轉換成具有四個正交相位的信號，正交信號作為本地振蕩信號L0輸出。
圖8為圖7的壓控振蕩器的電路原理圖，OUTPUT為由壓控振蕩器產生的振蕩信號clk_vco的輸出端，Vtune為振蕩信號頻率控制電壓的輸入端；電源VCC串接在電流源i3的一端，其另一端依次串聯連接有電阻R56、R57、R58并接地，電阻R56一端還并聯電阻R59和R60，電阻R60的另一端接入由電容C23串接的可變電容Ct1、Ct2、電容C24的節點上，電阻R61的一端接入由電容C25串接的可變電容Ct3、Ct4、電容C26的節點上，電容C23、C25的另一端與電感L2、電阻R62、三極管Q47的集電極連接，三極管Q47的發射極分別與三極管Q49、Q50的集電極連接，其發射極分別串接電阻R63、R64，電阻R63、R64的另一端接地，電阻R60、R62的另一端分別接有電容C21、C22并接地，三極管Q47、Q48的基極交叉接在三極管Q47、Q48的集電極上，三極管Q48的發射極與三極管Q50、Q52的基極、Q51的發射極連接，其集電極連接在電容C26、C24、C27、電感L3的一端和三極管Q60的基極上，電源VCC上依次分別與電感L2、電感L3、三極管Q51的集電極、電流源i4、三極管Q59、Q60、Q57的集電極、電流源i5一端連接，三極管Q51、Q52、Q53、Q54、Q55、Q56、Q57、Q58的發射極依次串接電阻R65、R66、R67、R68、R69、R70、R71、R72和三極管Q52、Q58旁路連接有電容C28、C29并接地，三極管Q53、Q54、Q55、Q56、Q58的基極串聯連接，三極管Q53、Q55的集電極相連，三極管Q54的集電極與三極管Q59的發射極相連，三極管Q55的集電極與Q60的發射極相連，三極管Q56的集電極與三極管Q60的發射極相連，三極管Q59、Q60的發射極與振蕩信號clk_vco的輸出端正、負極相連。
圖9為圖7的鎖相環模塊的電路原理圖，CLK_REF為外部輸入參考時鐘信號輸入端，CLK_VCO為壓控振蕩器產生的振蕩信號的輸入端，Vtune為對壓控振蕩器振蕩信號頻率進行調節的控制電壓輸出端，Dff模塊為D觸發器，DIV為分頻器模塊，其具體參數由應用范圍決定；外部輸入參考時鐘信號輸入端CLK_REF連接一個模塊Dff，模塊Dff分別與反向器inv2、或非門nor1、與非門nand1、電源VCC連接，反向器inv2的另一端與場效應管M21的一端連接，場效應管M21的另一端依次串接有連接場效應管M22、控制電壓輸出端Vtune、M23、M24，場效應管M22、M23的一端與電壓源V6、V7連接接地，場效應管M24分兩路分別連接在第二模塊Dff的右下兩側，或非門nor1一端連接在第二模塊Dff的右側，與非門nand1一端與場效應管M21的一端連接，第二模塊Dff的左側連接一個分頻器模塊DIV，分頻器模塊DIV與壓控振蕩器產生的振蕩信號的輸入端CLK_VCO連接，在控制電壓輸出端Vtune分別串并聯有電阻R73、電容C30、C31并接地。
圖10為圖7的正交信號產生電路的電路原理圖，LO_in為來自于壓控振蕩器的振蕩信號clk_vco的輸入端，output1和output2為產生的具有四個正交信號相位的本地振蕩信號的輸出端，其中output1和output2各有兩個輸出端，他們的相位分別相差180度，output1和output2的對應信號相位分別相差90度；來自于壓控振蕩器的振蕩信號輸入端clk_vco的一端的正極上串聯電阻R74、R75接入本地振蕩信號的輸出端output1的正極，電阻R74、R75的旁路一端分別連接有電容C32、C33接入電阻R76、R77的節點上，電阻R76、R77的旁路一端分別連接有電容C34、C35接入電阻R78、R79的節點上，電阻R78、R79的旁路一端分別連接有電容C36、C37接入電阻R80、R81的節點上，電阻R80、R81的另一端節點上分別連接有電容C38、C39，電容C38、C39的另一端接入電阻R74、R75之節點上，電容C35、電容C39的另一端接入到本地振蕩信號的輸出端output1的正極上，電容C35、R79的節點接入到本地振蕩信號的輸出端output1的負極上，電容C37、電阻R81的節點接入本地振蕩信號的輸出端output2的負極上，電容C33、電阻R77的節點接入本地振蕩信號的輸出端output2的正極上，電容C36、電阻R78、電容C38、電阻R80之節點接入到本地振蕩信號的輸出端output1的負極。
綜上所述，本實用新型廣泛用于全球定位系統接收機射頻芯片HXM002RF中，采用0.35微米鍺硅工藝設計生產，并測試成功。
權利要求1.一種全球定位系統與北斗二代雙系統射頻信號接收機裝置，其特征在于該接收機裝置能同時接收全球定位系統波段信號(L1)、北斗二代波段信號(B1)和波段信號(B2)，通過采用一次下變頻結構，將低噪聲放大器(2)、混頻器(3)、中頻濾波器(6)、頻率綜合器(4)、模數信號轉換器(8)、自動增益控制信號放大器(7)集成一個整體射頻信號接收機，所述波段信號(B2)電路的射頻信號(1)的輸入信號進入低噪聲放大器(2)，低噪聲放大器(2)的輸出信號進入混頻器(3)，混頻器(3)的輸出信號進入中頻濾波器(6)，中頻濾波器(6)的輸出信號進入自動增益控制信號放大器(7)，自動增益控制信號放大器(7)的輸出信號進入模數信號轉換器(8)，模數信號轉換器(8)輸出數字信號(9)，頻率綜合器(4)的輸出信號為本地振蕩信號(5)，本地振蕩信號(5)進入混頻器(3)，所述北斗二代波段信號(B1)電路和波段信號(L1)電路共用一個低噪聲放大器(2)和頻率綜合器(4)，其他電路結構與波段信號(B2)電路相同。
2.根據權利要求1所述的全球定位系統與北斗二代雙系統射頻信號接收機裝置，其特征在于所述的射頻信號接收機包含三個信號通路其中波段信號(L1)通路的接收頻點為1575.42MHz的GPS的L1波段信號；其中波段信號(B1)通路的接收頻點為1561.098MHz的北斗二代B1波段信號；其中波段信號(B2)通路的接收頻點為1207.14MHz的北斗二代B2波段信號。
3.根據權利要求1所述的全球定位系統與北斗二代雙系統射頻信號接收機裝置，其特征在于所述的波段信號(L1)通路和波段信號(B1)通路共用同一個低噪聲放大器(2)和同一個頻率綜合器(4)，此低噪聲放大器(2)的帶寬在17MHz以上，頻率綜合器(4)輸出的本地振蕩信號頻率為1.571GHz，波段信號(L1)通路中混頻器(3)輸出的的中頻信號頻點在4.092MHz，波段信號(B1)通路中混頻器(3)輸出的的中頻信號頻點在10.23MHz。
4.根據權利要求1所述的全球定位系統與北斗二代雙系統射頻信號接收機裝置，其特征在于所述的波段信號(B2)通路采用獨立的低噪聲放大器(2)和頻率綜合器(4)，頻率綜合器(4)輸出的本地振蕩信號(5)頻率為1.215GHz，混頻器(3)輸出的的中頻信號頻點在8.184MHz。
專利摘要本實用新型公開了全球定位系統與北斗二代雙系統射頻信號接收機裝置，能同時接收全球定位系統L1波段、北斗二代B1波段和B2波段信號的射頻信號接收機裝置，通過采用一次下變頻結構，將低噪聲放大器、混頻器、中頻濾波器、頻率綜合器、模數信號轉換器、自動增益控制信號放大器集成一個整體射頻信號接收機，射頻接收機主要作用是將射頻頻率范圍的全球定位系統衛星信號及北斗二代衛星導航系統信號下變頻到中頻范圍，中頻信號經放大后進入模數信號轉換器，其作用是將中頻模擬信號采樣為數字信號輸出。對結構進行精簡，降低接收機面積與功耗。廣泛用于交通運輸車輛、船只等領域，具有結構簡單，體積小，功耗低的特點，有很好的社會和經濟效益。
文檔編號G01S1/04GK2876800SQ20052007963
公開日2007年3月7日 申請日期2005年11月3日 優先權日2005年11月3日
發明者周文益 申請人:西安華迅微電子有限公司