一种GPS/Galileo双频双模接收机射频前端系统的设计方案

全球导航卫星系统GNSS(Global Navigation Satel-lite System)近年来得到了广泛的引用，从而引发相关领域的高度关注。目前的接收机模式无法满足日益增长的使用精度要求。所以，在原有的单模接收机的基础 上研发更高精度、更加稳定耐用的双模接收机成为研究的核心。

本文提出了一种GPS/Galileo双频双模接收机射频前端系统的设计方案，该方案结合现有资源，展示出了该种接收机设计的实例。重点分析了混频部分、本振部分及控制部分的功能及实现。最后利用频谱仪及射频信号发生器等设备对实例进行系统级测试，验证了系统结构的正确性。

1.1 接收机结构

设计接收机首先要考虑的就是频带的选择。如图1所示，GPSL1/L5和GalileoE1/E5a中心频率相同，如果选择该频段的话，那么很多的元器件可以得到复用，从而极大地减少了研发和生产成本，同时也可以减小接收机的体积。 

比较流行的双频双模接收机射频前端的结构大致有信号独享通道、公用信道、通过控制使某一时刻通道内只有一个载频信号三类。本设计以第三种方案为基础，在尽可能减少信号相互干扰的同时，争取最大限度地复用元器件。结构图如图2所示。     

1.2 接收机系统整体性能指标

在参考接收机的性能要求的基础上，设计GPS接收机射频前端芯片的各项系统指标见表1.

2 GNSS 接收机射频前端芯片选择

考虑市场现有的相关器件的芯片资源，在GPS接收机系统整体性能指标及结构的基础上，结合各个功能电路模块的性能指标参数，为最终利用所选芯片制作实际的射频前端电路系统做准备。

2.1 低噪声放大部分

低噪声放大部分选用INFINEON TECHNOLOGIES公司的BGA430 芯片。BGA430芯片为宽带高增益LNA芯片，5 V供电的情况下该芯片在导航频段的增益可以达到28 dB以上，噪声系数在2.4 dB以下。低噪声放大器的噪声系数应该尽可能的小，但又要考虑电路的设计难度和制作成本。综合以上考虑，BGA芯片同时满足系统的增益、NF及线性度的要 求。其电路图如图3所示。

2.2 混频部分

设计的混频部分选用ANALOGDEVICES公司的AD8347芯片。其电路图如图4所示。

2.3 本振部分

本振部分选用SILICON LABS公司的Si4133[4]芯片。

Si4133芯片可用来进行双波段的射频合成及中频频率合成。该芯片的锁相环是时分复用的，通过对电路电感的设计，使它能很好的工作在两个不同的频率范围。另外Si4133芯片具有很低的相位噪声。因此综合以上考虑Si4133 芯片满足本设计中本振部分的需求。其电路图如图5所示。

2.4 带通滤波部分

带通滤波部分选用ANALOG DEVICES 公司的AD8132芯片。该芯片提供差分信号输入与输出，并且可以单电源(+5 V)供电。通过外接电容、电阻，可以分别组合形成Q、I路二阶差分有源滤波器。并通过对电容、电阻值进行调节，可以分别改变Q、I路二阶差分有源滤波器的增益及中心频率。并且经测试该芯片可以满足中心频率为4 MHz左右，-3 dB带宽为8 MHz左右，带外抑制度为-30 dB左右的条件。其电路图如图6所示。

2.5 模数转换部分

模数转换部分选用Analog DevICes公司的AD9288芯片。其是一款双通道8位单芯片采样模数转换器，内置片内采样保持电路，编码输入为TTL/CMOS兼容，8位数字输出为TTL/CMOS兼容，单独的输出电源引脚支持3.3 V 或2.5 V 逻辑接口。能够满足本设计的具体要求并同时具有低成本、低功耗、尺寸小和易用性好等优势。其电路图如图7所示。

2.6 控制部分

控制部分由单片机完成，控制部分分为三部分：射频开关切换控制部分、本振频率切换控制部分、模数转换工作模式选择控制部分。下面分别加以说明。

对于低噪声放大部分中的射频开关控制，可以通过设置与单片机某输出管脚相连接的SELECT 的电平高低对两个信道进行切换，实现GPS L1/GALILEO E2-L1-E1信号和GPS L5/GALILEO E5a信号的分时复用。对于本振部分的射频输出信号的控制，可以在连接合适大小电感的前提下，利用单片机与芯片的串行接口配置正确的参考分频比和VCO分频比就可以使芯片的两个射频通道产生两个频率分别为1 571.328 MHz和1 171.335 MHz的本振信号，用于GPS L1/GALILEOE2-L1-E1 信号和GPS L5/GALILEO E5a信号的解调。对于模数转换部分工作模式选择部分的控制，可以通过设置与单片机某两个输出管脚相连接的S1、S2 的电平高低对工作模式进行切换。

3 整机测试

本设计中采用Tektronix生产的频谱仪(RSA3408A)及Anritsu(MG3700A)生产的射频信号发生器对整机增益及噪声系数进行测试。

3.1 整机增益测试

L1(E1)通道