专利名称：全球定位系统与北斗二代双系统射频信号接收机装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种射频信号接收机装置，特别适用在于兼容全球定位系统(GPS)与北斗二代卫星定位导航系统的信号接收，能同时接收全球定位系统L1波段信号、北斗二代B1波段和B2波段信号的射频信号接收机装置。
背景技术：
目前，GPS射频信号接收机已被广泛应用，北斗二代卫星定位导航系统信号接收机也已被实现，但是尚未出现兼容双系统信号接收功能的信号接收机装置。具备兼容双系统信号接收功能的信号接收机不但可以更加精确的定位，而且能够摆脱对单一导航系统的依赖的兼容全球定位与北斗二代卫星定位导航的射频信号接收机装置。
发明内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种具备兼容双系统信号接收功能的信号接收机不但可以更加精确的定位，而且能够摆脱对单一导航系统的依赖的兼容全球定位与北斗二代卫星定位导航的射频信号接收机装置。具备兼容双系统信号接收功能的信号接收机装置，不但可以更加精确的定位，而且能够摆脱对单一导航系统的依赖，提高了可靠性。兼容全球定位系统(GPS)与北斗二代卫星定位导航系统，能同时接收全球定位系统L1波段信号、北斗二代B1波段和B2波段信号的射频信号接收机，并且对结构进行了精简，降低了接收机的面积与功耗。
本实用新型的技术方案是这样解决的其本实用新型的改进之处在于该接收机能同时接收全球定位系统波段信号、北斗二代波段信号，通过采用一次下变频结构，将低噪声放大器、混频器、中频滤波器、频率综合器、模数信号转换器、自动增益控制信号放大器集成一个整体射频信号接收机，所述波段信号电路的射频信号的输入信号进入低噪声放大器，低噪声放大器的输出信号进入混频器，混频器的输出信号进入中频滤波器，中频滤波器的输出信号进入自动增益控制信号放大器，自动增益控制信号放大器的输出信号进入模数信号转换器，模数信号转换器输出数字信号，频率综合器的输出信号为本地振荡信号，本地振荡信号进入混频器。
射频信号接收机系统结构中包含三个信号通路L1通路，接收频点为1575.42MHz的GPS的L1波段信号电路；B1通路，接收频点为1561.098MHz的北斗二代B1波段信号电路；B2通路，接收频点为1207.14MHz的北斗二代B2波段信号电路。
信号接收原理为采用一次下变频结构，射频信号首先通过低噪声放大器对信号进行放大，并保证极低的噪声系数；信号经放大后送到混频器，混频器里用频率综合器提供的本地振荡信号对射频信号进行下变频，将信号频率降到中频范围；得到的中频信号经过中频滤波器滤波后进入自动增益控制信号放大器放大，其增益系数大小由卫星信号的强弱程度决定，并可在较大范围内调节；中频信号经放大后进入模数信号转换器，其作用是将中频模拟信号采样为数字信号输出。
L1通路和B1通路共用同一个低噪声放大器和同一个频率综合器，此低噪声放大器的带宽在17MHz以上，频率综合器输出的本地振荡信号频率为1.571GHz，L1通路中混频器输出的的中频信号频点在4.092MHz，B1通路中混频器输出的的中频信号频点在10.23MHz。B2通路采用独立的低噪声放大器和频率综合器，频率综合器输出的本地振荡信号频率为1.215GHz，混频器输出的的中频信号频点在8.184MHz。
本实用新型的有益效果是具备兼容双系统信号接收功能的信号接收机装置，不但可以更加精确的定位，而且能够摆脱对单一导航系统的依赖，提高了可靠性。兼容全球定位系统(GPS)与北斗二代卫星定位导航系统，能同时接收全球定位系统L1波段信号、北斗二代B1波段和B2波段信号的射频信号接收机，并且对结构进行了精简，降低了接收机的面积与功耗，广泛用于全球定位系统接收机射频芯片HXM001RF中，交通运输车辆、船只等领域，采用0.35微米锗硅工艺设计生产，并测试成功，有很好的社会和经济效益。
图1为本实用新型射频接收机装置整体结构示意框图；图2为图1的低噪声放大器的电路原理图；图3为图1的混频器电路的原理图；图4为图1的中频滤波器电路的原理图；图5为图1的自动增益控制信号放大器的电路原理图；图6为图1的模数信号转换器的电路原理图；图7为图1的频率综合器的结构框图；图8为图7的压控振荡器的电路原理图；图9为图7的锁相环模块的电路原理图；图10为图7的正交信号产生电路的电路原理图。
具体实施方式
附图为本实用新型的实施例
以下结合附图对本实用新型的发明内容作进一步说明参照图1所示，射频信号接收机系统结构中包含三个信号通路L1通路，接收频点为1575.42MHz的GPS的L1波段信号；B1通路，接收频点为1561.098MHz的北斗二代B1波段信号；B2通路，接收频点为1207.14MHz的北斗二代B2波段信号。
各信号通路的信号接收原理是通过采用一次下变频结构，由低噪声放大器2、混频器3、中频滤波器6、频率综合器4、模数信号转换器8、自动增益控制信号放大器7组成一个射频信号接收机，所述射频信号1的输入信号进入低噪声放大器2，低噪声放大器2的输出信号进入混频器3，混频器3的输出信号进入中频滤波器6，中频滤波器6的输出信号进入自动增益控制信号放大器7，自动增益控制信号放大器7的输出信号进入模数信号转换器8，模数信号转换器8输出数字信号9，频率综合器4的输出信号为本地振荡信号5，本地振荡信号5进入混频器3。射频信号引入集成的射频芯片后，首先通过低噪声放大器对信号进行放大，并保证极低的噪声系数；信号经放大后送到混频器，混频器里用频率综合器提供的本地振荡信号对射频信号进行下变频，将信号频率降到中频范围；得到的中频信号经过中频滤波器滤波后进入自动增益控制信号放大器放大，其增益系数大小由卫星信号的强弱程度决定，并可在较大范围内调节；中频信号经放大后进入模数信号转换器，其作用是将中频模拟信号采样为数字信号输出。L1通路和B1通路共用同一个低噪声放大器和同一个频率综合器，此低噪声放大器的带宽在17MHz以上，频率综合器输出的本地振荡信号频率为1.571GHz，L1通路中混频器输出的的中频信号频点在4.092MHz，B1通路中混频器输出的的中频信号频点在10.23MHz。B2通路采用独立的低噪声放大器和频率综合器，频率综合器输出的本地振荡信号频率为1.215GHz，混频器输出的的中频信号频点在8.184MHz。
图2为图1的低噪声放大器的电路原理图，图中input为射频信号输入端，output为射频信号输出端；电压源vcc分两路与电流源i1一端连接，另一路分别与电容C1、电感L1、电容C2并联连接，电容C1一端接地，电感L1、电容C2的另一端与三极管Q2的集电极连接，电流源i1另一端与三极管Q3的集电极连接，两个三极管Q2、Q3的基极相连，在它们中间还并联一个电容C3，三极管Q2的集电极与基极短接，三极管Q2、Q3的发射极分别与三极管Q1、Q4的集电极连接，其两三极管Q1、Q4的基极分别串联连接有电阻R1、R2，电阻R2与三极管Q1的基极之节点input射频信号输入端连接，三极管Q1、Q4的发射极并联与地连接，三极管Q2的集电极上串接电容C4后还与output射频信号输出端连接。
图3为图1的混频器电路的原理图，RF_in为来自于低噪声放大器的射频信号输入端，LO_in为来自于频率综合器的本地振荡信号输入端，IF_out为射频信号与本地振荡信号混频后的中频信号输出端；本地振荡信号输入端正极与三极管Q5的基极连接，三极管Q5、Q6的集电极上串联连接有电阻R6、R7，电阻R6、R7的另一端分别连接有电阻R3和电容C8，三极管Q5、Q6的两发射极串联，三极管Q6的基极与本地振荡信号输入端负极相连，三极管Q5、Q6的两发射极又与三极管Q11的集电极相连，三极管Q11的发射极连接一个电阻R12并与地连接，三极管Q11的基极分别并联有三极管Q12基极、电压源V2；三极管Q12的发射极连接一个电阻R13并与地连接；电阻R3和电容C8另一端分别并联电阻R4、R5，电阻R4、R5另一端电容C5、C6和三极管Q7、Q10的集电极相连，三极管Q7与三极管Q8的发射极串联，三极管Q8、Q9基极串联，三极管Q9集电极接在三极管Q7的集电极上，三极管Q8集电极接在三极管Q10的集电极上；三极管Q10基极与三极管Q7的基极并联并接入三极管Q6的集电极上，三极管Q7、Q8与三极管Q9、Q10的发射极分别与三极管Q7-1、Q9-1的集电极相连，三极管Q7-1、Q9-1的发射极串联连接有电阻R10、R11，三极管Q7-1、Q9-1的基极两路与电阻R8、R9和低噪声放大器2的射频信号输入端相连，电阻R8、R9的另一端与电压源V1连接并接地，三极管Q9-1的基极与电容C7连接并接地，电阻R4、R5还分别接入到中频信号输出端的负极和正极。
图4为图1的中频滤波器电路的原理图，INPUT为来自于混频器的中频信号输入端，OUTPUT为经过滤波后的中频信号输出端；来自于混频器3的中频信号输入端依次串联连接有电阻R16、R18，其旁路连接有电阻R14，电阻R18另一端分别与电容C7、三极管Q15的基极相连接，三极管Q15的集电极分别与三极管Q13的基极、电容C40、场效应管M1连接，场效应管M1、M2相连，二者节点与场效应管M4连接，场效应管M3与场效应管M5、场效应管M4与场效应管M6相接，三极管Q14的基极与M2的源极相连，Q14的集电极接电源，三极管Q13、Q14的发射极串并联电阻R20、R21后又分别与三极管Q17、Q19的集电极连接，场效应管M1还与三极管Q15的集电极连接，场效应管M2还与三极管Q16的集电极连接，三极管Q15、Q16的发射极连接后并接入三极管Q18的集电极上，三极管Q17、Q18、Q19、Q20基极、电压源V3串联连接后接地，其各发射极上依次串联电阻R22、R23、R24、R25后接地，场效应管M6串接电压源V4后接地，三极管Q18的集电极连接在三极管Q15、Q16的发射极上，三极管Q16的基极串接电阻R19、R17，电阻R17的另一端接入来自于混频器3的中频信号输入端的负极，电阻R19两端还并联连接电阻R15和电容C8，电阻R16、R17的一端还并联电容C5、C6，三极管Q13的发射极接入中频信号输出端的正极，三极管Q14的发射极接入中频信号输出端的负极，电阻R14与电容C7的一端接入到中频信号输出端的正极。
图5为图1的自动增益控制信号放大器的电路原理图，IF_in为来自于中频滤波器的中频信号输入端，IF_out为经过放大后的中频信号输出端，Vcon为控制放大器增益系数的控制电压信号输入端；来自于中频滤波器6的中频信号输入端的正极串接一个电容C15，电容C15的另一端分两路分别与三极管Q21的基极、电阻R27一端连接，另一端接入电源VCC上，三极管Q21的集电极上连接一个电阻R28，发射极与三极管Q22的发射极相连，三极管Q22的集电极上连接一个电阻R29，三极管Q21、Q24的基极相连，三极管Q23与Q24的发射极上串并联有电阻R34、R35，三极管Q23、Q24的集电极上分别连接一个电容C18、C17、发射极串接电阻R34、R35，电阻R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33的一端依次分别并联在电源VCC上，其电阻R30的另一端分别连接在电容C18的另一端和三极管Q26的基极上，电阻R31的另一端分别连接在电容C17的另一端和三极管Q25的基极上，电阻R32的另一端分别连接在三极管Q25的集电极和中频信号输出端的负极上，电阻R33的另一端分别连接在三极管Q26的集电极和中频信号输出端的正极上，三极管Q25、Q27的基极相连，三极管Q27的集电极与中频信号输出端的负极相连、发射极串接电阻R36、R37接入三极管Q28的发射极上、其集电极与中频信号输出端的正极相连，电阻R36、R37之间节点连接三极管Q32的集电极上，三极管Q32的基极顺序连接三极管Q31、Q30、Q29的基极、发射极串接电阻R41和场效应管M10，场效应管M10的另一端分别与场效应管M9、M8、M7并联连接，场效应管M9、M8、M7的另一端分别与电阻R40、R39、R38一端连接，另一端又分别与三极管Q31、Q30、Q29的发射极连接、其集电极分别连接在三极管Q26、Q22的发射极上和电阻R34另一端，场效应管M7的另一端串接一个反向器inv1，三极管Q29的基极上还与电压源V5相接并接地，反向器inv1的另一端接入控制放大器增益系数的控制电压信号输入端。
图6为图1的模数信号转换器的电路原理图，IF_in为来自于自动增益控制信号放大器的中频信号输入端，此信号为模拟信号，C_out为经转换后的数字信号输出端；来自于自动增益控制信号放大器的中频信号输入端的正极串接电容C19，电容C19另一端分两路分别与电阻R43和三极管Q34的基极连接，三极管Q34的发射极与三极管Q35的基极相连接，其发射极又与三极管Q36的发射极连接，三极管Q35的集电极分两路分别与电阻R44和三极管Q38的基极相连接，电阻R45的一端分两路分别与三极管Q36的集电极、Q37的基极相连接，电阻R46的一端分两路分别与三极管Q37的集电极、Q39的基极相连接，三极管Q39、Q40的发射极连接，电阻R47的一端分两路分别与三极管Q38的集电极、Q39的基极相连接，电阻R42、R43、R44、R45、R46、R47另一端接入电源VCC上，场效应管M11与M12连接，场效应管M13与M14连接，同时场效应管M11还与M19、M20连接，M12、M13与三极管Q39、Q40的集电极连接，M14、M20连接，M15、M16连接，M17、M18连接，三极管Q35与Q36、Q37与Q38、Q39与Q40的发射极节点分别接入三极管Q44、Q45、Q46的集电极上，三极管Q33、Q34的发射极串接电阻R48、R49分别接入三极管Q42、Q43的集电极上，三极管Q41、Q42、Q43、Q44、Q45、Q46的发射极上依次串接电阻R50、R51、R52、R53、R54、R55，其各电阻和场效应管M19、M20、M16、M18的另一端并接入电源VCC上接地，来自于自动增益控制信号放大器的中频信号输入端的负极串接电容C20，电容C20另一端分两路分别与电阻R42和三极管Q33的基极连接，三极管Q41、Q42、Q43的基极连接，三极管Q41集电极上连接电流源i2，场效应管M17、M18的一端接入经转换后的数字信号输出端C_out上。
图7为图1的频率综合器的结构框图，其中VCO为压控振荡器，产生振荡信号clk_vco；PLL为锁相环模块，将clk_vco与外部输入参考时钟信号clk_ref进行相位比较，并产生一个控制电压对clk_vco的频率进行调节；IQ为正交信号产生电路，将clk_vco由差分信号转换成具有四个正交相位的信号，正交信号作为本地振荡信号L0输出。
图8为图7的压控振荡器的电路原理图，OUTPUT为由压控振荡器产生的振荡信号clk_vco的输出端，Vtune为振荡信号频率控制电压的输入端；电源VCC串接在电流源i3的一端，其另一端依次串联连接有电阻R56、R57、R58并接地，电阻R56一端还并联电阻R59和R60，电阻R60的另一端接入由电容C23串接的可变电容Ct1、Ct2、电容C24的节点上，电阻R61的一端接入由电容C25串接的可变电容Ct3、Ct4、电容C26的节点上，电容C23、C25的另一端与电感L2、电阻R62、三极管Q47的集电极连接，三极管Q47的发射极分别与三极管Q49、Q50的集电极连接，其发射极分别串接电阻R63、R64，电阻R63、R64的另一端接地，电阻R60、R62的另一端分别接有电容C21、C22并接地，三极管Q47、Q48的基极交叉接在三极管Q47、Q48的集电极上，三极管Q48的发射极与三极管Q50、Q52的基极、Q51的发射极连接，其集电极连接在电容C26、C24、C27、电感L3的一端和三极管Q60的基极上，电源VCC上依次分别与电感L2、电感L3、三极管Q51的集电极、电流源i4、三极管Q59、Q60、Q57的集电极、电流源i5一端连接，三极管Q51、Q52、Q53、Q54、Q55、Q56、Q57、Q58的发射极依次串接电阻R65、R66、R67、R68、R69、R70、R71、R72和三极管Q52、Q58旁路连接有电容C28、C29并接地，三极管Q53、Q54、Q55、Q56、Q58的基极串联连接，三极管Q53、Q55的集电极相连，三极管Q54的集电极与三极管Q59的发射极相连，三极管Q55的集电极与Q60的发射极相连，三极管Q56的集电极与三极管Q60的发射极相连，三极管Q59、Q60的发射极与振荡信号clk_vco的输出端正、负极相连。
图9为图7的锁相环模块的电路原理图，CLK_REF为外部输入参考时钟信号输入端，CLK_VCO为压控振荡器产生的振荡信号的输入端，Vtune为对压控振荡器振荡信号频率进行调节的控制电压输出端，Dff模块为D触发器，DIV为分频器模块，其具体参数由应用范围决定；外部输入参考时钟信号输入端CLK_REF连接一个模块Dff，模块Dff分别与反向器inv2、或非门nor1、与非门nand1、电源VCC连接，反向器inv2的另一端与场效应管M21的一端连接，场效应管M21的另一端依次串接有连接场效应管M22、控制电压输出端Vtune、M23、M24，场效应管M22、M23的一端与电压源V6、V7连接接地，场效应管M24分两路分别连接在第二模块Dff的右下两侧，或非门nor1一端连接在第二模块Dff的右侧，与非门nand1一端与场效应管M21的一端连接，第二模块Dff的左侧连接一个分频器模块DIV，分频器模块DIV与压控振荡器产生的振荡信号的输入端CLK_VCO连接，在控制电压输出端Vtune分别串并联有电阻R73、电容C30、C31并接地。
图10为图7的正交信号产生电路的电路原理图，LO_in为来自于压控振荡器的振荡信号clk_vco的输入端，output1和output2为产生的具有四个正交信号相位的本地振荡信号的输出端，其中output1和output2各有两个输出端，他们的相位分别相差180度，output1和output2的对应信号相位分别相差90度；来自于压控振荡器的振荡信号输入端clk_vco的一端的正极上串联电阻R74、R75接入本地振荡信号的输出端output1的正极，电阻R74、R75的旁路一端分别连接有电容C32、C33接入电阻R76、R77的节点上，电阻R76、R77的旁路一端分别连接有电容C34、C35接入电阻R78、R79的节点上，电阻R78、R79的旁路一端分别连接有电容C36、C37接入电阻R80、R81的节点上，电阻R80、R81的另一端节点上分别连接有电容C38、C39，电容C38、C39的另一端接入电阻R74、R75之节点上，电容C35、电容C39的另一端接入到本地振荡信号的输出端output1的正极上，电容C35、R79的节点接入到本地振荡信号的输出端output1的负极上，电容C37、电阻R81的节点接入本地振荡信号的输出端output2的负极上，电容C33、电阻R77的节点接入本地振荡信号的输出端output2的正极上，电容C36、电阻R78、电容C38、电阻R80之节点接入到本地振荡信号的输出端output1的负极。
综上所述，本实用新型广泛用于全球定位系统接收机射频芯片HXM002RF中，采用0.35微米锗硅工艺设计生产，并测试成功。
权利要求1.一种全球定位系统与北斗二代双系统射频信号接收机装置，其特征在于该接收机装置能同时接收全球定位系统波段信号(L1)、北斗二代波段信号(B1)和波段信号(B2)，通过采用一次下变频结构，将低噪声放大器(2)、混频器(3)、中频滤波器(6)、频率综合器(4)、模数信号转换器(8)、自动增益控制信号放大器(7)集成一个整体射频信号接收机，所述波段信号(B2)电路的射频信号(1)的输入信号进入低噪声放大器(2)，低噪声放大器(2)的输出信号进入混频器(3)，混频器(3)的输出信号进入中频滤波器(6)，中频滤波器(6)的输出信号进入自动增益控制信号放大器(7)，自动增益控制信号放大器(7)的输出信号进入模数信号转换器(8)，模数信号转换器(8)输出数字信号(9)，频率综合器(4)的输出信号为本地振荡信号(5)，本地振荡信号(5)进入混频器(3)，所述北斗二代波段信号(B1)电路和波段信号(L1)电路共用一个低噪声放大器(2)和频率综合器(4)，其他电路结构与波段信号(B2)电路相同。
2.根据权利要求1所述的全球定位系统与北斗二代双系统射频信号接收机装置，其特征在于所述的射频信号接收机包含三个信号通路其中波段信号(L1)通路的接收频点为1575.42MHz的GPS的L1波段信号；其中波段信号(B1)通路的接收频点为1561.098MHz的北斗二代B1波段信号；其中波段信号(B2)通路的接收频点为1207.14MHz的北斗二代B2波段信号。
3.根据权利要求1所述的全球定位系统与北斗二代双系统射频信号接收机装置，其特征在于所述的波段信号(L1)通路和波段信号(B1)通路共用同一个低噪声放大器(2)和同一个频率综合器(4)，此低噪声放大器(2)的带宽在17MHz以上，频率综合器(4)输出的本地振荡信号频率为1.571GHz，波段信号(L1)通路中混频器(3)输出的的中频信号频点在4.092MHz，波段信号(B1)通路中混频器(3)输出的的中频信号频点在10.23MHz。
4.根据权利要求1所述的全球定位系统与北斗二代双系统射频信号接收机装置，其特征在于所述的波段信号(B2)通路采用独立的低噪声放大器(2)和频率综合器(4)，频率综合器(4)输出的本地振荡信号(5)频率为1.215GHz，混频器(3)输出的的中频信号频点在8.184MHz。
专利摘要本实用新型公开了全球定位系统与北斗二代双系统射频信号接收机装置，能同时接收全球定位系统L1波段、北斗二代B1波段和B2波段信号的射频信号接收机装置，通过采用一次下变频结构，将低噪声放大器、混频器、中频滤波器、频率综合器、模数信号转换器、自动增益控制信号放大器集成一个整体射频信号接收机，射频接收机主要作用是将射频频率范围的全球定位系统卫星信号及北斗二代卫星导航系统信号下变频到中频范围，中频信号经放大后进入模数信号转换器，其作用是将中频模拟信号采样为数字信号输出。对结构进行精简，降低接收机面积与功耗。广泛用于交通运输车辆、船只等领域，具有结构简单，体积小，功耗低的特点，有很好的社会和经济效益。
文档编号G01S1/04GK2876800SQ20052007963
公开日2007年3月7日 申请日期2005年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者周文益 申请人:西安华迅微电子有限公司