专利名称：一种双通道射频接收机及其频率规划方法
技术领域：
本发明涉及一种通讯芯片及其频率规划方法，特别涉及一种适用于全球导航系统 (GNSS)多频多模接收的双通道的射频接收机及其频率规划方法。
背景技术：
全球导航卫星系统GNSS (Global Navigation Satellite Systems)目前主要包括美国的全球定位系统GPS (Global Positioning System)、俄罗斯的格洛纳斯导航卫星系统 GL0NASS (GLObal Navigation Satellite System)、欧盟的伽利略定位系统 Galileo (Galileo Positioning System)和中国的北斗卫星导航系统Compass，其相应的频段划分见图1所示GNSS导航卫星频谱分布图，其中没有画出相应的GPS Ll和L2的针对加密的P (Y)信号。从图1可以看出GNSS的频谱分布约1156MHz到1610MHz频率范围。相应的针对 GNSS的射频接收机也要求能够分时或者同时接收相应的导航信号。由于可以减小通道间的延时，同时能够接收多颗卫星，双通道或多通道GNSS接收技术已经成为目前GNSS射频接收机设计的一个趋势，双通道GNSS接收技术则是目前常用的一种方式。然而，现有的双通道GNSS射频接收机技术或者只针对某二种模式、或者是二种较为特殊的频率进行规划，也有的只是单纯将单一通道的相关技术完全复制到两个通道，图2即是现有双通道的GNSS射频接收机及其频率规划的一个例子。整个GPS卫星接收机射频前端101中，将两个原先的单一通道的GNSS射频接收机进行了完全的复制。其上半部分和下半部分各为一个接收通道假设要使其中的一个通道接收GPS系统的Ll频段的信号，由两级低噪声放大器102、104及两者之间设置的片外的声表面波滤波器103对所接收的信号进行前端的滤波放大处理。根据相应GPS Ll频段的卫星信号，将压控振荡器113输出的本振频率规定为 1536f0 (其中f0代表单位频率1. 023MHz),即1571. 328MHz ；该本振频率通过移相器110形成正交的两路信号，并输出至混频器105中的两个正交的下变频器；所述混频器105根据 1536f0的所述本振频率，对频率为1540 f0的GPS Ll信号混频后得到的中频频率IF ； 再由带镜像抑制的可配置中频滤波器107进行中频信道选择，该中频滤波器107的带宽也为4f。。之后，依次通过自动增益控制器108、模数转换器109进行信号处理后输出。另外，对其中为混频器105提供本振频率的部分也做了频率规划压控振荡器113 的输出通过分频器112处理后，输出至具有小数功能的锁相环综合器111 ；锁相环综合器 111根据外部经由所述输入时钟整形模块117输入的参考时钟，通过环路滤波器对所述压控振荡器113的输出频率进行控制。压控振荡器113还通过可编程分频器114进行另一路分频后输出至模数转换器109作为其采样频率，该采样频率还输出给外部的基带处理芯片使用。另一路信号接收通道的器件结构及频率规划相同。两个信号接收通道共用了，同一个接口控制电路118，其接收并译码控制信号，从而对两个所述信号接收通道的所述中频滤波器107、可编程分频器114、小数分频的锁相环综合器111及自动增益控制器108分别
进行参数配置。 可以看出现有的GNSS射频接收机的频率规划技术单一，仅能够针对某两种特定模式或者某两种特定频段的射频信号接收，难以全面适应导航应用所提出的多频多模GNSS 射频接收的要求。而且，由于双通道之间往往需要接收不同模式，或者不同频率的卫星信号，这使得这种频率规划存在以下的技术问题
第一、由于两路数模转换器109的输出时钟，也就是图2中线116位置输出采样频率不同，导致了后续基带处理芯片的复杂性；
第二、同样由于上、下两个信号接收通道中线116位置输出的采样频率的不同，各自产生的相应的高次谐波必然会通过另一个通道的信号输入端口串入到其相应的射频通道，其幅度往往能完全湮没掉有用的GNSS卫星信号，而导致射频接收机接收失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种双通道射频接收机及其频率规划方法，使同一个双通道的GNSS射频接收机能够适应任意两路不同模式不同频率的GNSS射频信号的独立接收，能够有效简化系统设计，减少系统成本，根本上消除信号干扰。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种双通道射频接收机及其频率规划方法，其中所述双通道射频接收机，通过两个独立的信号接收通道，对应接收任意两路不同模式或不同频率的全球导航卫星系统的射频信号；
每个所述信号接收通道中，包含
第一级低噪声放大器，其接收所述任意一个模式及其频段所对应的射频信号，并将射频信号放大后输出至片外与其连接的声表面波滤波器进行滤波处理；
第二级低噪声放大器，与所述声表面波滤波器的输出端连接，将射频信号接回到芯片内进一步放大；
混频器，与所述第二级低噪声放大器的输出端连接，并根据其另外接收的本振频率信号，对二级低噪放大后的射频信号进行混频，并输出中频频率信号；
带镜像抑制的可配置中频滤波器，与所述混频器的输出端连接，将中频频率信号中相应的镜像干扰信号抑制滤除，得到所需要的中频信号；
自动增益放大器，与所述中频滤波器的输出端连接，放大所需要的中频信号使其具有一定的信号强度；
模数转换器，与所述自动增益放大器的输出端连接，将所需要的中频信号转换为数字基带信号，并向片外的基带处理芯片发送；
还包含，压控振荡器，其通过一移相器与所述混频器连接，以提供混频需要的本振频率信号；
所述射频接收机还包含
由所述两个信号接收通道共用的数字锁相环，其分别与两个所述模数转换器连接；所述数字锁相环将其对片外输入的参考时钟进行数字锁相得到的频率值，同时发送至所述两个模数转换器作为其采样频率，使两个所述信号接收通道的模数转换器的采样频率相同。
所述两个模数转换器的采样频率相同，为33MHz或66MHz。
所述双通道射频接收机，还包含
依次连接的分频器、具有小数分频功能的锁相环综合器、环路滤波器；所述分频器与所述压控振荡器的输出端连接；所述环路滤波器的输出端再与所述压控振荡器连接形成回路；
所述压控振荡器发送的本振频率，通过所述分频器处理后，由所述锁相环综合器将本振频率分频后得到的频率值，与片外经由所述输入时钟整形模块输入的Ieftl参考时钟相除，由此得到的小数分频的分频数值再通过环路滤波器发送至所述压控振荡器，对其输出的本振频率进行控制。所述双通道射频接收机，还包含
由所述两个信号接收通道共用的接口控制电路，其通过控制信号接口接收片外发送的控制信号，并进行译码；
所述接口控制电路还与所述两个中频滤波器分别连接，根据不同射频信号的带宽和中频要求，对应调整所述中频滤波器的信号带宽值及其采用的中频值；
所述接口控制电路还与所述两个锁相环综合器分别连接，对其小数分频的分频数值进行相应的参数配置；
所述接口控制电路还与所述两个自动增益控制器分别连接，对其信号增益量进行相应的参数配置；
所述接口控制电路还与所述数字锁相环连接，对其发送至所述两个模数转换器的采样频率进行参数配置。本发明提供的一种双通道射频接收机的频率规划方法，通过两个独立的信号接收通道，对应接收任意两路不同模式或不同频率的全球导航卫星系统的射频信号；
每个所述信号接收通道中，与其接收的不同导航模式的射频载波频率相适应，所述频率规划方法，包含以下步骤
1、调整所述压控振荡器输出的本振频率，使所述混频器根据该本振频率，对接收信号的射频载波频率进行混频，以对应输出中频频率的信号；
2、对带镜像抑制的所述中频滤波器进行参数配置，使所述中频滤波器的参数与所述中频频率的信号相匹配，从而将其中相应的镜像干扰信号抑制滤除，得到所需要的中频信号；
3、对所述锁相环综合器的小数分频的分频数值进行配置；
由所述锁相环综合器将本振频率经分频器分频后得到的频率值，与片外输入的频率为 16f0的参考时钟相除，并将由此得到的小数分频的分频数值作为对所述本振频率进行反馈控制的参数；fo代表单位频率1. 023MHz ；
4、对所述模数转换器的采样频率进行配置，使所述两个信号通道中的模数转换器的采样频率相同。步骤4中，所述两个模数转换器相同的采样频率，即是所述两个信号接收通道共用的数字锁相环的输出频率；
所述数字锁相环将其对片外输入的所述参考时钟进行数字锁相得到的频率值，同时发送至所述两个模数转换器作为其采样频率。步骤4中，所述两个模数转换器相同的采样频率，为33MHz或66MHz。
步骤4中，所述接口控制电路根据控制信号，对应不同射频信号的带宽要求，调整所述数字锁相环发送至所述两个模数转换器的采样频率
当同时工作的所述两个信号接收通道中，有任意一个通道接收的射频信号的信号带宽为20 时，使用66MHz的采样频率；接收其余带宽的射频信号时，使用33MHz的所述采样频率。步骤2中，所述接口控制电路根据控制信号，对应不同射频信号的带宽和中频要求，调整所述中频滤波器的信号带宽值及其采用的中频值。步骤2中，所述中频滤波器的参数调整时，根据相应射频信号的信号带宽，在大于所述信号的1/2带宽的条件下，选取与之相适应的所述中频值。本发明所述双通道射频接收机及其频率规划方法，有效地解决了现有双通道GNSS 射频接收机的频率规划中，由于完全复制单一通道的方式实现而存在的技术缺陷。本发明所述双通道射频接收机及其频率规划方法，具有如下的优点
第一、本发明中两个信号接收通道的数模转换器所使用的采样频率在任何时候均相等，也即是其向片外基带处理芯片输出的时钟信号。由于本发明采用了单一的采样频率，解决了现有技术中由于采用两个不同的时钟频率而导致的后续基带处理芯片设计复杂化的问题。第二、同样因为所述两个信号接收通道输出的采样频率一致，并统一采用了 33MHz 或者66MHz的频率。由于该频率所产生的相应的高次谐波，与所有有效GNSS信号的带宽均隔开了相应的距离，避免了双接收通道中一个通道接收信号的谐波，经由另一个通道的信号输入管脚串入的问题，因而从频率规划上根本解决了双通道中的串扰问题。第三、由于33MHz或者66MHz的采样频率与单位频率fQ (即1. 023MHz)之间没有整数关系；而在本振频率、选用的中频值等频率均采用了单位频率&的倍数来设计，这就减少了在接收机芯片内部相互之间的干扰，提高了接收机芯片的可靠性，并降低了设计难度。本发明所述双通道射频接收机及其频率规划方法，也可应用到除了双通道以外的其他多通道的GNSS射频接收机的设计中去。
图1是GNSS导航卫星频谱分布图2是现有一种双通道射频接收机及其频率规划示意图； 图3是本发明所述双通道射频接收机及其频率规划示意图。
具体实施例方式如图3所示，本发明所述双通道射频接收机，通过两个独立的信号接收通道，能够适应接收任意两路不同模式不同频率的全球导航卫星系统(以下简称GNSS)射频信号。本发明所述射频接收机的整体结构与现有技术相类似，在每个信号接收通道中， 第一级低噪声放大器202接收全部GNSS卫星中任意一个所对应的射频信号，信号放大后输出至芯片外一个双带或者两个相应射频的声表面波滤波器203进行滤波处理；之后，接回到芯片内由第二级低噪声放大器204进一步放大。混频器205，根据压控振荡器213经移相器210输出的本振频率信号，对二级噪放后的GNSS射频信号进行混频输出，由带镜像抑制的可配置中频滤波器207将其中相应的镜像干扰信号从所需要的GNSS中频信号中抑制滤除。之后，所述有效的GNSS中频信号经过自动增益放大器208、模数转换器209对应处理，并最终输出1/2/4位数据至片外的基带处理芯片。其中，因为不同GNSS信号的带宽和信号中频不同，具体由控制信号接收并译码的接口控制电路218对中频滤波器207做相应的参数配置；该接口控制电路218还对自动增益控制器208进行配置另外，为混频器207提供本振频率信号的所述压控振荡器213，其频率输出还通过一分频值固定的分频器212处理后，发送至具有小数分频功能的锁相环综合器211。片外 16f0的参考时钟经由所述输入时钟整形模块217输入至所述锁相环综合器211，所述输入时钟整形模块217将参考时钟的正弦时钟信号整形为方波时钟信号，同时通过一个驱动缓冲电路增加其信号驱动能力。根据所述接口控制电路218的参数配置，所述小数分频的锁相环综合器211，将本振频率分频后得到的频率值与片外输入的所述16&参考时钟相除，由此得到小数分频的分频数值通过环路滤波器对所述压控振荡器213输出的本振频率进行反馈控制。与现有技术的不同点在于，本发明中以一个共用的数字锁相环214，替代图1中两个信号接收通道各自设置的两个可编程分频器114。该数字锁相环214与片外输入的Ieftl 参考时钟连接，并由所述接口控制电路218进行参数配置。所述数字锁相环214对参考时钟进行数字锁相后分别输出至两个接收通道的模数转换器209作为其采样频率，使两个模数转换器209的采样频率完全一致；该采样频率还另外经由线216发送至片外的基带处理芯片用于信号采样的同步。另一信号接收通道的器件结构完全相同，不再赘述。所述接口控制电路218由两个信号接收通道共用，分别为所述两个信号接收通道的上述若干模块进行参数配置，使该两个信号接收通道能够分别对图1中所示任意模式或频率的两路GNSS射频信号进行独立接收。基于上述双通道的射频接收机，本发明还提出了能双通道接收所述多频多模GNSS 射频信号的频率规划方法，具体的频率数值见表ι所示，其中fo代表单位频率1. 023MHZ。首先，对图1所示GNSS导航卫星频谱分布图进行分析后，将其中各个GNSS模式及其GNSS射频载波频率，分别整理在表1的第1、2列中。对于每个所述信号接收通道，所述频率规划方法，具体包含以下步骤 1、调整所述压控振荡器213输出的本振频率，见表1的第5列所示。对应不同的所述GNSS模式(表1的第1列)，根据所述压控振荡器213对应输出的本振频率(第5列)，所述混频器205对经过二级低噪放大后的所述GNSS射频载波频率(第 2列)进行混频，以输出如第4列所示的中频频率信号。2、对带镜像抑制的可配置中频滤波器207进行参数配置。由所述控制信号接收并译码的接口控制电路218，调整所述中频滤波器207的信号带宽值及选用的中频值，见表1的第3、4列所示的频率值。所述中频滤波器207从所述混频器205输出的频率中滤除相应的镜像干扰信号，得到所需要的GNSS中频信号，并输出至自动增益控制器208及模数转换器209。根据采样定理的要求，所述模数转换器209的采样频率至少要大于信号的最高频率的2倍；但频率过大，又会导致系统功耗增加、稳定性降低、增加硬件电路的调试难度。因此应根据所述信号带宽，在大于相应信号的1/2带宽的条件下，尽可能取到合适的中频频率。3、对小数分频的锁相环综合器211的分频数值进行配置，整理在表1的第6列中。根据所述接口控制电路218的参数配置，所述小数分频的锁相环综合器211，将分频器212分频本振频率(第5列)后得到的频率值与片外输入的Ieftl参考时钟相除，由此得到第6列所示的分频数值；该分频数值将通过环路滤波器对所述压控振荡器213的输出进行控制。4、对模数转换器209的采样频率进行配置，整理在表1的第7列中。具体根据所述接口控制电路218的参数配置，所述数字锁相环214对Ieftl参考时钟进行数字锁相得到所述采样频率，并同时输出至两个所述模数转换器209 ；该采样频率还另外经由线216发送至片外的基带处理芯片用于信号采样的同步。所述模数转换器209的采样频率，有33MHz或者66MHz可以选择同时工作的两个信号接收通道中，如果有任意一个通道接收的GNSS射频信号的信号带宽为20&时，两个信号接收通道中的模数转换器209的采样频率相同，为66MHz;接收其余带宽的信号时，均可使用33MHz的所述采样频率。其中，选择33MHz及66MHz，是由于其谐波分量在所有的GNSS射频信号的带宽外， 不会进入最后的信号通道影响相应信号的接收处理。举例说明如下针对GPS系统LlC频段的有效信号，其频率分布为1575. 42士2f。，也即为1573. 374MHz到1577. 466MHz，而离得最近的33MHz谐波分量为48次谐波，其频率为1584MHz，与其有用带宽的距离为6. 534MHz， 这可以在信号通路中进行有效的抑制从而消除谐波影响，当然经过计算也不会影响到其它相应频率或者模式的通道接收。
权利要求
1.一种双通道射频接收机，其特征在于，通过两个独立的信号接收通道，对应接收任意两路不同模式或不同频率的全球导航卫星系统的射频信号；每个所述信号接收通道中，包含第一级低噪声放大器(202)，其接收所述任意一个模式及其频段所对应的射频信号，并将射频信号放大后输出至片外与其连接的声表面波滤波器(203)进行滤波处理；第二级低噪声放大器(204)，与所述声表面波滤波器(203)的输出端连接，将射频信号接回到芯片内进一步放大；混频器(205)，与所述第二级低噪声放大器(204)的输出端连接，并根据其另外接收的本振频率信号，对二级低噪放大后的射频信号进行混频，并输出中频频率信号；带镜像抑制的可配置中频滤波器(207)，与所述混频器(205)的输出端连接，将中频频率信号中相应的镜像干扰信号抑制滤除，得到所需要的中频信号；自动增益放大器(208)，与所述中频滤波器(207)的输出端连接，放大所需要的中频信号使其具有一定的信号强度；模数转换器(209)，与所述自动增益放大器(208)的输出端连接，将所需要的中频信号转换为数字基带信号，并向片外的基带处理芯片发送；还包含，压控振荡器(213)，其通过一移相器(210)与所述混频器(205)连接，以提供混频需要的本振频率信号； 所述射频接收机还包含由所述两个信号接收通道共用的数字锁相环(214)，其分别与两个所述模数转换器 (209)连接；所述数字锁相环(214)将其对片外输入的参考时钟进行数字锁相得到的频率值，同时发送至所述两个模数转换器(209)作为其采样频率，使两个所述信号接收通道的模数转换器(209)的采样频率相同。
2.如权利要求1所述双通道射频接收机，其特征在于，所述两个模数转换器(209)的采样频率相同，为33MHz或66MHz。
3.如权利要求1或2所述双通道射频接收机，其特征在于，还包含依次连接的分频器(212)、具有小数分频功能的锁相环综合器(211)、环路滤波器；所述分频器(212)与所述压控振荡器(213)的输出端连接；所述环路滤波器的输出端再与所述压控振荡器(213)连接形成回路；所述压控振荡器(213)发送的本振频率，通过所述分频器(212)处理后，由所述锁相环综合器(211)将本振频率分频后得到的频率值，与片外经由所述输入时钟整形模块(217) 输入的Ieftl参考时钟相除，由此得到的小数分频的分频数值再通过环路滤波器发送至所述压控振荡器(213 )，对其输出的本振频率进行控制。
4.如权利要求3所述双通道射频接收机，其特征在于，还包含由所述两个信号接收通道共用的接口控制电路(218)，其通过控制信号接口接收片外发送的控制信号，并进行译码；所述接口控制电路(218)还与所述两个中频滤波器(207)分别连接，根据不同射频信号的带宽和中频要求，对应调整所述中频滤波器(207)的信号带宽值及其采用的中频值；所述接口控制电路(218)还与所述两个锁相环综合器(211)分别连接，对其小数分频的分频数值进行相应的参数配置；所述接口控制电路(218)还与所述两个自动增益控制器(208)分别连接，对其信号增益量进行相应的参数配置；所述接口控制电路(218)还与所述数字锁相环(214)连接，对其发送至所述两个模数转换器(209)的采样频率进行参数配置。1、调整所述压控振荡器(213)输出的本振频率，使所述混频器(205)根据该本振频率， 对接收信号的射频载波频率进行混频，以对应输出中频频率的信号；2、对带镜像抑制的所述中频滤波器(207)进行参数配置，使所述中频滤波器(207)的参数与所述中频频率的信号相匹配，从而将其中相应的镜像干扰信号抑制滤除，得到所需要的中频信号；3、对所述锁相环综合器(211)的小数分频的分频数值进行配置；由所述锁相环综合器(211)将本振频率经分频器(212)分频后得到的频率值，与片外输入的频率为Ieftl的参考时钟相除，并将由此得到的小数分频的分频数值作为对所述本振频率进行反馈控制的参数；&代表单位频率1. 023MHz ；4、对所述模数转换器(209)的采样频率进行配置，使所述两个信号通道中的模数转换器(209)的采样频率相同。
5.一种双通道射频接收机的频率规划方法，其特征在于，所述频率规划方法，通过两个独立的信号接收通道，对应接收任意两路不同模式或不同频率的全球导航卫星系统的射频信号；每个所述信号接收通道中，与其接收的不同导航模式的射频载波频率相适应，所述频率规划方法，包含以下步骤
6.如权利要求5所述双通道射频接收机的频率规划方法，其特征在于，步骤4中，所述两个模数转换器(209)相同的采样频率，即是所述两个信号接收通道共用的数字锁相环(214)的输出频率；所述数字锁相环(214)将其对片外输入的所述参考时钟进行数字锁相得到的频率值， 同时发送至所述两个模数转换器(209)作为其采样频率。
7.如权利要求6所述双通道射频接收机的频率规划方法，其特征在于，步骤4中，所述两个模数转换器(209)相同的采样频率，为33MHz或66MHz。
8.如权利要求7所述双通道射频接收机的频率规划方法，其特征在于，步骤4中，所述接口控制电路(218)根据控制信号，对应不同射频信号的带宽要求，调整所述数字锁相环(214)发送至所述两个模数转换器(209)的采样频率当同时工作的所述两个信号接收通道中，有任意一个通道接收的射频信号的信号带宽为20&时，使用66MHz的采样频率；接收其余带宽的射频信号时，使用33MHz的所述采样频率。
9.如权利要求6或8所述单通道射频接收机的频率规划方法，其特征在于，步骤2中，所述接口控制电路(218)根据控制信号，对应不同射频信号的带宽和中频要求，调整所述中频滤波器(207)的信号带宽值及其采用的中频值。
10.如权利要求9所述单通道射频接收机的频率规划方法，其特征在于，步骤2中，所述中频滤波器(207)的参数调整时，根据相应射频信号的信号带宽，在大于所述信号的1/2带宽的条件下，选取与之相适应的所述中频值。
全文摘要
一种双通道射频接收机及其频率规划方法，通过两个独立的信号接收通道，对应接收任意两路不同模式或不同频率的全球导航卫星系统的射频信号，与每个通道接收的射频信号相对应，为压控振荡器输出至混频器的本振频率进行调整，从而对射频载波频率进行混频并输出中频频率信号；对带镜像抑制的中频滤波器进行参数配置，使其对相匹配的中频频率信号中的镜像干扰信号进行抑制；还对具有小数分频的锁相环综合器的分频数值进行配置，来对本振频率进行反馈控制。本发明尤其是使数字锁相环发送至两个模数转换器的采样频率进行配置，使所述两个模数转换器的采样频率相同，从而简化了系统及其与片外基带处理芯片的接口设计，根本上消除了信号串扰。
文档编号G01S19/21GK102243313SQ201110103278
公开日2011年11月16日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者倪文海, 徐文华, 钱晓辉 申请人:上海迦美信芯通讯技术有限公司