专利名称：采用特定码调制的信号接收机的相关和解调电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及到用预定重复长度的第一码调制的信号接收机的相关和解调电路，所述第一码限定了上述信号的发射源。该电路包括连接到控制装置的一个相关级，控制装置专用于配置所述相关级的正常操作模式或测试模式。在正常操作模式下，上述的级就会接收与接收机调制信号接收装置中成形的调制信号相对应的中频信号。然后，在上述相关级的一个相关器控制环中将中间信号与一个码发生器产生的第一码副本相关。
对于GPS接收机，射频信号是由位于轨道上的若干个卫星发射的，彼此间由调制在载频信号上的一种被称为Gold码的特殊伪随机码加以区别。Gold码是由1023个片构成并且每毫秒重复一次的一种数字信号。这些片具有和一个位相同的1或0值。所有Gold码都具有正交特性，这也就意味着将它们彼此相关的相关结果能给出一个接近0的值。这一特性允许在同一接收机的若干相关信道中独立地处理同时来自若干个卫星的若干射频信号。
GPS信号为接收机提供用于计算X，Y和Z位置，速度和国际标准时间的位置和时间数据。然而，为了确定位置和时间，接收机必须从至少四个看得见的卫星上获得数据。
在采用特殊码调制信号接收机的各种场合，例如是射频信号，必须要假设接收机中用于从接收信号中提取消息的那些部分工作正常。在组装前、后可以对上述接收机部分执行操作测试。当然，上述接收机部分在检查其整体操作之前还需要经过多次初步的元件测试步骤。
在GPS接收机的使用过程中，必须紧密结合着实际条件来执行上述接收机的操作测试，以便确认相关级的各个信道在正常工作。如果操作测试是成功的，就能为接收机的用户保证其对位置，速度和时间的计算是正确有效的。
例如在电信领域中，美国专利US4,100,531公开了用于测量诸如数据传输设备等数字设备的误码率的装置。对设备的测试是采用由一个发射机提供的伪随机码(PRN码)，并且由待测接收机来接收。被测接收机产生一个PRN码副本，在一个相关级中与按照确定长度的PRN码进行调制的信号执行相关。
这种设备的一个缺点在于，在测试中，编码的测试信号是由外部发射机发送给接收机的，这种测试不允许明显地缩短测试时间。另外一个缺点是，为了构成代表接收机操作性能的测试，发射的信号必须能反映真实通信信号。这样就必须为测试信号加上噪声，而这一点往往是难以实现的。
在GPS型接收机的领域，美国专利US5,093,800公开了一种能够产生GPS型射频信号的测试装置。由该装置产生的GPS信号可以由待测的GPS接收机来接收。为此，该装置还包括关于卫星的数据，这样就能产生和发射与若干卫星发射给接收机的编码信号相对应的信号。
这种测试装置的一个缺点在于，为了能够检查接收机的相关级工作是否正常，测试信号是一种与卫星发射的射频信号等效的射频信号。为了检查相关级工作是否正常，该装置产生的射频信号显然就要包括产生额外的噪声。另一个缺点是接收机操作测试时间比较长，因为这取决于伪随机码也就是Gold码的重复长度。如果接收机被装在一个由电池或蓄电池供电的设备中，长时间测试就会不必要地消耗上述电池或蓄电池。
本发明的目的是为用于按照一种码调制的信号接收机提供一种相关和解调电路，它能够尽量缩短代表上述电路操作的测试时间，克服了现有技术的测试设备或方法的缺点。另外，在上述电路的操作测试中还可以考虑到与接收信号噪声有关的参数。
这种相关和解调电路的一个优点在于大大缩短了相关级的闭环测试时间。这样就能加快上述电路和包含这种电路的接收机的操作状态。
对于GPS型射频信号接收机来说，如果伪随机码重复长度相当于Gold码，相关和解调电路测试时间会比较长。另外，如果上述电路的相关级中包括若干个相关信道，测试时间也会延长。为此就要用一种缩短长度的伪随机码为电路的相关级提供中间测试信号，以便快速检查电路的操作。
由于射频信号也包括噪声，缩短的伪随机码长度在考虑这一噪声时会收到限制。在无噪声条件下产生的这种缩短码的测试信号能够使相关级积分计数器输出信号所提供的功率接近包括噪声的实际输出信号的功率。最佳测试信号的伪随机码重复长度是31片，而Gold码是1023片。
可以在相关和解调电路外部产生这些中间测试信号，或者是最好在电路内部由一体的测试信号发生器来产生。这些测试信号发生器仅仅在相关和解调电路中占据少量空间，因为它们只是由四十来个逻辑门或触发器构成的，而整个电路具有接近2百万个晶体管。由一个控制装置也就是微处理器装置来切换这些测试信号发生器。
可以按照在微处理器装置中编程的时间周期切换上述测试信号发生器。如果上述电路是安装在一个完整的接收机中，上述测试信号发生器的导通就会阻止由接收机的接收装置向上述电路发送中间信号。这样，在测试阶段中，该电路仅仅接收测试信号发生器发出的中间测试信号。
在相关级的所有信道中相等地利用这些测试信号对信道同时进行测试。微处理器控制各个信道的码发生器，使其在测试阶段中为各个信道产生缩短的伪随机码的一个副本。
值得注意的是，没有从整个接收机的外部提供测试信号。反之就最好采用无噪声操作检查测试信号来代替普通的中间信号提供给相关和解调电路。
如果相关和解调电路是安装在一个调制信号接收机中，为了快速执行测试阶段，缩短电路的测试时间在理论上是需要的。如果接收机是安装在诸如手表或电话等便携物体中的，测试时间的缩短能够避免过多地消耗蓄电池中的能量。然而，也可以在相关和解调电路被安装到接收机内之前用提供给相关级的对应着普通中间信号的无噪声测试信号对它进行测试。
用户自己也可以在任何时候对接收机相关和解调电路主动执行完整的测试。
优选实施例详述下文要参照一种GPS型射频信号接收机来解释相关和解调电路的实施例。应该注意到有几种接收机元件是本领域技术人员所公知的，在本文中无需详细说明。
在这种GPS接收机中，接收的射频信号是用被称为Gold码的一种伪随机码调制的，信号中还包括需要由相关和解调电路解调的消息。电路中的微处理器装置用来自至少四个卫星的消息就能计算出具体的X，Y和Z位置，接收机的速度，和/或时间。然而，使用这种相关和解调电路还要面对其他类型的用于按照确定重复长度调制的码来调制的接收机。例如，这种相关和解调电路可以用在电信接收机中，或者是用在采用光信号传送一种确定代码的测量接收机中，或者是用于其他领域。
图1表示带相关和解调电路的GPS型接收机的示意图。它包括用于接收从若干个卫星发出的GPS射频信号的一个天线2，用于接收天线2提供的射频信号并且整形的装置3，以及从接收装置3接收400kHz频率级合成形式的中间信号IF的一个相关和解调电路6。
在接收装置3中，第一电子电路4’首先将来自1，57542GHz频率的射频信号变换成例如是179MHz的频率。第二电子电路中频4″执行双变频，首先将GPS信号调节到4.76MHz的频率，然后按4.36MHz采样后最终变成400kHz的频率。按照400kHz频率级采样并量化的中间合成信号中频被提供给相关和解调电路。这样的中间合成信号中频是由一个同相信号I和图中与确定为2比特的一条斜线交叉的黑体线表示的一个双相信号Q构成的。然而，如果在前级已经执行了2-比特或者是2n比特(n是大于1的整数)变换，这些中间信号中频就可以超过4比特。
用于频率变换操作的时钟信号发生器5是射频接收和整形装置3的一部分。这一发生器具有一个图中没有表示的石英振荡器，它被校准到17.6MHz的频率级上。两个时钟信号CLK和CLK16被提供给相关和解调电路作为所有电路操作的时钟。第一时钟频率CLK的值是4.36MHz，而第二时钟频率可以固定在供大部分相关级使用的16倍以下即272.5kHz，以便节省能量消耗。
值得注意的是，在近半数情况下，由第一电路4’提供的信号会给出不同奇偶的信号，即2输出位的(+1和-1)，4输出位的(+3；+1；-1；-3)。对接收机中的GPS信号解调操作必须要考虑到这种奇偶。
上述相关和解调电路6包括一个相关级7，它是由12个信道7’，将各个信道连接到各自一个缓冲寄存器11的数据传输总线10，以及将各个缓冲寄存器连接到微处理器装置12的的数据总线13构成的。连接到作为微处理器装置12一部分的微处理器上的存储装置18用来存储与位于轨道上的各个卫星和载波频率以及用于各个卫星的伪随机码参数有关的数据。构成相关和解调电路的所有元件都可以集成在单个半导体基片例如是一个硅基片上。
在相关和解调电路6的输入端设有测试信号发生装置14，它包括测试信号发生器15和一个多路复用器16。测试信号发生装置14的多路复用器16在一个输入端接收由接收装置3提供的中间信号中频，在另一个输入端接收中间测试信号IFtest。由集成在微处理器装置12中的控制装置通过控制总线19和缓冲寄存器11’提供的控制信号来控制上述多路复用器16。必要时也可以将多路复用器16集成在测试信号发生器15中。
在没有控制信号Test的正常操作模式下，多路复用器16将代表若干卫星发射的射频信号的中间信号中频传送给用于所有信道7’的相关级7。通过微处理器12将某些信道配置成不同的正常操作模式，这些信道各自用中间信号中频搜索一个看得见的卫星，对接收的GPS消息解调。反之，当微处理器12执行测试阶段时，微处理器12通过控制总线19向测试信号发生装置14发送测试控制信号。在测试阶段中，测试信号发生器15就被接通，多路复用器16接收测试信号Test，仅仅将发生器15产生的中间测试信号IFtest发送给相关级7。以下要参照图2具体解释上述测试信号发生器。
一旦接通，测试信号发生器15就产生中间测试信号IFtest代替普通的中间信号来执行代表闭环中的相关级的测试。为了更快地执行闭环测试，采用比Gold码的重复长度短的一种伪随机码来调制这些测试信号IFtest。缩短的伪随机码的最佳重复长度是31片即25-1，而Gold码的重复长度是1023片即210-1。
接近1000片的1023片从比例上可能被认为是相当于射频信号噪声。反之，之所以选择31片缩短的码是为了能够为了代表相关级的测试提供无噪声中间测试信号。
当然，对于采用相关和解调电路的其它领域，缩短的第二伪随机码的重复长度可以是2(n-m)-1，而接收信号的第一伪随机码的重复长度是2n-1。数字n和m都是整数，n大于3，而m的确定值在1和n-1之间。
在测试阶段，微处理器12向各自位于一个独立信道7’中的测试选择器17发送测试控制信号TMS。每个信道7’包括一个接收信号IF或IFtest的相关器8和一个控制器9，用来通过一个专用程序进入操作，特别是一种信号处理算法，用来获取卫星信号并且跟踪由该信道检测到的卫星。分别连接到各自的相关器8上的测试选择器17的任务是为上述相关器提供指令CS，特别是用来配置一个伪随机码发生器，以下要参照图3b具体解释。
在正常操作中，选择器17不向相关器8发送指令CS，这一意味着码发生器会产生与Gold码具有相等重复长度的一个码的副本。然而，在测试阶段中，一旦收到微处理器12的指令，选择器7就发送用于配置码发生器的指令CS，使其产生一个重复长度比Gold码短的伪随机码副本。因此，在测试阶段中，这一缩短的伪随机码必须是被调制到中间测试信号上的一种伪随机码。
控制信号TMS从理论上来说被定义为一种用于正常操作或各种测试模式的二比特控制字。如果TMS的二进制数字等于00，就是正常操作，不发送测试指令CS。如果TMS的二进制数字等于11，就用从输入端引入的中间测试信号IFtest实施闭环测试模式检查相关级7的所有信道7’工作是否正常。如果TMS的二进制数字等于01，就是开始由微处理器12通过一个没有表示的测试矢量发生器来控制对各个信道的相关器模块8执行测试。如果TMS的二进制数字等于10，就可以开始通过测试矢量发生器对各个信道的控制器模块执行测试。按照本发明，信号TMS的最佳值是00或11。
在没有表示的另一个实施例中，所有选择器17都可以是微处理器装置12的一部分。同样也可以通过总线10和13向各个相关器8发送指令CS。
在选择器17发送指令CS的同时，微处理器12通过总线13和10发送与需要搜索的伪随机码有关以及和中间测试信号的载波频率有关的参数。发送这些参数是为了在测试阶段中配置所有的信道7’，象正常操作中一样，但是是单独针对每一个信道。然而，在测试阶段中对所有信道的参数是相同的，这样就能用相同的方式同时在所有信道中处理具有缩短的唯一伪随机码的中间测试信号IFtest。
在上文所述的正常操作中，各信道的寄存器11能够接收微处理器12以及和每一个相关信道7’有联系的存储装置18发出的配置数据或参数。在相关并锁定在一个特定卫星上之后，通过寄存器11可以向微处理器12发送关于GPS消息的数据，PRN码的状态，有关Doppler效应的频率增量，伪范围，以及其它数据。
在测试阶段，上述寄存器11接收闭环测试的结果，以及需要由微处理器来处理的消息。在测试完之后，在将相关和解调电路设置到正常模式之前，微处理器就能检查出所有相关信道是否都能独立地工作正常。
还要注意到，这些寄存器11可以在相关阶段中累积数据，在卫星探测和跟踪操作过程中可以使用这些数据，不需要自动发送给微处理器12。
在另一个实施例中，相关级的所有信道7’可以共用一个寄存器框11，放在寄存器框中的数据对每一个信道是公用的。
如果每一个信道7’都包括一个用于所有卫星探测和跟踪阶段的控制器9，就能缩小微处理器12的尺寸。这种微处理器12例如可以是EMMicroelectronic-Marin SA，Switzerland制造的一种8-位CoolRISC-816微处理器。然而也可以用较大尺寸的微处理器例如是一个32-位微处理器来避免在各个信道中安置控制器9。按照本发明，在这种情况下，尺寸较大的这种微处理器在正常操作和测试阶段中能够胜任所有卫星探测和跟踪处理工作。
图2示意性地表示了构成测试信号发生器15的不同单元。如上所述，用微处理器的指令接通这一测试信号发生器。一旦接通，它就产生中间测试信号IFtest，将信号输入在闭环中等待测试的相关级。无噪声中间测试信号IFtest是这样设计的，它是从在接收机中整形的射频信号中提取的中间信号。然而，这一中间测试信号或替代信号是用长度比Gold码要短的一种伪随机码来调制的，以便缩短相关级的测试时间。
测试信号发生器15包括一个8-位数字控制振荡器(NCO)151，利用时钟信号CLK确定码的时钟，一个小PRN码发生器152，一个消息发生器154，一个8-位数字控制振荡器153(NCO)，利用时钟信号CLK确定载波频率的时钟，以及两个信号混频器155和156。8-位振荡器151和153的频率分辨率等级是17kHz，它是由4.36MHz的时钟频率CLK除以28获得的。
在测试阶段，两个8-位数字控制振荡器151和153各自从微处理器接收一个8-位二进制字。第一振荡器151接收一个用于产生时钟信号PRN-CLK的码增量，为后面的小PRN码发生器152定时钟。第二振荡器153接收一个载波频率增量。用于产生载波信号，其中之一是同相信号，而其它是双相信号。载波频率的值对于相关级的闭环测试并不是很重要。因此，载波频率值可以采取和普通中间信号一样的400kHz以下的值。
图3a中所示的具体的小PRN码发生器152从振荡器151接收时钟信号PRN-CLK，用来产生重复长度缩短的伪随机码。如下文所述，这种码的重复长度最好是31即25-1。
时钟信号PRN-CLK的频率是从数字控制振荡器151的输入端输入的码增量的一个函数。如果码增量值被固定在2也就是二进制数字的11000，时钟信号PRN-CLK就等于17kHz的24倍也就是408kHz。码增量当然也可以固定在更高值，接近相关级码发生器在正常操作时的频率1.023MHz。然而，为了能使测试阶段近似上述相关级在正常操作下的真实过程，为频率PRN-CLK选择的值是408kHz。
如图4所示，相关级的输出信号必须和它们的普通中间信号是等效的，包括比有用信号高大约16dB的噪声，或者是提供给相关级输入端的无噪声中间测试信号。其目的是考虑到固有的射频信号噪声，用无噪声测试信号对相关级执行一种接近实际的快速测试。
为了使中间测试信号接近普通的中间信号，必须在载波频率信号上的50Hz频率处设置一个消息。这样就能让微处理器在测试结束时检查所管理的各个信道对正确的消息解调。为此就要用一个恒定相位延迟信号(1ms)为消息发生器154计时，在50Hz(模20-恒定相位延迟)处给出一个消息。
来自消息发生器154的消息和来自小PRN码发生器152的缩短的PRN码在一个混频器155中混频。混频器155的输出在混频器156中又混频或调制到环路载波上产生中间测试信号IFtest。
图3a表示小伪随机码发生器152的细节，上述发生器的构造是本领域技术人员所公知的。因为它必须产生长度为31的码，它在一个编码器G1s和一个编码器G2s中包括一系列五个触发器30，用FF和各个触发器的编号表示。在每个时钟敲击点PRN-CLK上从触发器FF1到触发器FF5产生各触发器30的一次状态转换。
在第一编码器G1s中，触发器30的FF3和FF5各自的输出在XOR型加法器34中相加。加法器34的输出被引入触发器FF1，每当时钟敲击点PRN-CLK上在最后一个触发器FF5的输出上产生一个第一编码信号G1s。
在第二编码器G2s中，触发器30的FF2和FF5各自的输出在XOR型加法器32中相加。加法器32的输出被引入触发器FF1，每当时钟敲击点PRN-CLK上在最后一个触发器FF5的输出上产生一个第二编码信号G2s。
第一和第二编码信号G1s和G2s又在一个XOR型加法器33中相加产生编码的信号Gs，它对应着从小PRN码发生器152输出的信号。
图3b表示在相关级的各个相关器中使用的一种普通的伪随机发生器25。这种发生器的构造是本领域技术人员所公知的，可用于在正常操作中产生一种Gold码副本。然而，这种码发生器25还包括多路复用器46到48，用于在测试阶段中配置上述发生器。在测试阶段需要这样来配置码发生器25，令其在测试信号发生器中产生一种伪随机码副本，也就是重复长度为31(25-1)的码。
伪随机码发生器25包括第一编码器G1，其中串联设置有十个触发器40，用FF和各个触发器的编号表示，第二编码器G2，其中也串联设置有十个触发器，还有一个时移选择器G2(TAP选择器)用来确定具体的卫星码。在正常操作中，编码器G1的触发器FF3和FF10各自的输出在XOR型加法器41中相加。如果不为上述多路复用器46提供指令CS，触发器FF10的输出信号就自由通过(在图中用虚线表示)多路复用器46。加法器41的输出被引入触发器40的FF1的输入，每当时钟敲击点PRN-CLK上在最后一个触发器FF10的输出上产生一个第一编码信号G1。这一时钟信号PRN-CLK在正常操作时的值大约是1.023MHz，而在测试阶段中的值大约是408kHz，它是中间测试信号的一个函数。
在测试阶段对多路复用器46施加一个指令CS，仅有触发器40的FF3和FF5的输出在加法器41中相加。这种配置相当于参照图3a所述的编码器G1s，用来产生一个输出信号G1s。
在编码器G2中，触发器FF2，FF3，FF6，FF8，FF9和FF10各自的输出在XOR型加法器42中相加。加法器42的输出通过多路复用器47被引入第一触发器40的FF1的输入。在正常操作中，如果不为上述多路复用器47提供指令CS，多路复用器47的输出信号就自由通过(在图中用虚线表示)多路复用器47。这样，每当时钟敲击点PRN-CLK上就在第二编码器G2的最后一个触发器40FF10的输出上产生一个第二编码信号G2。
编码器G2的触发器FF2到FF5的输出被引入XOR型加法器45，其输出提供给多路复用器47的输入。在测试阶段中对多路复用器47施加一个指令CS，将加法器45的输出引入第一触发器FF1的输入，代替加法器42的输出。这种配置相当于参照图3a所述的编码器G2s，用来产生一个输出信号G2s。
选择器G2特别包括一个XOR型加法器43，用来将从第二编码器G2的十个触发器40当中选择的两个触发器例如是触发器40FF3和FF7的输出信号相加，产生一个确定卫星的特殊码。选择器G2的加法器43还会产生一定的延迟，这是本技术领域中的技术人员所公知的。
如果不对多路复用器48施加指令CS，加法器43的输出就能自由通过(在图中用虚线表示)多路复用器48。因此，在正常操作中，选择器G2的输出可以在一个XOR型加法器44中与输出G1相加而给出输出信号G。在这种情况下，由输出G确定特别为一个确定的卫星产生一个Gold码副本。
在测试阶段中对多路复用器48施加一个指令CS，这样就仅有输出G1和G2在加法器44中相加，以便产生一个与上文中参照图3a所述的信号Gs相对应的信号。
图4表示为本领域技术人员所公知的相关级中的相关器的不同电子元件。关于这种相关器的各种元件的具体细节，读者可以参见Philip Ward所著并且编辑为Elliott D.Kaplan(Artech HousePubLishers，USA 1996)，ISBN出版号是0-89006-793-7的一本书“Understanding GPS Principles and Applications”的第五章所描述的技术，特别是图5.8和5.13用大线路图表示了图4的所有元件。值得注意的是在该图中用带斜杠的粗体线表示一定数量的并行位。
在测试阶段，相关级信道的所有相关器都是按相同的方式配置，用于代表相关和解调电路操作的测试。为了简化以下的说明而仅仅描述了一个相关器。
该相关器包括一个载波混频器20，一个码混频器21，积分计数器22，码鉴别器23和载波鉴别器26，用于码24和载波27的数字控制振荡器，一个伪随机码发生器25，和一个用于载波的sin/cos表28。
首先，载波混频器20的一个输入端在正常操作中接收用虚线表示的中间IF信号，或是在测试阶段接收中间测试信号IFtest。这些中间信号是复合信号，也就是说，它们是由符合公式(I+iQ)的一个同相信号I和一个双相信号Q构成的。如上文所述，对到达混频器20的信号的选择是由微处理器控制装置来执行的。在一个PRN码控制环和一个载波控制环中处理这些中间信号。
在混频器20中对中间信号IFtest执行乘法运算，一方面用Cosines负i乘以内部产生的载波副本的Sinus以便从中间复合信号中提取同相信号I，另一方面用负Sinus负i乘以内部产生的载波副本的Cosines以便从中间信号中提取双相信号Q。
在这一载波相关操作之后将信号I和Q输入一个码混频器21以便建立和内部产生的码等效的PRN码。一方面将同相信号I和双相信号Q各自乘以PRN码的一个早期副本E，另一方面乘以PRN码的一个晚期副本L，给出四个输出信号IE，IL，QE和QL。在每个相关级信道中仅仅保留有半片间隔的早期和晚期副本，不考虑中间的准时副本。
四个相关信号IE，IL，QE和QL被输入到作为前置检测元件的积分计数器22。用对应着Gold码的一个完整周期的十个比特代表积分计数器22的四个输出值IES，ILS，QES和QLS。然而，在码和载波控制环中仅仅使用8个最高有效位。
在正常操作中，在每一毫秒或每一恒定相位延迟之后获得完整的一组输出值IES，ILS，QES和QLS，因为码重复长度是1023片，而码时钟频率是1.023MHz。与此相反，在码重复长度缩短到31片而码时钟频率是408kHz的测试阶段中，是在大约每76μs之后获得一组完整的输出值。这一76μs的值对应着31除以408kHz。
为了在正常操作或测试阶段中提供完整的组，积分计数器22随着每一个码序列的开头或结尾开始计数。这样就能估算用于获得对应着积分时间比例也就是(1ms/76μs)乘以码重复长度比例即1023/31的时间增益。用于相关和解调电路的闭环测试的时间增益大约比如果采用重复长度为1023片的伪随机码获得的测试时间小435倍。如果在测试阶段中将码时钟频率固定在1023MHz，这一增益甚至能小1000倍，因为积分时间从76μs变成了大约31μs。
通过将用于IPS值的两个输出信号IES和ILS及用于QPS值的两个输出信号QES和QLS相加就可以获得对应着伪准时值的另外两个输出值IPS和QPS。
在PRN码控制环中将四个输出信号IE，IL，QE和QL引入一个用来对上述输出信号执行能量计算操作的码鉴别器23。在码鉴别器23中执行对一定数量整数周期例如是16个周期中的数值累计。还包括一个滤波器的这一鉴别器23为一个码数字控制振荡器(NCO)24提供一个滤波的码相位环增量。这一相位环增量能够通过调整相位而产生码的副本。这样，振荡器24就从鉴别器23接收例如是一个滤波的28-位二进制字。
在一个搜索程序的开头，通过微处理器及参数输入和输出寄存器提供一个码相位增量INCR-C，以便固定必须由振荡器24提供的码时钟频率的起始值。当然，这一增量INCR-C的值对于电路处在正常操作模式或测试阶段是不同的。
时钟频率信号PRN-CLK被提供给PRN码发生器25，为产生伪随机码的早期和晚期副本确定时钟。如果对码发生器25施加一个指令CS，就意味着按照测试阶段来配置该发生器，用以产生具有31个重复长度的代码副本。同样在测试阶段中将增量INCR-C提供给数字控制振荡器24，最好让振荡器输出上的时钟频率PRN-CLK具有408kHz的值。
在载波控制环中，伪准时输出信号IPS和QPS被输入到载波鉴别器26。在一定数量整数周期例如是16个周期中用载波鉴别器26执行一种数值累计。还包括一个滤波器的这一鉴别器26向一个载波数字控制振荡器(NC0)27提供一个滤波的载波环路增量。这一载波环路增量可以通过频率调节而产生载波副本。例如，这一振荡器27可以从鉴别器26接收一个滤波的24-位二进制字。
对于一个搜索程序开头的码控制环，可以通过微处理器输入一个频率增量INCR-P。频率增量INCR-P可以将振荡器27产生的载波频率初步固定在与中间信号的载波频率的一个近似值上。当然，这一增量INCR-P当电路处在正常操作模式或测试阶段时是不同的。
来自数字控制振荡器27的输出信号被提供给sin/cos表28，由后者为混频器20提供两个合成信号。合成信号(Cosx-iSinx)和(-Sinx-iCosx)在混频器20中与中间合成信号相乘后提供一个同相信号I和双相信号Q。
如上所述，为调制到中间测试信号上的伪随机码选择31片重复长度的做法能够在电路测试阶段中考虑到具有1023片重复长度的射频信号中固有的噪声。
提供给相关级的普通中频信号IF包括的噪声要比有用信号高大约16dB。因而必须要考虑到积分计数器22所提供的输出信号上的真实信号的信噪比(SNR)，以便获得与没有噪声的中间测试信号近似的值。一般来说，如果码副本与中间测试信号码是同相的，其输出信号的SNR大约在15dB到20dB之间。
如果对相关级的测试是用从接收机外部产生的无噪声射频信号来执行的，积分计数器22就有可能出现饱和状态。正是为此，才需要在用射频测试信号来执行代表相关级操作的测试时为上述信号添加噪声。与此相反，采用本发明的中间测试信号不需要添加噪声，因为积分计数器的输出值累加中不会出现饱和现象。
积分输出信号的功率与接收机所接收的射频信号之间的关系由公式PS＝(C/N0)Tσ2来决定，其中的(C/N0)T一项代表信噪比(SNR)，T取值为1ms，而σ2代表平均噪声功率。中间测试信号由此产生的积分计数器输出信号与包括噪声的真实射频信号的输出功率具有近似的输出功率。这样就能用具有缩短到31片的伪随机码的无噪声测试信号对相关级执行一种接近实际的闭环操作测试。
在测试阶段的结尾，在积分计数器22的各个输出信道中对中间信号消息解调，以便为微处理器提供数据。依据测试结果和接收到的数据，微处理器就能检查各个相关级信道工作是否正常。由于缩短了伪随机码的重复长度，大大缩短了测试时间，同时又能保证闭环测试接近真实的操作测试。在这种闭环测试模式下可以完成对90％以上元件的测试。
如上所述，可以按照一个由微处理器装置的程序来确定的时间周期重复这种闭环测试操作。当然，如果将带有相关和解调电路又包括测试信号发生器的接收机安装在由电池或蓄电池供电的便携物体中，也可以使用这种程序。这种便携物体例如可以是手表或手持电话，这些设备即使在测试阶段中也需要节省功率消耗。
尽管如此，也可以设想在接收机中安装相关和解调电路之前来执行这种测试。在这种情况下，可以在一个测试台上执行对相关级电路的闭环测试，或者甚至可以在电路或晶片生产线的末尾处执行测试。
在权利要求书所限定的本发明范围之内，本领域的技术人员显然还可以设想出相关和解调电路的其他实施例。能够配置成正常操作模式和测试模式的这种电路可以用在采用确定的码重复长度的调制信号的任何接收机中。可以由位于测试台上的测试信号发生器来提供中间测试信号，发生器不一定要集成在电路中。然而，因为测试信号发生器仅仅包括四十来个逻辑门或触发器，而整个电路具有接近2百万个晶体管，这种构造只会给电路增加一点点空间。
权利要求
1.一种用于接收机(1)的相关和解调电路(6)，所接收的信号是用确定重复长度的第一码调制的，上述第一码规定了上述信号的发射源，上述电路包括一个相关级(7)，它被连接到用于按正常操作模式或测试模式配置上述相关级的一个控制装置(2)上，在正常模式下，上述相关级可以接收对应着在接收机调制信号接收装置(3)中整形的调制信号的中频信号(IF)，上述中频信号在上述相关级(7)的一个相关器控制环(8)中和一个由码发生器(25)提供的第一码的副本相关，其特征在于在测试阶段中，上述码发生器(25)适合通过控制装置(12)利用由一种比第一码要短的第二重复码调制的测试中频信号(IFtest)，产生一个比用于相关操作的第一码要短的第二重复码的副本，并且提供给相关级(7)用来执行代表相关级闭环操作的一种测试，比采用第一码调制的信号更快。
2.按照权利要求1的相关和解调电路(6)，其特征在于它包括一个测试信号发生器(15)，它能够在测试阶段为相关级提供中频测试信号(IFtest)代替来自接收机的中频信号(IF)，上述测试信号是采用比第一码的重复长度短的第二码来调制的，用来执行代表相关级(7)的闭环操作的一种测试。
3.按照权利要求2的相关和解调电路(6)，对于射频信号接收机(1)，第一码是第一伪随机码，它对于各个发射卫星是不同的，其特征在于测试信号发生器(15)在测试阶段中提供采用比第一伪随机码的重复长度短的第二伪随机码来调制的测试信号(IFtest)，并且这一码发生器(25)在测试阶段中适合通过控制装置(2)产生用于与测试信号相关操作的第二伪随机码的一个副本。
4.按照权利要求3的用于GPS接收机的相关和解调电路(6)，其特征在于控制装置是微处理器装置(12，18)的一部分，它能够计算位置，速度和时间数据，在相关操作的开头修改控制环参数，并且在测试阶段检查相关级工作是否正常。
5.按照权利要求3和4之一的相关和解调电路(6)，其特征在于相关级(7)包括各自设有一个相关器(8)的若干个信道(7’)，在正常操作时可以同时捕捉和跟踪若干个看得见的卫星，而在测试阶段中，所有相关级信道中的各个码发生器(25)都改成产生相同的第二码副本，仅仅从测试信号发生器(15)接收测试信号(IFtest)，以便同时检查所有相关级信道的相关操作是否工作正常。
6.按照权利要求4的相关和解调电路(6)，其特征在于由微处理器(12)的程序按照预定的时间周期发出相关级(7)的测试阶段指令。
7.按照权利要求3到6之一的相关和解调电路(6)，其特征在于测试信号发生器(15)在测试阶段中产生由确定重复长度的第二伪随机码调制的载波频率测试信号，从而在涉及到载波频率和相关级的伪随机码的控制环中对按照第一伪随机码调制的射频信号中的固有噪声加以考虑，以便获得和诸如积分计数器(22)等待检测元件的输出信号相近似的功率。
8.按照权利要求7的相关和解调电路(6)，其特征在于微处理器装置(12)与相关级各信道中的码发生器(25)协作，按照第一或第二伪随机码的重复长度来确定待检测元件的积分时间。
9.按照权利要求3或7的相关和解调电路(6)，其特征在于测试信号发生器(15)包括一个第二伪随机码发生器，作为第一数字控制振荡器(151)的一个8-位振荡器，它根据微处理器装置提供的第一二进制字为第二伪随机码发生器(152)提供时钟信号(PRN-CLK)，作为第二数字控制振荡器(153)的一个8-位振荡器，它根据微处理器装置提供的第二二进制字产生载波频率信号，第二伪随机码被调制到上述载波频率信号上，以及一个消息发生器(154)，其消息信号也被调制到载波频率信号上，相关级(7)被用来为微处理器装置提供测试消息数据，用于在闭环操作测试阶段中检查相关级。
10.按照权利要求7或9的相关和解调电路(6)，其特征在于缩短的第二伪随机码的重复长度等于31，而射频信号的第一伪随机码的重复长度等于1023，能够在相关级待检测元件(22)的一个输出上提供考虑到射频信号中固有噪声的近似信号(IES，ILS，QES和QLS)。
11.按照权利要求3到5之一的相关和解调电路(6)，其特征在于相关级(7)包括连接到相关器(8)上用于各个信道(7’)的一个控制器(9)，用来执行对所有同步任务中的数字信号的一种处理算法，以便在正常操作模式或测试模式下为码发生器(25)调节特定的相位和/或频率参数。
12.按照权利要求5的相关和解调电路(6)，其特征在于相关级(7)各信道中的相关器(8)包括用来产生载波频率信号副本的一个装置(27，28)，在正常操作模式或测试模式下可以由微处理器装置(12)根据提供给相关器的中间信号的载波频率来进行修改。
13.按照前述权利要求之一的相关和解调电路(6)，其特征是上述电路的所有元件都被装在单个半导体基片例如是一个硅基片上。
全文摘要
专用于一种伪随机码射频信号接收机(1)的相关和解调电路(6)包括一个连接到控制装置(12)上的相关级(7),由控制装置来配置上述相关级的正常操作模式或测试模式。在正常操作中,上述相关级接收对应着在用于从接收机接收调制信号的一个装置(3)中整形的射频信号的一个中频信号(IF)。上述中间信号在上述相关级(7)的一个相关器控制环(8)中和一个由码发生器(25)提供的第一码的副本相关。在测试阶段中,码发生器(25)适合通过控制装置(12)产生一个重复长度比射频信号的伪随机码要短的一种伪随机码的副本。具有缩短的伪随机码的中频测试信号(IF
文档编号H04B1/707GK1360399SQ01143668
公开日2002年7月24日 申请日期2001年12月17日 优先权日2000年12月18日
发明者P·-A·法林, J·－D·埃蒂恩尼, R·里姆-维斯, E·菲罗兹 申请人:阿苏拉布股份有限公司