一种北斗一号卫星导航系统收发机芯片结构的制作方法【
技术领域：
】[0001]本实用新型涉及电子通信
技术领域：
，具体地讲，是涉及一种北斗一号卫星导航系统收发机芯片结构。【
背景技术：
】[0002]北斗卫星导航定位系统是我国自行研制的卫星导航定位系统，具有双向通信、实时导航、精密授时等特点，已广泛应用在国防、通信、经济建设等多领域中。[0003]全球卫星导航系统（GNSS)目前有美国全球定位系统（GPS)、俄罗斯全球卫星导航系统（GLONASS)、欧洲伽利略卫星定位系统（Galileo)、以及发展中的中国北斗定位系统。它们能提供全球、全天候、实时、连续的高精度位置信息，已经广泛应用于各种民用和军用目标的定位、导航、授时和精密测量，并逐步成为全球发展最快的三大信息产业(移动电话、互联网和卫星定位导航）之一。[0004]国外GPS芯片的发展从1994年开始，经历两代的发展而进入今天的第三代，2002年开始产业化，2004年得到普及。随着军用民用导航产品对芯片小尺寸、低功耗的不断追求，以及硬件设计水平和芯片制造工艺的不断进步，2005年开始出现将GPS射频与数字部分集成在一起的单芯片GPS接收机，其中产品化的单片式GPS芯片有Motorola的"InstantGPS"和SonySemiconductor的CXD2951系列以及德州仪器、高通、SiRF等公司的产品。卫星导航与车辆、手机、计算机等融合，成为集导航、通讯、监控、管理、安防、上网、办公、娱乐、信息服务、远程诊断等于一身的数字化信息系统。卫星导航芯片向着小型化、高灵敏度、低功耗、低价位和兼容性不断进化。[0005]我国卫星导航芯片的研宄始于2000年，当时主要研宄方向是GPS、GPS+GL0NASSS和北斗一代芯片的研宄。到2004年，已研制成功GPS+GL0NASSS的相关芯片和北斗一代的FPGA接收板。但由于客观条件的限制，这些研宄都无法深化，产品不具有国际竞争力，定位精度、稳定性和成本与GPS差距较大。2007年，我国第一块具有自主知识产权的双系统卫星定位导航接收机核心芯片SR8824芯片通过测试验收，其能够实现具有通信功能的北斗一代系统（BD-1)与GPS的兼容接收。[0006]到目前为止，导航定位系统最大和最多的用户是车载和手持导航。在手持导航仪(PND，PortableNavigationDevice)或类似的应用中，由于整个导航仪通过电池供电，所以针对这种应用，导航系统的芯片功耗有着特殊的意义：功耗越低，使用时间就越长。目前市场上，像美国的SiRF，加拿大的SiGe公司和美国的MAXIM公司都有了很成熟的导航射频芯片，其产品多数用SiGe工艺来设计和制作，以达到低功耗、高性能的目的。这些产品都采用传统的低中频导航射频接收机的系统结构，功耗普遍偏高。江苏天源电子有限公司的BN622X北斗一代收发机中接收通道采用两次变频接收机结构，无形中增加了产品功耗。[0007]同时，现有技术中CMOS工艺具有低功耗、低成本、速度快、抗干扰能力强、集成度高等众多优点，随着CMOS器件性能的不断提升，CMOS工艺目前已成为当前大规模集成电路的主流工艺技术，采用CMOS工艺设计卫星导航系统收发机成为了一大趋势。【
实用新型内容】[0008]为克服现有技术中的上述问题，本实用新型提供一种整体功耗较低的北斗一号卫星导航系统收发机芯片结构，通过采用CMOS工艺设计卫星导航系统收发机的一次变频接收机结构以达到低功耗的性能。[0009]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：[0010]一种北斗一号卫星导航系统收发机芯片结构，包括在片内集成封装的接收通道、发射通道、频率合成器、时钟锁相环和SPI接口，其中，频率合成器包括与接收通道连接的接收频率合成器RXPLL，以及与发射通道连接的发射频率合成器TXPLL。[0011]进一步地，为了实现北斗卫星信号的接收功能，所述接收通道包括依次连接的第一级低噪声放大器LNA1、第二级低噪声放大器LNA2、一次变频镜像抑制混频器、多相滤波器PSFilter、低通滤波器LPF1、可变增益放大器VGA1和通滤波器LPF2,以及与低通滤波器LPF1、可变增益放大器VGA1、低通滤波器LPF2均连接的自动增益控制模块AGC，其中，一次变频镜像抑制混频器与接收频率合成器RXPLL连接，第一级低噪声放大器LNA1接收来自外部天线的射频信号，低通滤波器LPF2输出模拟中频信号。[0012]为了实现数字信号的输出，所述低通滤波器LPF2连接有用于输出数字中频信号的模数变换器ADC。[0013]具体地，所述一次变频镜像抑制混频器包括一对均与第二级低噪声放大器LNA2连接的下变频混频器Mixerl，并且该对下变频混频器Mixerl还均与多相滤波器PSFilter和接收频率合成器RXPLL连接。[0014]更进一步地，为了实现北斗卫星信号的发射功能，所述发射通道包括依次连接的数模转换器DAC1、低通滤波器LPF3、上变频混频器Mixer2、可变增益放大器VGA2、双转单变换器DTS和射频功率放大器RFPA，其中，上变频混频器Mixer2与发射频率合成器TXPLL连接，由数模转换器DAC1输入数字发射信号。[0015]为了调节输出功率，所述数模转换器DAC1和低通滤波器LPF3之间还连接有衰减器ATT。[0016]更进一步地，所述接收频率合成器RXPLL和发射频率合成器TXPLL均采用小数分频锁相环。[0017]具体来讲，所述小数分频锁相环包括依次连接构成环路的鉴频鉴相器PFD1、电荷泵CP1、低通滤波器LPF4、压控振荡器VC01、前置预除分频器Prescaler和程控分频器PSCounter，与程控分频器PSCounter连接为其动态改变反馈分频系数的E_A调制器，以及与E-A调制器连接并与电荷泵CP1构成负反馈结构的数模变换器DAC2,其中，鉴频鉴相器PFD1还接收一参考信号输入，压控振荡器VC01通过除二分频器Div2向接收通道或发射通道输出本振信号，E_A调制器接收总分频数的小数部分信号。[0018]为了提供稳定的本振信号，所述除二分频器Div2与接收通道或除二分频器Div2与发射通道之间还设有本振增益缓冲器LOBuffer。[0019]更进一步地，为了保持信号收发同步，所述时钟锁相环包括依次连接构成环路的鉴频鉴相器PFD2、电荷泵CP2、低通滤波器LPF5、压控振荡器VC02和分频器Divider，其中，鉴频鉴相器PFD2还接收一参考时钟信号输入，压控振荡器VC02输出50MHz时钟信号。[0020]为了便于芯片内的各操作设置，所述SPI接口与上述各模块连接，以便于外接其他控制模块。SPI，SerialPeripheralInterface，串行外设接口。[0021]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：[0022](1)本实用新型内部完整集成了接收和发射通道、频率合成器以及时钟锁相环等模块，并且射频模块与数字模块单芯片集成，仅需极少的片外元件即可完成北斗信号的收发工作，同时其接收通道采用全差分一次变频镜像抑制结构，有效地降低了运行功耗，并且其控制逻辑简单，模块复用率高，芯片关断或切换迅速，性能高，功耗低，还使用DNEWLL技术，抗干扰能力强，能够应对各种突发情况(振荡、工艺偏差等）和复杂恶劣的工作环境(高温、低温环境等)，即使当芯片电源由1.8V下降到1.6V时也能实现同样的收发功能，其应用前景广泛，适合推广应用。[0023](2)本实用新型的接收通道采用一次变频镜像抑制混频器，尽可能地减少了本地频率合成器的本振信号数目，降低了频率合成器以及其他分频元件的功耗，也减少了片外元件数量，实现了总增益41dB~114dB、增益调节范围大于64dB、噪声系数小于5dB、镜像抑制度大于30dBc的优良效果。[0024](3)本实用新型的发射通道集成数模转换器、低通滤波器、上变频混频器、双转单变换器和射频功率放大器，能够将数字BPSK信号调制到1615.68MHz的射频信号上发射，发射通道ldB压缩点为8dBm，发射功率在-10dBm到+5dBm之间可调节，输出载波抑制大于30dBc〇[0025](4)本实用新型的收发频率合成器都采用18位sigma-delta小数分频锁相环，鉴相频率20MHz，频率分辨率76Hz，为收发通道提供稳定的高精度、低相位噪声本振信号，还利用数模变换模块来抵消电荷泵输出电流中的量化噪声分量，消除小数量化噪声和杂散。【附图说明】[0026]图1为本实用新型的系统框图。[0027]图2为本实用新型中小数分频锁相环的系统框图。[0028]图3为本实用新型中时钟锁相环的系统框图。[0029]图4为本实用新型中E-A调制器的结构示意图。【具体实施方式】[0030]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例[0031]如图1至图4所示，该北斗一号卫星导航系统收发机芯片结构，包括在片内集成封装的接收通道、发射通道、频率合成器、时钟锁相环和SPI接口，其中，频率合成器包括与接收通道连接的接收频率合成器RXPLL，以及与发射通道连接的发射频率合成器TXPLL。其控制逻辑简单，模块复用率较高，当前第1页1 2 3