摘要：簡(jiǎn)述北斗一代射頻單收芯片的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；射頻接收；RNC2410

概述

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)目前已成為人類活動(dòng)中普遍采用的導(dǎo)航定位技術(shù)，并迅速發(fā)展成為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)——衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)。美國(guó)和俄羅斯相繼建成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS和GLONASS，歐盟目前正在進(jìn)行GALILEO系統(tǒng)建設(shè)。為了建立獨(dú)立自主的中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，于2000年成功發(fā)射了北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的兩顆衛(wèi)星，標(biāo)志著我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)取得突破性進(jìn)展。使我國(guó)成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。與GPS不同，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)距二維導(dǎo)航。北斗系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星、中心控制系統(tǒng)、標(biāo)校系統(tǒng)和各類用戶機(jī)等部分組成。首先由中心控制系統(tǒng)向兩顆衛(wèi)星同時(shí)發(fā)送詢問(wèn)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問(wèn)信號(hào)，并同時(shí)向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來(lái)的信號(hào)，然后根據(jù)用的申請(qǐng)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

雖然北斗一代衛(wèi)星系統(tǒng)具有通信功能、但是由于其定位方法采用有源定位方式，導(dǎo)致用戶容量、定位精度、隱蔽性和定位頻度等方面受到一定的限制。隨著北斗一代衛(wèi)星定位基帶處理算法的改進(jìn)，目前已可以實(shí)現(xiàn)三星無(wú)源定位。早在2005年，我國(guó)首臺(tái)北斗一號(hào)三星無(wú)源定位接收機(jī)樣機(jī)就已研制成功，獨(dú)立自主地解決了快速實(shí)時(shí)定位問(wèn)題，可為中國(guó)及其鄰近地區(qū)提供全天侯、高精度、快速實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位服務(wù)。北斗一代三星無(wú)源定位的日益成熟，可擺脫容量限制，極大擴(kuò)寬了北斗一代終端產(chǎn)品的應(yīng)用。

北斗一代終端產(chǎn)品更重要的應(yīng)用領(lǐng)域是單收授時(shí)，授時(shí)服務(wù)是眾多行業(yè)所必需的，如通信基站、電力等行業(yè)，目前這些行業(yè)采用的授時(shí)都是GPS，從各個(gè)角度來(lái)看，采用北斗授時(shí)是大勢(shì)所趨，且量非常大。

南京廣嘉微電子有限公司針對(duì)北斗一代單收市場(chǎng)需求，專門開(kāi)發(fā)了一款北斗一代射頻單收芯片RNC2410。RNC2410具有性能優(yōu)越、功耗低、穩(wěn)定性高、體積小等顯著優(yōu)勢(shì)，只需要片外少許器件即可實(shí)現(xiàn)北斗一代的射頻接收功能，大大減小了產(chǎn)品體積，降低了系統(tǒng)成本。

RNC2410

RNC2410是一款用于“北斗一代”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的射頻接收芯片。芯片集成了接收通道所有模塊和頻率綜合器。接收通道既可以提供模擬信號(hào)輸出，又可以提供ADC采樣后的量化信號(hào)輸出，并可提供采樣時(shí)鐘輸出。采用片外少許元件就可以實(shí)現(xiàn)“北斗”用戶機(jī)的接收功能。芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口協(xié)議。

該芯片采用兩次變頻結(jié)構(gòu)，接收機(jī)首先通過(guò)射頻前端電路把射頻信號(hào)下變頻到第一中頻，然后通過(guò)第二混頻器把第一中頻下變頻到最終中頻輸出，通過(guò)合理的頻率規(guī)劃，可以大大提高接收機(jī)的鏡像抑制和信道選擇性。為了提高芯片的集成度，減少外部元件的數(shù)量，該芯片還集成了頻率合成器和相應(yīng)的壓控振蕩器，并集成了一個(gè)專門用于產(chǎn)生ADC采樣時(shí)鐘的鎖相環(huán)。該鎖相環(huán)同時(shí)產(chǎn)生基帶用的基準(zhǔn)時(shí)鐘。

中頻可變?cè)鲆娣糯笃魍瓿?dB步進(jìn)增益控制。通過(guò)內(nèi)置的自動(dòng)增益控制環(huán)路，輸出信號(hào)電平可以保持在差分峰一峰值1V。RNC2410既可以提供模擬中頻信號(hào)。又可以提供2位量化信號(hào)。

RNC2410采用標(biāo)準(zhǔn)的四線SPI接口與控制單元進(jìn)行通信，寫操作。當(dāng)CS由高變低時(shí)，主設(shè)備開(kāi)始通過(guò)SDAI對(duì)RDSS射頻芯片進(jìn)行寫入。最先寫入的是讀寫指示位和寄存器地址位，五位地址位([A4：A0])用于內(nèi)部寄存器尋址。隨后是16位數(shù)據(jù)D15：D0。寫操作完成后，CS變?yōu)楦唠娖?。?dāng)cs由高變低時(shí)，主設(shè)備開(kāi)始通過(guò)SDAI對(duì)RDSS射頻芯片進(jìn)行寫入。最先寫入的是讀寫指示位和寄存器地址位，五位地址位([A4：A0])用于內(nèi)部寄存器尋址。主設(shè)備可在隨后的16個(gè)周期讀取數(shù)據(jù)。讀操作完成后，CS變?yōu)楦唠娖健?/p>

RNC2410的性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

RNC2410應(yīng)用

由于RNC2410芯片集成度高，外圍只需稍許電路即可實(shí)現(xiàn)接收功能，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用RNC2410的北斗一代接收終端系統(tǒng)方案圖1所示。

圖中BDI LNA為北斗一代低噪放，通常增益大于42dB，噪聲系數(shù)小于1.3dB。ADc可采用ADI公司的AD9283或類似產(chǎn)品，BDI Baseband為北斗一代基帶部分，可由專用芯片實(shí)現(xiàn)，也可用FPGA實(shí)現(xiàn)。

由于RNC2410芯片接收機(jī)射頻輸入端是差分結(jié)構(gòu)，且差分阻抗為100歐姆，而LNA的輸出阻抗為單端50歐姆，為此，我們需要設(shè)計(jì)輸入匹配電略。此處我們采用了一個(gè)單端s0歐姆到差分100歐姆的Balun，同時(shí)采用差分T型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Balun和芯片的匹配，匹配電路如圖2所示。

RNC2410采用兩次變頻結(jié)構(gòu)，為了提高鏡像抑制和信道選擇性，我們?cè)诘谝恢蓄l處選擇了一個(gè)高選擇性的中頻SAW，并對(duì)其進(jìn)行匹配，電路如圖3。

RNC2410與基帶部分可提供兩種接口方式，一種是模擬中頻輸出，經(jīng)片外ADC采樣后產(chǎn)生量化信號(hào)送至基帶；另一種是量化中頻輸出，直接由RNC2410產(chǎn)生2bits量化信號(hào)送至基帶。這兩種方式RNC2410均可以提供采樣時(shí)鐘。

采用RNC2410的北斗一代接收終端測(cè)試表明，接收靈敏度高于-157.6dBm。

結(jié)語(yǔ)

RNC2410是南京廣嘉微電子有限公司自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)專用射頻芯片，采用該芯片的北斗一代終端產(chǎn)品比以往傳統(tǒng)產(chǎn)品體積顯著減小，成本降低。模塊測(cè)試性能完全滿足整機(jī)用戶的要求，并已開(kāi)始試用推廣，近期將大規(guī)模生產(chǎn)，促進(jìn)我國(guó)北斗事業(yè)的快速發(fā)展。