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GPS接收机硬件电路设计—电路图天天读(280)

作者:dolphin时间:2017-04-10

  GPS由空间卫星星座地面监控系统和用户接受设备3部分组成。作为一种实时定位测速授时的导航系统,其在定位精度和观测时间上面的优势使其成为该领域的首选。

  硬件电路设计

  现有的GPS接收机基本构成方框图如图1所示。

  本系统的信号接收机硬件主要包括4个功能单元:天线单元、射频单元、相关器单元、微控制器单元。基于现有架构,结合各功能模块的发展现状,设计出一款弹载GPS接收机,以期实现实时定位、测速和授时。

  相关核心模块选型如下:

  Zarlink公司生产的GP2015作为接收机的射频前端,实现对信号的下变频处理,GP2021芯片作为C/A 码基带相关器,对中频数字信号进行解调和解扩,得到导航电文;TI公司的浮点型数字处理器TMS320C6747,对接收机自检、测定、搜捕卫星信号,进行相关计算。

  天线单元

  天线单元主要由天线、滤波器和前置放大器组成,该单元电路图如图2所示 。天线的作用是将卫星信号极微弱的电磁波能转化为相应的电流。滤波器用于抑制带外的干扰信号。而前置放大器则是将信号电流予以放大,有时还兼有变频作用。

  射频单元

  该单元电路核心芯片采用ZARLINK公司推出的GPS射频前端芯片GP2015 。它具有低功耗、低成本和高可靠性等特性,采用TQFP封装,封装尺寸小,工作电源电压为3~5 V ,当芯片工作在3V电压下,其功耗为200 mW。

  GPS Ll信号通过天线、预选频滤波器和低噪声放大器后输入到GP2015 ,GP2015将该射频信号与不同频率的本振信号经三级下变频到中频 (IF), 在GP2021提供的5.714 MHz的采样频率下,将中频信号变换成频率为1.405 MHz的2位TTL电平输出。所以,该单元的设计任务主要有两个:晶体振荡器设计和滤波电路设计。

  GPS接收机定位精度、信号的准确性和稳定性,以及信号的一致性要求较高,从而对标准基准时钟稳定性提出了较高的要求。本系统采用高精度温补型晶体振荡器TCXO,该晶体振荡器与外部匹配电路共同工作,产生稳定的10.000 MHz的基准时钟信号,在25 标准温度下,其调整频差为士1ppm, 负载电容为15pF。 在电源与GND之间串接10uF和100 nF电容,以有效滤除电源杂波。晶体振荡匹配电路原理图如图3所示。

  GP2015的滤波电路设计分为三级:第一级,设计为二阶的切比雪夫滤波器,性能指标为中心频率175.42 MHz ,带宽为2MHz如图4所示 :第二级,滤波器采用Mitel 公司的声表面滤波器DW9255,中心频率为35.4 MHz, 带宽为2MHz(如图5所示),第三级,属于GP2015片内滤波,它的作用是滤除进入A/D 转换器的噪声和干扰信号。



关键词: GP2021 GP2015 GPS

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