CN102305934A

CN102305934A - 一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块

Info

Publication number: CN102305934A
Application number: CN201110121937A
Authority: CN
Inventors: 翁博; 周学海; 许发诺
Original assignee: SHAANXI CHANGLING ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHAANXI CHANGLING ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-05-13
Filing date: 2011-05-13
Publication date: 2012-01-04

Abstract

本发明涉及导航接收机，公开了一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块，包括：控制逻辑单元，频率综合器，依次串联的公用天线、低噪声放大器、一分二功分器，与一分二功分器的一个输出端依次串联的第一射频信号滤波器、第一混频单元、第一有源滤波器、第一可调增益放大器、第一A/D转换器，以及与一分二功分器的另一个输出端依次串联的第二射频信号滤波器、第二混频单元、第二有源滤波器、第二可调增益放大器、第二A/D转换器；所述频率综合器至少输出两路本地振荡信号，并通过控制逻辑单元分别控制选通第一混频单元和第二混频单元，所述第一A/D转换器和第二A/D转换器分别输出卫星数字信号。

Description

一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块

技术领域

本发明涉及导航接收机，特别涉及一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块。

技术背景

目前，国内导航接收机都只能使用单通道导航***，主要适用于接收全球定位***(GPS)或北斗二代导航***，其工作模式也比较单一，如只能接收处理一个频段的射频信号。但是，对于航空、高铁等要求安全性能高的领域，单通道或单模式的导航接收机存在安全隐患，一方面表现为单通道故障致使导航接收机失灵，另一方面表现为卫星***故障导致导航接收机失灵。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块，能够同时或选择性接收处理全球定位***(GPS)和北斗导航***的射频信号，增加射频工作频段，提高持续导航能力和安全性。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块，其特征在于，包括：控制逻辑单元，频率综合器，依次串联的公用天线、低噪声放大器、一分二功分器，与一分二功分器的一个输出端依次串联的第一射频信号滤波器、第一混频单元、第一有源滤波器、第一可调增益放大器、第一A/D转换器，以及与一分二功分器的另一个输出端依次串联的第二射频信号滤波器、第二混频单元、第二有源滤波器、第二可调增益放大器、第二A/D转换器；所述频率综合器至少输出两路本地振荡信号，并通过控制逻辑单元分别控制选通第一混频单元和第二混频单元，所述第一A/D转换器和第二A/D转换器分别输出卫星数字信号。

本发明的进一步改进和特点在于：

(1)所述第一混频单元、第二混频单元均为正交混频单元；

所述正交混频单元包含具有双路输入双路输出的多相滤波器、第一混频器、第二混频器、正交移相器、第一中频滤波器、第二中频滤波器；所述本地振荡信号之一接入正交移相器的输入端，正交移相器的两路正交输出分别连接第一混频器、第二混频器的本振输入端，所述第一混频器、第二混频器的射频输入端并联，所述多相滤波器的双路输入端分别与第一混频器、第二混频器的输出端连接，多相滤波器的双路输出端分别与第一中频滤波器、第二中频滤波器输入端连接，第一中频滤波器、第二中频滤波器的输出信号叠加后作为正交混频单元的输出。

(2)所述频率综合器输出四路本地振荡信号，其振荡频率分别为1157.006MHz、1571.328MHz、1161MHz、1222MHz，所述控制逻辑单元为四选二选择器。

本发明在模块内集成了两套完整的接收通道，共用一套公用天线、低噪声放大器、功分器和一个频率综合器，通过控制逻辑单元可提供多模式的工作方式。两个通道共用一个频率综合器，每个通道的低频架构中，将射频信号滤波器、混频单元、有源滤波器、可调增益放大器(即自动增益控制信号放大器)、A/D转换器集成为一路射频信号处理通道。

本发明中，公用天线接收全球定位***(GPS)或北斗二代导航***的射频信号，射频信号进入低噪声放大器放大后，经一分二功分器分为两路，每一路分别通过射频信号滤波器、混频单元、有源滤波器获得中频信号，中频信号经过可调增益放大器、A/D转换器后输出卫星数字信号。

本发明中，第一混频单元、第二混频单元均为正交混频单元。正交混频单元包含具有双路输入双路输出的多相滤波器、第一混频器、第二混频器、正交移相器、第一中频滤波器、第二中频滤波器；本地振荡信号之一接入正交移相器的输入端，正交移相器的两路正交输出分别连接第一混频器、第二混频器的本振输入端，第一混频器、第二混频器的射频输入端并联，多相滤波器的双路输入端分别与第一混频器、第二混频器的输出端连接，多相滤波器的双路输出端分别与第一中频滤波器、第二中频滤波器输入端连接，第一中频滤波器、第二中频滤波器的输出信号叠加后作为正交混频单元的输出。混频单元均为正交混频单元，正交混频单元采用多相滤波器，能够有效抑制镜频干扰。

频率综合器输出四路本地振荡信号，其振荡频率分别为1157.006MHz、1571.328MHz、1161MHz、1222MHz，分别对应全球定位***的L频点、北斗二代导航***的B1、B2、B3频点，控制逻辑单元为四选二选择器，可以组合出多种工作模式。

因此，本发明的技术方案能够同时或选择性接收处理全球定位***(GPS)和北斗导航***的射频信号，增加射频工作频段，提高持续导航能力和安全性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1为用于导航接收机的双通道射频信号处理模块的原理示意图。

图2为低噪声放大器的电路原理图。

图3为混频单元的电路原理图。

图4为有源滤波器的电路原理图。

图5为可调增益放大器的电路原理图。

图6为一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块的结构示意图。

图7为的频率综合器的结构框图。

图8正交移相器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

参照图1，用于导航接收机的双通道射频信号处理模块的原理图，其中，公用天线、低噪声放大器、一分二的功分器串联，用于接收全球定位***和北斗二代导航***的卫星射频信号，放大后通过功分器分为两路。功分器的一个输出端依次串联的第一射频信号滤波器、第一混频单元、第一有源滤波器、第一可调增益放大器、第一A/D转换器，形成第一通道；二功分器的另一个输出端依次串联的第二射频信号滤波器、第二混频单元、第二有源滤波器、第二可调增益放大器、第二A/D转换器，形成第二通道。

频率综合器输出两路本地振荡信号，并通过控制逻辑单元分别控制选通第一混频单元和第二混频单元；控制逻辑单元的作用是控制第一通道和第二通道的是否工作，即控制该模块的工作模式；如果第一通道和第二通道始终保持同时工作时，也可以省略控制逻辑单元。

在每一个通道中，射频信号先经过射频信号滤波器后接入混频单元的信号输入端，频率综合器输出的一路本地振荡信号接入混频器的本振输入端，混频后输出中频载波信号，经有源滤波器后输入可调增益放大器，最后经A/D转换器分别输出卫星数字信号。

参照图2，为适用于本发明的低噪声放大器的电路原理图，其中IN为射频信号输入端，OUT为射频信号输出端。电压源VCC分两路，一路依次串联电感LC1、电容CA2并联网络、电容CA4后作为射频信号输出端OUT，电感LC1、电容CA2并联网络和电容CA4的公共节点连接三极管P2的集电极，三极管P2的发射极连接三极管P4的集电极，三极管P4的发射极接地；另一路依次串联电流源IA1、三极管P1的集电极，三极管P1的发射极连接三极管P3的集电极，三极管P3的发射极接地；三极管P1、P2的基极连接后通过电容CA3接地；三极管P3、P4的基极之间串接电阻RA1、RA2，电阻RA1、RA2的公共节点连接三极管P1的发射极，三极管P4的基极作为射频信号输入端IN。电容CA1连接在电压源VCC和地之间。

参照图3，本发明的混频单元可以采用混频器，其电路原理图中，RF_IN为来自于低噪声放大器输出的射频信号，LO为来自于频率综合器的本地振荡信号输入端，IF_OUT为射频信号与本地振荡信号混频器后的中频信号输出端。

本地振荡信号输入端LO的正、负极分别与三极管P5、P6的基极连接，三极管P5、P6的集电极上分别串联电阻RA4、RA5后短接，该短接节点和电压源VCC之间连接电阻RA3、电容CA5组成的阻容网络。三极管P5、P6的两个发射极短接后与三极管P13的集电极相连，三极管P13的发射极通过电阻RA12与地连接，三极管P13的基极和地之间并联电压源VC2。三极管P13的基极同时连接三极管P14的基极、三极管P14的发射极通过电阻RA13与地连接。

电压源VCC的正极分别通过并联电阻RA7、RA6后引出中频信号输出端IF_OUT的正负端子，该正负端子之间连接有电容CA6、CA7组成并联网络。中频信号输出端IF_OUT的正端子分别连接三极管P8、P10的集电极，负端子分别连接连接三极管P7、P9的集电极，三极管P8、P9的基极短接后连接三极管P5的集电极，三极管P7、P10的基极短接后连接三极管P6的集电极，三极管P7、P8的发射极短接后连接三极管P11的集电极，三极管P9、P10的基发射极短接后连接三极管P12的集电极，三极管P11、P12的发射极分别通过电阻RA9、RA10后短接，该短接节点连接三极管P14的集电极。三极管P11、P12的基极分别通过电阻RA8、RA11后短接，该短接节点和地之间连接电压源VC1；同时，三极管P12的基极通过电容CA8接地，三极管P11的基极连接射频信号输入端RF_IN。

参照图4，为适用于本发明的有源滤波器，图中，IN输入端接收来自于混频单元输出的中频信号，OUT为经过滤波后的中频信号输出端。

IN输入端的正端子依次串联电阻RA16、RA18和三极管P15的基极，IN输入端的负端子依次串联电阻RA17、RA19和三极管P15的基极，在电阻RA16、RA18的公共节点和电阻RA17、RA19的公共节点之间依次并联电容CA6、CA7。电阻RA16、RA18的公共节点和中频信号输出端OUT的正端子间连接电阻RA14，中频信号输出端OUT的正端子和三极管P15的基极间连接电容CA8；电阻RA17、RA19的公共节点和中频信号输出端OUT的负端子间连接电阻RA15，中频信号输出端OUT的负端子和三极管P16的基极间连接电容CA5。

电压源VCC的正极分别连接三极管P13的集电极、三极管P14集电极、场效应管MOS1的源极、场效应管MOS2的漏极、场效应管MOS3的源极、场效应管MOS4的漏极。场效应管MOS1、MOS2的栅极短接后连接场效应管MOS4的源极，场效应管MOS1的漏极分别连接三极管P13的基极和三极管P15的集电极，场效应管MOS2的源极分别连接三极管P14的基极和三极管P16的集电极，场效应管MOS1的漏极和场效应管MOS2的源极分别通过电容CA40、CA41接地。

三级管P13的发射极连接三极管17的集电极，三极管17的发射极通过电阻RA22接地，三级管P14的发射极连接三极管19的集电极，三极管19的发射极通过电阻RA24接地，三级管P15、P16的发射极短接后连接三极管18的集电极，三极管18的发射极通过电阻RA23接地；同时，中频信号输出端OUT的正、负端子分别连接三极管P13、P14的发射极，三极管P13、P14的发射极之间依次串联电阻RA20、RA21。

场效应管MOS3的漏极连接场效应管MOS5的漏极，场效应管MOS4的源极连接场效应管MOS6的源极，场效应管MOS5的源极和场效应管MOS6的漏极短接后连接三级管P20的集电极，三级管P20的发射极通过电阻RA25接地，场效应管MOS5的栅极连接电阻RA20、RA21的公共节点，场效应管MOS5的栅极和地之间连接电压源VC4。电压源VC4的负端子接地，正端子分别连接三极管P17、P18、P19、P20的基极。

参照图5，为适用于本发明的可调增益放大器。图中，IF_IN输入端为来自于有源滤波器的中频信号，IF_OUT输出端为经过放大后的中频信号，Vc为控制放大器增益系数的控制电压信号输入端，可由后级的A/D转换器控制。

电压源VCC的正极和IF_IN输入端的正极之间依次串联电阻RA27、电容CA15，电阻RA27、电容CA15的公共节点分别连接三极管P21、P23的基极；电压源VCC的正极和IF_IN输入端的负极之间依次串联电阻RA26、电容CA16，电阻RA26、电容CA16的公共节点分别连接三极管P22、P24的基极；电压源VCC的正极串联电阻RA28后分两路连接三极管P21、P23的集电极；电压源VCC的正极串联电阻RA29后分两路连接三极管P22、P24的集电极。电压源VCC的正极串联电阻RA30后分两路连接三极管P26、P28的基极；电压源VCC的正极串联电阻RA31后分两路连接三极管P25、P27的基极；电压源VCC的正极串联电阻RA33后分两路连接三极管P26、P28的集电极，三极管P26、P28的集电极的公共节点引出IF_OUT输出端的正极；电压源VCC的正极串联电阻RA32后分两路连接三极管P25、P27的集电极，三极管P25、P27的集电极的公共节点引出IF_OUT输出端的负极。三极管P22、P24的集电极的公共节点和三极管P25、P27的基极的公共节点之间连接电容CA17；三极管P21、P23的集电极的公共节点和三极管P26、P28的基极的公共节点之间连接电容CA18。

三极管P21、P22的基极短接后连接三级管P29的集电极，三级管P29的发射极通过电阻RA38连接场效应管MOS7的漏极，场效应管MOS7的源极接地；三极管P23、P24的基极分别通过电阻RA34、RA35后短接，该短接节点连接三级管P30的集电极，三级管P30的发射极通过电阻RA39连接场效应管MOS8的漏极，场效应管MOS8的源极接地；三极管P25、P26的基极短接后连接三级管P31的集电极，三级管P31的发射极通过电阻RA40连接场效应管MOS9的漏极，场效应管MOS9的源极接地；三极管P27、P28的基极分别通过电阻RA36、RA37后短接，该短接节点连接三级管P32的集电极，三级管P32的发射极通过电阻RA41连接场效应管MOS10的漏极，场效应管MOS8的源极接地。电压源VC5的负极接地，其正极分别连接三级管P29、P30、P31、P32的基极。控制电压信号输入端分为两路，其中一路连接反向器NO1后并联场效应管MOS7、MOS9的栅极，另一路直接并联场效应管MOS8、MOS10的栅极。

参照图6，为本发明的一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块的具体结构。该实施例的特点之一是第一混频单元、第二混频单元均为正交混频单元。正交混频单元包含具有双路输入双路输出的多相滤波器、第一混频器、第二混频器、正交移相器、第一中频滤波器、第二中频滤波器；频率综合器输出的本地振荡信号之一接入正交移相器的输入端，正交移相器的两路正交输出分别连接第一混频器、第二混频器的本振输入端，第一混频器、第二混频器的射频输入端并联，多相滤波器的双路输入端分别与第一混频器、第二混频器的输出端连接，多相滤波器的双路输出端分别与第一中频滤波器、第二中频滤波器输入端连接，第一中频滤波器、第二中频滤波器的输出信号叠加后作为正交混频单元的输出。采用正交混频单元的优点是能够抑制镜频干扰和邻频干扰。

该实施例的另一特点是频率综合器输出四路本地振荡信号，其振荡频率分别为1157.006MHz、1571.328MHz、1161MHz、1222MHz，分别对应全球定位***的L频点、北斗二代导航***的B1、B2、B3频点，控制逻辑单元为四选二选择器，可以组合出多种工作模式。

参照图7，为上述实施例采用的频率综合器，其中VCO为压控振荡器，Phase Detector为鉴相器，Reference Amplifier为时钟信号放大器，R1、R2、R3、R4为分频系数，N1、N2、N3、N4为倍频系数，RF_OUT1、RF_OUT1、RF_OUT1、RF_OUT1为本地振荡信号输出端。参考时钟CLK经过时钟信号放大器Reference Amplifier后分为四路，分别采用锁相环技术控制输出四路本地振荡信号，其振荡频率分别为1157.006MHz、1571.328MHz、1161MHz、1222MHz。

参照图8，为上述实施例的正交混频单元中采用的正交移相器，图中LO_IN输入端接收来自频率综合器的一路本地振荡信号，输出端OU1和OU2产生的相位正交信号。

LO_IN输入端的正极分为两路，一路通过依次串联的电阻RA74、RA75连接输出端OU1的正极，另一路通过依次串联的电阻RA76、RA77连接输出端OU2的正极；LO_IN输入端的负极分为两路，一路通过依次串联的电阻RA78、RA79连接输出端OU1的负极，另一路通过依次串联的电阻RA80、RA80连接输出端OU2的负极。

电阻RA74、RA75的公共节点和LO_IN输入端的负极之间连接电容CA38，电阻RA74、RA75的公共节点和输出端OU2的正极之间连接电容CA33；电阻RA76、RA77的公共节点和LO_IN输入端的正极之间连接电容CA32，电阻RA76、RA77的公共节点和输出端OU1的负极之间连接电容CA35；电阻RA78、RA79的公共节点和LO_IN输入端的正极之间连接电容CA34，电阻RA78、RA79的公共节点和输出端OU2的负极之间连接电容CA37；电阻RA80、RA81的公共节点和LO_IN输入端的负极之间连接电容CA36，电阻RA80、RA81的公共节点和输出端OU1的正极之间连接电容CA37。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims

1.一种用于导航接收机的双通道射频信号处理模块，其特征在于，包括：控制逻辑单元，频率综合器，依次串联的公用天线、低噪声放大器、一分二功分器，与一分二功分器的一个输出端依次串联的第一射频信号滤波器、第一混频单元、第一有源滤波器、第一可调增益放大器、第一A/D转换器，以及与一分二功分器的另一个输出端依次串联的第二射频信号滤波器、第二混频单元、第二有源滤波器、第二可调增益放大器、第二A/D转换器；所述频率综合器至少输出两路本地振荡信号，并通过控制逻辑单元分别控制选通第一混频单元和第二混频单元，所述第一A/D转换器和第二A/D转换器分别输出卫星数字信号。

2.根据权利要求1所述的用于导航接收机的双通道射频信号处理模块，其特征在于，所述第一混频单元、第二混频单元均为正交混频单元。

3.根据权利要求2所述的用于导航接收机的双通道射频信号处理模块，其特征在于，所述正交混频单元包含具有双路输入双路输出的多相滤波器、第一混频器、第二混频器、正交移相器、第一中频滤波器、第二中频滤波器；所述本地振荡信号之一接入正交移相器的输入端，正交移相器的两路正交输出分别连接第一混频器、第二混频器的本振输入端，所述第一混频器、第二混频器的射频输入端并联，所述多相滤波器的双路输入端分别与第一混频器、第二混频器的输出端连接，多相滤波器的双路输出端分别与第一中频滤波器、第二中频滤波器输入端连接，第一中频滤波器、第二中频滤波器的输出信号叠加后作为正交混频单元的输出。

4.根据权利要求1所述的用于导航接收机的双通道射频信号处理模块，其特征在于，所述频率综合器输出四路本地振荡信号，其振荡频率分别为1157.006MHz、1571.328MHz、1161MHz、1222MHz，所述控制逻辑单元为四选二选择器。