基于MAX2769的軟件GPS接收機射頻前端設計

與傳統的硬件接收機相比較，軟件GPS接收機需要獲取中頻采樣數據。采樣數據的獲取一般有兩種途徑，一種是通過(guò)硬件模擬或硬件直接接收衛星信號，另一種是通過(guò)軟件模擬產(chǎn)生信號[1]。軟件方式可以應用在對算法的研究上，然而在實(shí)時(shí)接收機中，設計低成本、高性能的前端放大器是最直接有效的方式。
　MAX2769是業(yè)內第一款通用的GNSS接收機芯片，它,不但可以用于GPS還可以應用于Galileo，GLONASS導航衛星系統。
　MAX2769采用Maxim公司的低功耗工藝技術(shù)，該器件集成了完整的接收機鏈路，包括雙輸入低噪聲放大器（LNA）以及混頻器（MIXER）、鏡像抑制濾波器(IRF)、可編程增益放大器（PGA）、VCO、N分頻頻率合成器、晶體振蕩器以及多位ADC。MAX2769所具有的高集成度使其省去了有源天線(xiàn)應用中所需的外部LNA以及外部IF聲表面波濾波器。因此，該器件僅需少量外部元件，即可構建完整的低成本GPS接收機方案,實(shí)現低達1.4 dB的噪聲系數。
　MAX2769集成的?撞-?駐N分頻頻率合成器可實(shí)現±40 Hz精度的中頻編程，從而與主機系統所提供的任意基準或晶體頻率配合工作。集成的ADC輸出可以同時(shí)為I和Q通道輸出一個(gè)或兩個(gè)量化位或者為I通道輸出三個(gè)量化位。輸出數據采用CMOS或受限的差分邏輯電平。MAX2769適合汽車(chē)導航、資產(chǎn)跟蹤、蜂窩手持設備、便攜式導航設備(PND)、數碼相機、筆記本電腦等。通過(guò)外圍電路的擴展，MAX2769芯片可以擴展成USB輸出。
1 GPS信號的構成
GPS的信號由三部分組成： 載波、導航數據和擴頻序列。載波即為GPS衛星L波段上的兩個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率，包括鏈路L1和L2，其中心頻率如下：
L1:f_L1=1 575.42 MHz
L2:f_L2=1 227.60 MHz
導航數據包含衛星軌道的相關(guān)信息,比特流為50 b/s，擴頻序列是由偽隨機序列組成的一組碼，包括粗捕獲碼(C/A)和加密精確碼((P(Y))。C/A為速率為1.023 MHz的二相調制信號，主瓣兩個(gè)零值之間為2.046 MHz，C/A可由多位移位寄存器產(chǎn)生,由于C/A碼有很好的自相關(guān)性，所以可以用它來(lái)搜索衛星信號。
L1上的信號可以表示為：

Ap是P碼的振幅，P(t)為P碼的相位，D(t)表示數據碼，f1表示L1的頻率，Ac是C/A碼的振幅，C(t)表示C/A的相位。
GPS系統屬于簡(jiǎn)單的擴頻通信系統。首先，將50 bps的導航數據重復20次產(chǎn)生1 000 b/s的數據流,然后C/A擴頻，這樣，就產(chǎn)生了1.023 Mb/s的基帶信號。事實(shí)上，接收機接收到的來(lái)自衛星的信號是被完全淹沒(méi)在接收機的噪聲當中，熱噪聲功率為：

衛星信號的功率約為-160 dB，顯然，熱噪聲功率大于接收機衛星信號的功率，因此，衛星信號不能從頻譜分析儀上直接觀(guān)察到，但通過(guò)解擴，接收機總增益可以將淹沒(méi)于噪聲的導航信號恢復出來(lái)。
2 GPS L1前端構成
射頻前端主要包括帶通濾波器(BPF)、LNA、混頻器/振蕩器和ADC，圖1是GPS L1的前端示意圖[2]。

帶通濾波器是一個(gè)頻率選擇性器件，只允許某些頻率通過(guò)并使其他頻率成份衰減。
混頻器/振蕩器的功能是把輸入的1 575.42 MHz 的RF載波轉換到更低的中頻(IF)上，同時(shí)不改變調制信號的結構。其原理如圖2所示。