GPS接收機12通道相關(guān)器GP2021的原理與應用
摘要:GP2021是Zarlink半導體公司生產(chǎn)的12通道C/A碼基帶相關(guān)器,該芯片與大多數16位和32位微處理器兼容,可用于GPS衛星導航系統的接收機。文中介紹了GP2021的主要特點(diǎn)和工作原理,給出了GP2021的典型應用。
關(guān)鍵詞:GPS;相關(guān)器;接收機;GP2021
1 GP2021的主要特點(diǎn)
GP2021是Zarlink Semiconductor公司生產(chǎn)的12通道C/A碼基帶相關(guān)器,可用于NAVSTAR GPS衛星導航系統的接收機,并可與Zarlink Semiconductor公司的GP2015和GP2010 C/A碼射頻下變頻器配合使用。
GP2021與大多數16位和32位的微處理器兼容,特別是Motorola和Intel公司的微處理器,此外,芯片上也有一些功能可支持ARM60 32位RISC處理器,通過(guò)芯片內的存儲器管理功能可用最少的外部邏輯芯片實(shí)現GPS接收機。GP2021中每個(gè)相關(guān)器通道可以分別控制。因此,對于不需要12個(gè)通道的系統工作模式,可以?xún)H激活所需的相關(guān)器通道,從而降低功耗。此外,通過(guò)使用備用電池可把電源電壓降低至2.2V,進(jìn)一步降低接收機功耗。
圖1
GP2021的主要特點(diǎn)如下:
●12個(gè)完全獨立的相關(guān)器通道;
●具有雙UART和實(shí)時(shí)時(shí)鐘;
●與多數16位和32位微處理器兼容;
●具有低電壓,低電流和低功率模式;
●典型功耗150mW;
●與GP2010和GP2015射頻前端兼容;
●后備電池電壓為2.2V(最小值)。
GP2021相關(guān)器可廣泛用于GPS導航系統、GPS測量接收機和時(shí)間轉發(fā)接收機中。
2 工作原理
圖1所示為GP2021的功能原理框圖。GP2021相關(guān)器中集成有12通道GPS相關(guān)器,它的數字中頻數據來(lái)自射頻前端,控制功能由微處理器來(lái)實(shí)現。相關(guān)器內除了12個(gè)通道相關(guān)器外,還有一些微處理器支持功能,包括雙UART和實(shí)時(shí)時(shí)鐘。GP2021可與ARM處理器或其它形式的微處理器進(jìn)行連接。
2. 1 12通道相關(guān)器
圖2所示為GP2021中12通道相關(guān)器的功能框圖??梢钥闯?,它內部由采樣鎖存器、時(shí)鐘產(chǎn)生器、時(shí)基產(chǎn)生器、地址譯碼器、狀態(tài)寄存器以及總線(xiàn)接口等組成。
圖2
時(shí)鐘產(chǎn)生器可把從射頻前端得到的主時(shí)鐘CLK T/CLK I進(jìn)行6或7分頻,以得到內部的多相位時(shí)鐘組。與GP2015連接時(shí),由于主時(shí)鐘額定頻率是40MHz,故應在內部進(jìn)行7分頻。工作于復輸入模式下時(shí)則應進(jìn)行6分頻。與GP2015連接時(shí),其SAMP-CLK采樣時(shí)鐘為5.714MHz。
時(shí)鐘產(chǎn)生器的主要任務(wù)是產(chǎn)生MICRO CLK微處理器的時(shí)鐘信號,其頻率為主時(shí)鐘的一半。主要功能是作為ARM系統模式時(shí)存儲器控制邏輯的同步時(shí)鐘。
時(shí)基產(chǎn)生器用于產(chǎn)生四個(gè)重要信號。其中AC-CUM INT是累加器中斷信號,用于控制相關(guān)器累加器和微處理器之間的數據傳輸,該信號可通過(guò)ACCUM INT輸出進(jìn)行檢測,也可通過(guò)讀?。粒茫茫眨?STA-TUS A寄存器進(jìn)行檢測。TIC是一個(gè)內部信號,默認值約為100ms,用于同時(shí)鎖存所有12個(gè)通道的測量數據(周期計數、碼相位、碼DCO相位、載波DCO相位、載波周期計數),其周期可以改變。MEAS INT是測量中斷信號。TIMEMARK為時(shí)間標記,可作為秒脈沖信號。
2.2 相關(guān)器中的跟蹤模塊
該模塊是12個(gè)獨立的信號跟蹤模塊,編號CH0~CH11。這些功能模塊產(chǎn)生的數據可用于跟蹤衛星信號。圖3所示是跟蹤模塊的原理框圖。每一個(gè)跟蹤通道可獨立編程,并可工作于Update(更新)模式或者Preset(預設)模式。其中更新模式是普通模式。預設模式是特別的工作模式。
3 典型應用
圖4所示是使用GP2021設計的典型GPS接收機,由GP2010或GP2015射頻前端、GP2021相關(guān)器以及ARM60 32位RISC微處理器組成。該系統可以使用單個(gè)射頻前端,因為所有的GPS衛星都使用相同的L1天線(xiàn),頻率為1575.42MHz。但是為了獲得更廣的空間覆蓋,有時(shí)需要使用多根天線(xiàn),這時(shí)就需要多個(gè)獨立的射頻前端。在射頻部分,GP2010或GP2015可對L1信號進(jìn)行下變頻以進(jìn)行數字基帶處理,然后將得到的信號在GP2021中與本地產(chǎn)生的C/A碼進(jìn)行相關(guān)處理。每一相關(guān)通道可以使用各自的碼字,這樣12個(gè)相關(guān)器通道就可以同時(shí)工作以捕獲和跟蹤多達12顆衛星。把相關(guān)器的輸出數據送到微處理器便可得到導航信息和控制跟蹤環(huán)路信號。
為抑制雜散,保證相關(guān)器的正確工作,應減小相關(guān)器GP2021和射頻前端相連接所產(chǎn)生的干擾。并使GP2021相關(guān)器的SAMPCLK信號諧波達到最小,以使其不會(huì )混到IF鏈路的通帶內。
GP2021的SAMPCLK輸出和GP2015的CLK輸入間應串連一個(gè)1.5kΩ的電阻,它與CLK腳的輸入電阻構成一個(gè)濾波器,可以抑制SAMPCLK信號的高次諧波。在射頻前端送來(lái)的數據進(jìn)入GP2021前,也應采取類(lèi)似措施,即在GP2015的MAG和SIGN輸出端與GP2010的輸入端之間串連一個(gè)470Ω的電阻。
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