可檢測差分GPS校正信號的窄頻移數字鑒別器電路

美國海岸警衛隊(U.S. Coast Guard)通過(guò)低頻(285~325kHz)發(fā)射臺給GPS信號(DGPS)發(fā)送差分校正信號。發(fā)送數據率為100bps或200bps。此調制為最小頻移鍵控(MSK)，會(huì )產(chǎn)生載波偏移為位速率的一半的偽頻移鍵控(FSK)。對于100bps信號，載波偏移只有±25Hz。對于1kHz的接收器IF頻率，IF信號偏移在975~1,025Hz之間。兩組數據對應時(shí)間分別為1,026μs和976μs。

檢測調制信號的最初工作都集中在鎖相環(huán)和模擬鑒別器上，兩者都需要針對每種速率進(jìn)行優(yōu)化或調節。此外還考慮了元件老化的影響。這樣就開(kāi)發(fā)了一種測量IF信號各周期長(cháng)度的5V CMOS電路數字方法。當交流耦合IF信號峰峰值在2V~15V時(shí)，此電路工作良好。

采用CD4049 CMOS十六進(jìn)制緩沖/轉換器對IF輸入信號進(jìn)行箝位(如圖)。CD4049后接一個(gè)設置為反轉觸發(fā)器的CD4013 D型觸發(fā)器，以消除任何滯后。信號的正負部分分開(kāi)處理，方波的負信號選通1000位計數器，此計數器的輸入為1MHz時(shí)鐘。

IF頻率鑒別器測量IF輸入信號的每個(gè)周期長(cháng)度，該電路可檢測采用差分校正機制的GPS信號的調制信號。

如果信號持續時(shí)間超過(guò)1,000μs，就會(huì )產(chǎn)生溢出脈沖；如果短于1,000 μs，則不會(huì )。同樣，產(chǎn)生IF方波正信號的持續時(shí)間可通過(guò)另一個(gè)CD4059測量。將兩個(gè)CD4059的輸出送入“或”門(mén)，以便混合各數據IF信號周期的測量值。

任何溢出脈沖都會(huì )觸發(fā)可重觸發(fā)單穩多諧振蕩器CD4098。輸出脈沖寬度為1.1 ms，輸出脈沖寬度稍大于IF中心頻率周期，這樣確保在相鄰IF信號長(cháng)持續時(shí)間周期之間的輸出脈沖不會(huì )下降到0。

用作可編程除法器的CD4059的復位命令復雜，如果控制輸入Kb和Kc設置為0時(shí)，計數器復位到阻塞輸入。

由于希望計數器的第一級除以10，所以Ka=1，Kb=1，Kc=0。Kc總是為0，所以用Kb控制進(jìn)行復位。主復位后，還將額外計數一次。因此，如果阻塞輸入為1,000，則輸出脈沖發(fā)生在1,001個(gè)計數之后。如果這樣不行，則阻塞輸入可能要設置成999，以獲得1,000μs的總延遲。

因為CD4059是同步可編程計數器，所以輸出脈沖是一個(gè)單時(shí)鐘周期(1.0μs)。如果采用1,000的阻塞輸入，脈沖寬度小于999 μs的脈沖就不產(chǎn)生輸出脈沖，脈沖寬度大于1,002 μs的脈沖則產(chǎn)生連續脈沖。

檢測到的數據脈沖長(cháng)度非常接近于10ms的倍數，最大誤差只有0.1ms。在數據脈沖的上升沿觸發(fā)示波器，IF信號為975Hz的純正弦波。當在下降沿觸發(fā)示波器時(shí)，原始IF信號表為1,025Hz的純正弦波。因為電路功能相當于IF頻率鑒別器，所以檢測方案與傳輸數據率無(wú)關(guān)。