北斗一代射頻單收芯片RNC2410的應(yīng)用

　　衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)目前已成為人類活動中普遍采用的導(dǎo)航定位技術(shù)，并迅速發(fā)展成為一個新興的產(chǎn)業(yè)——衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)業(yè)[1]。美國和俄羅斯相繼建成全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GPS和GLONASS，歐盟目前正在進(jìn)行GALILEO系統(tǒng)建設(shè)。為了建立獨立自主的中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，于2000年成功發(fā)射了北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的兩顆衛(wèi)星，標(biāo)志著我國衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)取得突破性進(jìn)展，使我國成為世界上第三個擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國家。與GPS不同，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)[2]是主動式雙向測距二維導(dǎo)航。北斗系統(tǒng)由兩顆地球靜止衛(wèi)星、中心控制系統(tǒng)、標(biāo)校系統(tǒng)和各類用戶機(jī)等部分組成。首先由中心控制系統(tǒng)向兩顆衛(wèi)星同時發(fā)送詢問信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器向服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶廣播。用戶響應(yīng)其中一顆衛(wèi)星的詢問信號，并同時向兩顆衛(wèi)星發(fā)送響應(yīng)信號，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)回中心控制系統(tǒng)。中心控制系統(tǒng)接收并解調(diào)用戶發(fā)來的信號，然后根據(jù)用的申請服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。

　　雖然北斗一代衛(wèi)星系統(tǒng)具有通信功能，但是由于其定位方法采用有源定位方式，導(dǎo)致用戶容量、定位精度、隱蔽性和定位頻度等方面受到一定的限制。隨著北斗一代衛(wèi)星定位基帶處理算法的改進(jìn)，目前已可以實現(xiàn)三星無源定位。早在2005年，我國首臺北斗一號三星無源定位接收機(jī)樣機(jī)就已研制成功，獨立自主地解決了快速實時定位問題，可為中國及其鄰近地區(qū)提供全天侯、高精度、快速實時導(dǎo)航定位服務(wù)。北斗一代三星無源定位的日益成熟，可擺脫容量限制，極大擴(kuò)寬了北斗一代終端產(chǎn)品的應(yīng)用。

　　北斗一代終端產(chǎn)品更重要的應(yīng)用領(lǐng)域是單收授時[4,5]，授時服務(wù)是眾多行業(yè)所必需的，如通信基站、電力等行業(yè)，目前這些行業(yè)采用的授時都是GPS[6]，從各個角度來看，采用北斗授時是大勢所趨，且量非常大。

　　南京廣嘉微電子有限公司針對北斗一代單收市場需求，專門開發(fā)了一款北斗一代射頻單收芯片RNC2410。RNC2410具有性能優(yōu)越、功耗低、穩(wěn)定性高、體積小等顯著優(yōu)勢，只需要片外少許器件即可實現(xiàn)北斗一代的射頻接收功能，大大減小了產(chǎn)品體積，降低了系統(tǒng)成本。

　　RNC2410

　　RNC2410是一款用于“北斗一代”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的射頻接收芯片。芯片集成了接收通道所有模塊和頻率綜合器。接收通道既可以提供模擬信號輸出，又可以提供ADC采樣后的量化信號輸出，并可提供采樣時鐘輸出。采用片外少許元件就可以實現(xiàn)“北斗”用戶機(jī)的接收功能。芯片采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口協(xié)議。

　　該芯片采用兩次變頻結(jié)構(gòu)，接收機(jī)首先通過射頻前端電路把射頻信號下變頻到第一中頻，然后通過第二混頻器把第一中頻下變頻到最終中頻輸出，通過合理的頻率規(guī)劃，可以大大提高接收機(jī)的鏡像抑制和信道選擇性。為了提高芯片的集成度，減少外部元件的數(shù)量，該芯片還集成了頻率合成器和相應(yīng)的壓控振蕩器，并集成了一個專門用于產(chǎn)生ADC采樣時鐘的鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)同時產(chǎn)生基帶用的基準(zhǔn)時鐘。

　　中頻可變增益放大器完成1dB步進(jìn)增益控制。通過內(nèi)置的自動增益控制環(huán)路，輸出信號電平可以保持在差分峰-峰值1V。RNC2410既可以提供模擬中頻信號，又可以提供2位量化信號。

　　RNC2410采用標(biāo)準(zhǔn)的四線SPI接口與控制單元進(jìn)行通信，寫操作。當(dāng)CS由高變低時，主設(shè)備開始通過SDAI對RDSS射頻芯片進(jìn)行寫入。最先寫入的是讀寫指示位和寄存器地址位，五位地址位([A4:A0])用于內(nèi)部寄存器尋址。隨后是16位數(shù)據(jù)D15:D0。寫操作完成后，CS變?yōu)楦唠娖?。?dāng)CS由高變低時，主設(shè)備開始通過SDAI對RDSS射頻芯片進(jìn)行寫入。最先寫入的是讀寫指示位和寄存器地址位，五位地址位([A4:A0])用于內(nèi)部寄存器尋址。主設(shè)備可在隨后的16個周期讀取數(shù)據(jù)。讀操作完成后，CS變?yōu)楦唠娖健?/p>

　　RNC2410的性能指標(biāo)見表1。

　　RNC2410應(yīng)用

　　由于RNC2410芯片集成度高，外圍只需稍許電路即可實現(xiàn)接收功能，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計。采用RNC2410的北斗一代接收終端系統(tǒng)方案圖1所示。

　　圖中BDI LNA為北斗一代低噪放，通常增益大于42dB，噪聲系數(shù)小于1.3dB。ADC可采用ADI公司的AD9283或類似產(chǎn)品，BDI Baseband為北斗一代基帶部分，可由專用芯片實現(xiàn)，也可用FPGA實現(xiàn)。

　　由于RNC2410芯片接收機(jī)射頻輸入端是差分結(jié)構(gòu)，且差分阻抗為100歐姆，而LNA的輸出阻抗為單端50歐姆，為此，我們需要設(shè)計輸入匹配電路。此處我們采用了一個單端50歐姆到差分100歐姆的Balun，同時采用差分T型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Balun和芯片的匹配，匹配電路如圖2所示。