基于MAX2769的軟件GPS接收機射頻前端設(shè)計

與傳統(tǒng)的硬件接收機相比較，軟件GPS接收機需要獲取中頻采樣數(shù)據(jù)。采樣數(shù)據(jù)的獲取一般有兩種途徑，一種是通過硬件模擬或硬件直接接收衛(wèi)星信號，另一種是通過軟件模擬產(chǎn)生信號[1]。軟件方式可以應(yīng)用在對算法的研究上，然而在實時接收機中，設(shè)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(nèi)第一款通用的GNSS接收機芯片，它,不但可以用于GPS還可以應(yīng)用于Galileo，GLONASS導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。
　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應(yīng)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(gòu)建完整的低成本GPS接收機方案,實現(xiàn)低達1.4 dB的噪聲系數(shù)。
　MAX2769集成的?撞-?駐N分頻頻率合成器可實現(xiàn)±40 Hz精度的中頻編程，從而與主機系統(tǒng)所提供的任意基準或晶體頻率配合工作。集成的ADC輸出可以同時為I和Q通道輸出一個或兩個量化位或者為I通道輸出三個量化位。輸出數(shù)據(jù)采用CMOS或受限的差分邏輯電平。MAX2769適合汽車導(dǎo)航、資產(chǎn)跟蹤、蜂窩手持設(shè)備、便攜式導(dǎo)航設(shè)備(PND)、數(shù)碼相機、筆記本電腦等。通過外圍電路的擴展，MAX2769芯片可以擴展成USB輸出。
1 GPS信號的構(gòu)成
GPS的信號由三部分組成： 載波、導(dǎo)航數(shù)據(jù)和擴頻序列。載波即為GPS衛(wèi)星L波段上的兩個無線電頻率，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(dǎo)航數(shù)據(jù)包含衛(wèi)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(diào)制信號，主瓣兩個零值之間為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，所以可以用它來搜索衛(wèi)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(shù)據(jù)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(tǒng)屬于簡單的擴頻通信系統(tǒng)。首先，將50 bps的導(dǎo)航數(shù)據(jù)重復(fù)20次產(chǎn)生1 000 b/s的數(shù)據(jù)流,然后C/A擴頻，這樣，就產(chǎn)生了1.023 Mb/s的基帶信號。事實上，接收機接收到的來自衛(wèi)星的信號是被完全淹沒在接收機的噪聲當中，熱噪聲功率為：

衛(wèi)星信號的功率約為-160 dB，顯然，熱噪聲功率大于接收機衛(wèi)星信號的功率，因此，衛(wèi)星信號不能從頻譜分析儀上直接觀察到，但通過解擴，接收機總增益可以將淹沒于噪聲的導(dǎo)航信號恢復(fù)出來。
2 GPS L1前端構(gòu)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]。

帶通濾波器是一個頻率選擇性器件，只允許某些頻率通過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(zhuǎn)換到更低的中頻(IF)上，同時不改變調(diào)制信號的結(jié)構(gòu)。其原理如圖2所示。