可檢測(cè)差分GPS校正信號(hào)的窄頻移數(shù)字鑒別器電路

美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)(U.S. Coast Guard)通過(guò)低頻(285~325kHz)發(fā)射臺(tái)給GPS信號(hào)(DGPS)發(fā)送差分校正信號(hào)。發(fā)送數(shù)據(jù)率為100bps或200bps。此調(diào)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(duì)于100bps信號(hào)，載波偏移只有±25Hz。對(duì)于1kHz的接收器IF頻率，IF信號(hào)偏移在975~1,025Hz之間。兩組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)時(shí)間分別為1,026μs和976μs。

檢測(cè)調(diào)制信號(hào)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(duì)每種速率進(jìn)行優(yōu)化或調(diào)節(jié)。此外還考慮了元件老化的影響。這樣就開(kāi)發(fā)了一種測(cè)量IF信號(hào)各周期長(zhǎng)度的5V CMOS電路數(shù)字方法。當(dāng)交流耦合IF信號(hào)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(zhuǎn)換器對(duì)IF輸入信號(hào)進(jìn)行箝位(如圖)。CD4049后接一個(gè)設(shè)置為反轉(zhuǎn)觸發(fā)器的CD4013 D型觸發(fā)器，以消除任何滯后。信號(hào)的正負(fù)部分分開(kāi)處理，方波的負(fù)信號(hào)選通1000位計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)器的輸入為1MHz時(shí)鐘。

IF頻率鑒別器測(cè)量IF輸入信號(hào)的每個(gè)周期長(zhǎng)度，該電路可檢測(cè)采用差分校正機(jī)制的GPS信號(hào)的調(diào)制信號(hào)。

如果信號(hào)持續(xù)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(hào)的持續(xù)時(shí)間可通過(guò)另一個(gè)CD4059測(cè)量。將兩個(gè)CD4059的輸出送入“或”門(mén)，以便混合各數(shù)據(jù)IF信號(hào)周期的測(cè)量值。

任何溢出脈沖都會(huì)觸發(fā)可重觸發(fā)單穩(wěn)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(hào)長(zhǎng)持續(xù)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(fù)位命令復(fù)雜，如果控制輸入Kb和Kc設(shè)置為0時(shí)，計(jì)數(shù)器復(fù)位到阻塞輸入。

由于希望計(jì)數(shù)器的第一級(jí)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(fù)位。主復(fù)位后，還將額外計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)之后。如果這樣不行，則阻塞輸入可能要設(shè)置成999，以獲得1,000μs的總延遲。

因?yàn)镃D4059是同步可編程計(jì)數(shù)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(xù)脈沖。

檢測(cè)到的數(shù)據(jù)脈沖長(zhǎng)度非常接近于10ms的倍數(shù)，最大誤差只有0.1ms。在數(shù)據(jù)脈沖的上升沿觸發(fā)示波器，IF信號(hào)為975Hz的純正弦波。當(dāng)在下降沿觸發(fā)示波器時(shí)，原始IF信號(hào)表為1,025Hz的純正弦波。因?yàn)殡娐饭δ芟喈?dāng)于IF頻率鑒別器，所以檢測(cè)方案與傳輸數(shù)據(jù)率無(wú)關(guān)。