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GPS接收机12通道相关器GP2021的原理与应用

发布时间:2020-07-21 19:06:43 阅读: 来源:高压泵厂家

摘要:GP2021是Zarlink半导体公司生产的12通道C/A码基带相关器,该芯片与大多数16位和32位微处理器兼容,可用于GPS卫星导航系统的接收机。文中介绍了GP2021的主要特点和工作原理,给出了GP2021的典型应用。

关键词:GPS;相关器;接收机;GP2021

1 GP2021的主要特点

GP2021是Zarlink Semiconductor公司生产的12通道C/A码基带相关器,可用于NAVSTAR GPS卫星导航系统的接收机,并可与Zarlink Semiconductor公司的GP2015和GP2010 C/A码射频下变频器配合使用。

GP2021与大多数16位和32位的微处理器兼容,特别是Motorola和Intel公司的微处理器,此外,芯片上也有一些功能可支持ARM60 32位RISC处理器,通过芯片内的存储器管理功能可用最少的外部逻辑芯片实现GPS接收机。GP2021中每个相关器通道可以分别控制。因此,对于不需要12个通道的系统工作模式,可以仅激活所需的相关器通道,从而降低功耗。此外,通过使用备用电池可把电源电压降低至2.2V,进一步降低接收机功耗。图1 GP2021的主要特点如下:

●12个完全独立的相关器通道;

●具有双UART和实时时钟;

●与多数16位和32位微处理器兼容;

●具有低电压,低电流和低功率模式;

●典型功耗150mW;

●与GP2010和GP2015射频前端兼容;

●后备电池电压为2.2V(最小值)。

GP2021相关器可广泛用于GPS导航系统、GPS测量接收机和时间转发接收机中。

2 工作原理

图1所示为GP2021的功能原理框图。GP2021相关器中集成有12通道GPS相关器,它的数字中频数据来自射频前端,控制功能由微处理器来实现。相关器内除了12个通道相关器外,还有一些微处理器支持功能,包括双UART和实时时钟。GP2021可与ARM处理器或其它形式的微处理器进行连接。

2. 1 12通道相关器

图2所示为GP2021中12通道相关器的功能框图。可以看出,它内部由采样锁存器、时钟产生器、时基产生器、地址译码器、状态寄存器以及总线接口等组成。图2 采样锁存器可将来自射频前端的同步数据与内部SAMPCLK时钟进行同步。在实模式下,下变频的卫星信号在前端输出并以SAMPCLK采样。同时数据在SAMPCLK的下一个上升沿重采样。此后这些信号再被分配到12个跟踪模块。在复输入模式下,下变频卫星信号可直接应用到GP2021的SIGN0、MAG0、SIGN1和 MAG1输入,以分别作为同相路的符号和幅度,正交路的符号和幅度。这些信号以5.833MHz在相关器内进行采样。

时钟产生器可把从射频前端得到的主时钟CLK T/CLK I进行6或7分频,以得到内部的多相位时钟组。与GP2015连接时,由于主时钟额定频率是40MHz,故应在内部进行7分频。工作于复输入模式下时则应进行6分频。与GP2015连接时,其SAMP-CLK采样时钟为5.714MHz。

时钟产生器的主要任务是产生MICRO CLK微处理器的时钟信号,其频率为主时钟的一半。主要功能是作为ARM系统模式时存储器控制逻辑的同步时钟。

时基产生器用于产生四个重要信号。其中AC-CUM INT是累加器中断信号,用于控制相关器累加器和微处理器之间的数据传输,该信号可通过ACCUM INT输出进行检测,也可通过读取ACCUM STA-TUS A寄存器进行检测。TIC是一个内部信号,默认值约为100ms,用于同时锁存所有12个通道的测量数据(周期计数、码相位、码DCO相位、载波DCO相位、载波周期计数),其周期可以改变。MEAS INT是测量中断信号。TIMEMARK为时间标记,可作为秒脉冲信号。

2.2 相关器中的跟踪模块

该模块是12个独立的信号跟踪模块,编号CH0~CH11。这些功能模块产生的数据可用于跟踪卫星信号。图3所示是跟踪模块的原理框图。每一个跟踪通道可独立编程,并可工作于Update(更新)模式或者Preset(预设)模式。其中更新模式是普通模式。预设模式是特别的工作模式。 由图3可以看出,GP2021的跟踪模块中主要包括载波DCO、码DCO码数控振荡器、载波周期计数器、C/A码产生器、数据源选择器、载波混频器、码混频器、累加与清零、码相位计数器、码扫描计数器以及周期计数器等部分。

3 典型应用

图4所示是使用GP2021设计的典型GPS接收机,由GP2010或GP2015射频前端、GP2021相关器以及ARM60 32位RISC微处理器组成。该系统可以使用单个射频前端,因为所有的GPS卫星都使用相同的L1天线,频率为1575.42MHz。但是为了获得更广的空间覆盖,有时需要使用多根天线,这时就需要多个独立的射频前端。在射频部分,GP2010或GP2015可对L1信号进行下变频以进行数字基带处理,然后将得到的信号在GP2021中与本地产生的C/A码进行相关处理。每一相关通道可以使用各自的码字,这样12个相关器通道就可以同时工作以捕获和跟踪多达12颗卫星。把相关器的输出数据送到微处理器便可得到导航信息和控制跟踪环路信号。

为抑制杂散,保证相关器的正确工作,应减小相关器GP2021和射频前端相连接所产生的干扰。并使GP2021相关器的SAMPCLK信号谐波达到最小,以使其不会混到IF链路的通带内。

GP2021的SAMPCLK输出和GP2015的CLK输入间应串连一个1.5kΩ的电阻,它与CLK脚的输入电阻构成一个滤波器,可以抑制SAMPCLK信号的高次谐波。在射频前端送来的数据进入GP2021前,也应采取类似措施,即在GP2015的MAG和SIGN输出端与GP2010的输入端之间串连一个470Ω的电阻。 此外,为了抑制干扰,还要考虑电源解耦和布线,考虑关键元件的放置和印制板地平面的设置。

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