GPS\DGPS 概述和基于 Maxim GPS 芯片的 RF 前端设计
本篇应用笔记介绍了GPS和DGPS系统工作的详情.同时也介绍了MAX2742, MAX2744 和MAX2745 GPS接收机芯 片以及一个使用了MAX2742 和Sony CXD2932 芯片的完整GPS模块设计.
第一部分:GPS概述
全球定位系统(GPS)由分布在六个轨道上的 24 颗通信卫星组成.这些卫星每天环绕地球运转两次,相对赤道的倾斜角 度约为 55 度. 这 24 颗卫星以高频率(1500MHz范围)连续发送编码定位和定时信息. GPS 地面接收机接收信号, 使用编码信息计算地球坐标系统的位置. 接收机通过计算从每个卫星发射的无线信号到达接 收机的时间来判断位置.将时间乘于光速可得到接收机到每个卫星的距离:距离=光速 x 时间.时间可由 GPS 接收机 里的精确码匹配技术得到.每个卫星的位置编码在发射信号中.具有这些数据,接收机能够对地球上的位置进行三维坐 标计算. 差分 GPS 提高精度 差分 GPS,即 DGPS 使用在已知位置上高性能的 GPS 接收机(参考基站),GPS 的精度可提高到几米.由于参考基站 知道其本身的准确位置,因而能够确定卫星信号的错误信息.每个跟踪卫星的错误数据格式化成纠错信息,发送到每个 GPS 使用者.然后这些差分的纠错信息用于 GPS 计算,能够消除大部分卫星错误信号以及改善精度. GPS 信号是全球公开的,能够精确定位地球上的任何一个位置.GPS 产品已开发用于许多商业应用.随着技术不断改 进,GPS 接收机的尺寸和价格变得非常重要.
第二部分:Maxim芯片解决方案
MAX2742/MAX2744/MAX2745 为高性能CMOS单片GPS前端下变频器系列.这些当前最先进的器件功耗超低,且 无需昂贵的中频声表面滤波器或者体积庞大的分立中频带通滤波器.每个器件内部了集成了低噪声放大器(LNA),混频 器,带通滤波器(BPF),自动增益控制(AGC)放大器和本振合成器,时钟缓冲器和数字采样器. MAX2742/MAX2744/MAX2745 能够与当前许多商业的 GPS 基带芯片配合使用,如车内导向系统,车载信息服务系 统,自动安全系统,资产跟踪,基于定位服务(LBS)和消费电子应用的基带芯片.这几款器件需要极少的外部电路就可 提供完整的 GPS 射频解决方案.下一节给出了系统模块框图. MAX2742 工作于 18.414MHz (18 x 1.023MHz,为 GPS 基频 10.23MHz 的十分之一)晶体或者温补晶振(TCXO), 提供差分或者单端 IF 1.023MHz 输出.MAX2744 工作于 16.367MHz (16 x 10.23MHz) 晶体或者温补晶振或者 32.736MHz 晶体或者温补晶振.它提供差分或者单端,中心频率为 4.092MHz 的数字 IF 输出. MAX2745 为 MAX2744 的改进版本,提供如电压提升器,温度传感器,VCO 校准电容等额外功能. 下面的表 1 给出了芯片选择指南.与获取详情,请参考 MAX2742/4/5 数据手册和评估版数据手册. 表 1: CMOS GPS 射频前端接收机芯片选择指南
Supply Voltage
Supply Current
Reference Clock
IF
Conversion
Noise Figure
Frequency Gain
IIP3
P1dB
MAX2742
2.3 3.6V 1.6 3.6V 1.6 3.6V
to
13.8mA
18.414MHz 16.367MHz /32.736MHz 16.367MHz /32.736MHz
1.023MHz
120dB
4.5dB
-12dBm -50dBm
MAX2744
to
15mA
4.092MHz
120dB
4.5dB
-15dBm -50dBm
MAX2745
to
17mA
4.092MHz
120dB
4.5dB
-15dBm -50dBm
完整的 GPS 射频前端解决方案 下面模块框图给出了主要的组成模块以及 Maxim 完整的 GPS 射频解决方案.表 2 给出了组成模块的说明,表 3 则给 出了级联的性能. 表 2:系统模块表
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