GPS和DGPS概述和完整的RF前端设计
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- 更新于2009-06-30 05:43:55
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 Frequency | Conversion Gain | Noise Figure | IIP3 | P1dB | |
| MAX2742 | 2.3 to 3.6V | 13.8mA | 18.414MHz | 1.023MHz | 120dB | 4.5dB | -12dBm | -50dBm |
| MAX2744 | 1.6 to 3.6V | 15mA | 16.367MHz /32.736MHz | 4.092MHz | 120dB | 4.5dB | -15dBm | -50dBm |
| MAX2745 | 1.6 to 3.6V | 17mA | 16.367MHz /32.736MHz | 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
| Block | Description | Note |
| GPS Antenna | Active GPS antenna, commonly has ~1.5dB NF and ~20dB gain | |
| LNA | MAX2641/MAX2654/MAX2655 LNA | External LNA is required when Active GPS Antenna is be present. |
| RF SAW | RF Band-Pass Filter centered at 1575.42MHz | RF BPF is required for jammer immunity |
| Power Management | MAX8510 Low Noise LDO | |
| RF Downconverter | MAX2742/MAX2744/MAX2745 | |
| Reference Clock | 18.414MHz (MAX2742) or 16.367MHz (MAX2744/MAX2745) crystal/TCXO | |
| DSP | Base-Band Processor |
表3.系统级联性能
| Spec | Cascaded Performance | Note |
| Gain | 131dB | Without Active Antenna, assuming 15dB external LNA gain, 3dB BPF loss and 1dB matching network loss |
| Noise Figure | 1.9dB | Without Active Antenna, assuming 1.5dB external LNA NF |
| Power Consumption | 20mA | MAX2744+MAX2654 as example |
第三部分：Maxim GPS接收机模块
Maxim提供高性价比、高性能GPS接收机模块。下面的模块使用了MAX2742射频下变频器和Sony CXD2932基带芯片。这个两芯片配置的系统能够测量地球上的任何一个位置，它演示了一个小巧轻便的解决方案。
图1.
MAX2742完整的单芯片全球定位系统(GPS)射频前端使用许多创新的RF CMOS设计技术。这款高性能、当前最先进的器件功耗极低，且无需成本高昂的SAW滤波器以及体积庞大的分立钟频滤波器。MAX2742由一个完全集成低噪声放大器(LNA)、中频部分、数字采样器以及本振合成器组成。MAX2742输入信号为1.57542GHz. L1 GPS信号。这款器件支持高精度输出量化，能够为GPS接收机提供最佳的性能。
表4. Maxim GPS接收机模块性能
| PARAMETER | SYMBOL | TEST CONDITIONS | TYPE | UNITS |
| Power Supply | Vcc | V | ||
| Current Consumption | Icc | 110 | mA | |
| Sensitivity | Sens | Acquisition | -138 | dBm |
| Tracking | -145 | |||
| TTFF | TFC | Cold Start | 58 | s |
| TFW | Warm Start | 45 | ||
| TFH | Hot Start | 17 | ||
| Position Drift range | PR | 95% possibility | 100 | ft |
这款Maxim GPS接收机模块具有以下的优点：
- 16信道GPS接收机，能够同时接收16个卫星信号
- 全视测量或者两星测量
- DGPS (差分GPS): 支持
- RTCM SC104版本2.1
- DARC BTA R-003
- 功率管理功能
- 轻巧的封装： 1024milX1024mil
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