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随着GPS卫星导航系统的运用,全球导航定位技术发展到了一个崭新的阶段,为摆脱对美国GPS的依赖带来的安全性问题,许多国家和地区相继开始研制开发新型的、独立的导航系统,俄罗斯的GLONASS系统和欧洲的GALILEO系统就是其中的典型代表。中国在2002年提出北斗导航系统计划,同年中国科学院提出“中国区域定位系统”,即CAPS(China Area Positioning System)。
不论从服务质量还是从国家安全角度考虑,多模的卫星定位系统都具有很大的优势,并将成为卫星导航接收机及芯片的发展趋势。本论文工作基于CAPS射频芯片设计项目,研究并设计了一款高集成度的兼容GPS L1和Galileo E1以及CAPS C1波段的双波段多模射频接收机。
首先在分析GPS和CAPS各自的信号频谱特性的基础上,对双波段接收机结构进行了研究,创造性地提出了兼容两个波段的高集成度的接收机结构,即GPS/Galileo采用一次变频低中频结构,而CAPS采用两次变频低中频结构。它们可共享绝大多数的电路模块,而且频率综合器结构简单。同时对射频接收机的系统级仿真进行了研究,得出了系统仿真结果,进而分配了各个电路子模块的设计指标。
其次对双波段射频接收机前端电路进行了研究和设计。提出了一种电流复用的宽带低噪声放大器结构以满足L/C双波段频率跨度大的要求,同时考虑未来兼容其它卫星定位标准。为满足本论文中系统的要求,提出了一种电流复用的多模混频器,该混频器可实现一次变频和两次变频的切换。研究并设计了频率综合器,包括宽带VCO和其它PLL模块。
从降低功耗、模块共享、减小噪声等角度出发,研究并设计了多模模拟基带电路的主要模块,包括低通滤波器,多模复数滤波器,中频放大器和可变增益放大器等。最后采用HJTC CMOS0.18μm工艺对设计的多模卫星定位系统射频接收机进行了流片验证。