摘 要：在总结国外现有的完整GPS 接收机专用芯片组最新情况的基础上,结合典型的芯片产品,阐述了GPS 接收机专用芯片组从分立式器件到片上系统、再到单片式接收机的技术发展过程、现状和趋势。关键词： GPS ;射频前端;数字信号处理;SoC ;IP引 言GPS(全球定位系统) 发展到今天,其用途越来越广泛, 而技术的进步和用户需求也不断推动GPS 系统的增强。目前美国正在致力于GPSBlock II 系统的现代化和“GPS-III”计划,旨在全
摘 要：在总结国外现有的完整GPS 接收机专用芯片组最新情况的基础上,结合典型的芯片产品,阐述了GPS 接收机专用芯片组从分立式器件到片上系统、再到单片式接收机的技术发展过程、现状和趋势。
关键词： GPS ;射频前端;数字信号处理;SoC ;IP
引 言
GPS(全球定位系统) 发展到今天,其用途越来越广泛, 而技术的进步和用户需求也不断推动GPS 系统的增强。目前美国正在致力于GPSBlock II 系统的现代化和“GPS-III”计划,旨在全面改善GPS 的生命力、精度、可用性、完好性、灵活性和安全性。
GPS 用户端设备也处于不断升级和发展之中。从接收机的结构来看,随着VLSI (超大规模集成电路) 和DSP (数字信号处理) 技术的发展,单通道序贯式、时分多路复用式接收机早已为采用了DSP 模块的并行多通道接收机所代替,所能达到的通道数和等效相关器数不断增加,集成度更高的内嵌MPU/MCU 的GPS 基带处理器芯片成为主流,将射频和数字处理集成在一起的单芯片接收机产品也已经问世。
GPS 接收机专用芯片组,主要包括射频和基带信号处理芯片,构成了GPS 接收机的核心和关键部件。本文着重阐述国外GPS 接收机专用芯片组的技术、产品现状和发展趋势。
国外现有的完整GPS 芯片组解决方案目前全球约有二十多家制造商生产GPS 接收机专用芯片,供系统开发商构建自己的GPS 接收机。其中有些厂商提供完整的GPS 射频加基带芯片组的硬件解决方案,有些厂商提供包括配套软件在内的完整的GPS 接收机或系统解决方案,还有一些厂商只提供单独的射频或基带处理芯片。根据厂商的出版物和网站资料可以归纳出其现行产品情况如表1 所示。
表1 主要GPS 射频加基带芯片组厂商及其产品一览表
GPS 接收机专用芯片组技术和产品发展
分立式器件
在GPS 系统走向应用的早期,即80 年代末90年代初,虽然最早出现的模拟相关器很快被淘汰,多通道的数字信号处理开始盛行,但受限于硬件设计水平和芯片制造工艺的制约,GPS 接收机从卫星信号接收到PVT 解算输出仍至少需要七、八块芯片协同完成。由Rockwell Collins 推出的广泛应用于美军武器装备的双频MAGR 接收机(Miniature airborne GPS receiver ) ,仅L1 通道RF 前端就包含六块芯片：LNA (低噪声放大器) ASIC ,L波段ASIC(含L 波段放大、下变频到中频、固定增益的中频放大) , PLL (锁相环) ASIC ,第一IF (中频)BPF (带通滤波器) ASIC ,宽带IF ASIC(含第一IF AGC、到最终IF 的正交下变频、三电平ADC) ,外部参考频率源。由于GPS 信号跟踪和处理是一种时间紧迫型任务,要求密集的数字信号处理,典型的GPS 接收机中需要一个专用于GPS 功能的CPU 。MAGR 中基带信号处理ASIC 与微处理器也是分开的两块芯片。MAGR 中有五块专门研发的核心ASIC ,包括采用Tekt ronix 的硅双极性晶体管工艺制造的L 波段ASIC、宽带IF ASIC 和PLL ASIC ,以及采用bulk CMOS 工艺制造的频率/时间同步ASIC 和基带信号处理ASIC。
片上系统
随着单片微波集成电路、微带滤波器、声表面波(SAW) 滤波器技术的成熟和电路制作工艺的进步, GPS RF 前端集成度大大提高, 如今集成了LNA 、TCXO(温补晶振) 和滤波器的射频前端芯片已经不再罕见。对于GPS 数字信号处理部分,尽管单独的并行多通道相关器ASIC 仍占据着一定的市场, 然而集成了GPS 数字信号处理模块和CPU 的基带处理器已经逐渐成为厂商主推的产品。这符合当前IC 设计的一个主流———在单个硅片上实现更为复杂的系统,即片上系统(System on Chip ,简称SoC ,又称单系统芯片) 。SoC 将许多功能单元结合在一块芯片上,其技术优势包括成本低、尺寸小、功耗小、处理速度快、系统噪声小、设计上的弹性等。SoC 的设计数据是可重复使用和可验证的,其核心模块可以作为IP (知识产权) 的形式为其它设计者所共享。
