![GNSS接收机CMOS射频前端芯片系统级设计](https://www.lw50.cn/thumb/16b965a0fae5c9775c3934ae.webp)
论文摘要
以全球定位系统(GPS)为代表的全球导航卫星系统(GNSS)应用产业已经逐渐发展成为一个全球性的、多领域的高新技术产业。GNSS产业应用的不断扩展和市场的不断扩大使得市场对GNSS接收机的需求不断扩大。射频前端芯片作为GNSS无线接收机中的一个重要组成部分,其自主产权化对于我国建立完善的GNSS产业链具有重要的意义。本文主要以GPS全球定位系统为例,研究GPS接收机射频前端芯片系统级设计。射频前端的功能主要是对GPS接收机天线端接收到的微弱信号进行放大、下变频、滤波和量化,提供GPS基带芯片正常工作所需要的中频数字信号。同其它无线通信系统不同的是,迄今为止还没有对于GPS系统指标精确、完整的描述。因此GPS接收机射频前端芯片的系统级设计对GPS接收机整体设计和电路设计都具有指导意义。本文的主要目标是设计具有通用性、低功耗、高集成度的GNSS接收机射频前端芯片系统结构,主要工作是通过研究GPS系统,基于接收到的GPS射频信号和基带芯片所需的中频信号特性,确定GPS接收机射频前端芯片的整体性能要求,并根据所采用的SMIC 0.18um CMOS工艺的性能特点,确定射频前端芯片采用中频频率为4.092MHz的低中频接收机结构。本文确定了GPS接收机射频前端的主要性能参数,包括最大增益、增益动态范围、噪声系数、镜像抑制比、中频滤波器特性、相位噪声和ADC量化位数等关键性能指标。在此基础上,分配了射频前端各电路模块的性能指标,并确定了镜像抑制模块采用两级RC无源多相滤波器,可以在2MHz带宽内实现>20dB镜像抑制比。并且,本文通过ADS对所设计的GPS接收机射频前端芯片结构和系统指标进行了系统级仿真,验证了设计。
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摘要ABSTRACT1 绪论1.1 GNSS 系统1.1.1 全球定位系统(Global Positioning System, GPS)1.1.2 伽利略(Galileo)1.1.3 北斗(Compass)[3]1.1.4 GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System)[4]1.2 CMOS 射频IC 系统级设计概述1.3 GNSS 接收机国内外发展现状和趋势1.3.1 国外发展现状和趋势1.3.2 国内发展现状和趋势1.4 本课题研究目标1.5 本文组织结构2 无线接收机射频前端设计的关键问题2.1 无线接收机射频前端系统结构2.1.1 超外差结构2.1.2 零中频结构2.1.3 低中频结构2.1.4 带通采样结构2.1.5 小结2.2 中频的选择2.3 灵敏度(Sensitivity)和噪声系数(Noise Figure)2.4 交调特性(Intermodulation Characteristics)3 GPS 接收机射频前端整体性能参数设计3.1 GPS 卫星导航信号3.1.1 GPS 卫星导航信号特性3.1.2 地面GPS 卫星导航信号特性3.2 SMIC 0.18umCMOS 工艺射频特性3.3 GPS 接收机结构3.3.1 GPS 接收机一般结构3.3.2 本设计GPS 接收机射频前端芯片系统结构3.3.3 Frequency Plan3.4 GPS 接收机系统整体性能指标3.4.1 总增益3.4.2 增益动态范围(Dynamic Range, DR)3.4.3 灵敏度和噪声性能3.4.4 镜像抑制3.4.5 IF 滤波器滤波特性3.4.6 相位噪声3.4.7 ADC 量化位数3.5 小结4 GPS 接收机射频前端各电路功能模块性能分配4.1 增益、NF 和线性度4.2 射频部分4.3 中频部分4.4 小结5 GPS 接收机射频前端系统级仿真5.1 接收机频谱分析5.2 接收机NF、增益分布5.3 小结6 总结和展望参考文献致谢攻读学位期间发表的学术论文
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