PCI9820 在數(shù)字設(shè)計(jì)方面，采用標(biāo)準(zhǔn)的SODIMMSDRAM來儲(chǔ)存資料。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.bjwjmy.cn/news/listbylabel/label/PCI">PCI9820的單一信道所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，已超過了33 MHz、32 b PCI總線的頻寬，所以數(shù)據(jù)在傳輸?shù)接?jì)算機(jī)之前都記錄在板載SDRAM中，然后再通過總線控制DMA傳輸?shù)街鳈C(jī)內(nèi)存中。當(dāng)數(shù)據(jù)的速度超過PCI總線帶寬時(shí)，板卡上的內(nèi)存容量相對(duì)就顯得重要。PCI9820的標(biāo)準(zhǔn)版本配備64 MB的內(nèi)存，最高可支持到512 MB，可提供單一信道采集頻率達(dá)130 MS／s時(shí)，長(zhǎng)達(dá)數(shù)秒的儲(chǔ)存空間。如果板卡的數(shù)據(jù)輸出小于PCI帶寬，PCI9820可以配置板載3k采樣數(shù)量的FIFO旁路SDRAM，完成直達(dá)主機(jī)內(nèi)存的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。在一個(gè)多用戶或者多任務(wù)操作系統(tǒng)中，單獨(dú)分配一塊大的連續(xù)的內(nèi)存用于DMA傳輸是很困難的，所以PCI9820提供了聚散DMA功能，它能把分散的內(nèi)存塊連接成一個(gè)互連的表列，從而可以不受分散小容量?jī)?nèi)存塊的影響實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)傳輸。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

3 GPS射頻芯片GP2015簡(jiǎn)介

GP2015 是ZARLINK公司生產(chǎn)的TQFP封裝的小型射頻前端芯片。GP2015提供一個(gè)低功率、低成本和高可靠性的GPS射頻前端解決方案。GP2015包括一個(gè)片上合成器、混頻器、自動(dòng)增益控制(AGC)和一個(gè)提供符號(hào)和量級(jí)數(shù)字輸出的量化器，構(gòu)成一個(gè)完整的GPS接收機(jī)射頻前端電路僅需要極少的外部元件?？梢耘c12信道GPS相關(guān)器GP2021或者GP4020等GPS基帶處理器配套使用，適合C／A代碼全球定位的衛(wèi)星接收機(jī)、時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)航和測(cè)量的應(yīng)用。

射頻前端主要由GP2015芯片及外圍濾波電路構(gòu)成。GP2015的輸人信號(hào)是自天線下行，經(jīng)前置放大器濾波、放大后的GPS信號(hào) (L1波段為1 575.42 MHz)作為輸入信號(hào)與鎖相環(huán)頻率合成器產(chǎn)生的第一本振信號(hào)(1.4 GHz)混頻，經(jīng)濾波得到差頻信號(hào)(175.42 MHz)。該信號(hào)與第二本振信號(hào)(140 MHz)混頻，經(jīng)過聲表濾波器中心頻率選擇得到差頻信號(hào)(35.42 MItz)。該信號(hào)隨后進(jìn)入中頻信號(hào)主放大器，這一部分由兩個(gè)AGC(自動(dòng)增益控制)放大器和三級(jí)變頻器組成。信號(hào)首先經(jīng)過AGC放大，然后與第三本振信號(hào)(31.11 MHz)混頻，經(jīng)過低通濾波器選出中頻信號(hào)(4.309 MHz)。該中頻信號(hào)一路送往片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器，一路送往管腳1供測(cè)試使用。

在片內(nèi)該中頻信號(hào)隨后進(jìn)入A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行2 b量化后，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二位數(shù)字信號(hào)――符號(hào)和模(SIGN和MAG)，分別表示輸出信號(hào)的極性和幅度值，它們來自于中頻模擬信號(hào)通過比較器比較之后實(shí)時(shí)輸出的比較結(jié)果。比較結(jié)果的輸出被基帶相關(guān)器提供的時(shí)鐘信號(hào)(5.714 Mttz)鎖定，鎖定后使4.309 MHz的信號(hào)變頻到1.405 MHz的數(shù)字信號(hào)。該數(shù)字信號(hào)輸出給基帶處理器做進(jìn)一步處理。

這里使用的是GP2015第一管腳的4.309 MHz的模擬中頻信號(hào)，送到PCI9820數(shù)據(jù)采集卡，按照一定采樣率，采集得到數(shù)字中頻GPS信號(hào)。

用GP2015 構(gòu)建射頻模塊還包括外圍濾波器的設(shè)計(jì)，射頻濾波器的作用是濾除帶外干擾，特別是濾除1 224．58 MHz的鏡像噪聲，避免射頻前端第一級(jí)混頻器過載。該濾波器還有助于對(duì)900 MHz的移動(dòng)電話所帶來的干擾進(jìn)行濾除。射頻濾波器引入的插入損耗需要由LNA前置低噪放大器做出補(bǔ)償。具體細(xì)節(jié)可參考手冊(cè)及文獻(xiàn)[5-7]。

4采樣方案及信號(hào)頻譜分析

4.1 采樣方案

GP2015 輸出4.309 MHz的模擬中頻信號(hào)，而GPS的C／A碼帶寬為2.046 MHz，因此GPS信號(hào)所占頻帶為3.286～5.332 MHz，中頻信號(hào)的最高頻率為fH=5.332 MHz。按照Nyquist低通采樣定理，當(dāng)采樣頻率fs≥2fH時(shí)，就能夠從采樣后的數(shù)據(jù)中無失真地恢復(fù)出原來的信號(hào)，信號(hào)在時(shí)域的采樣等效于在頻域的周期延拓，使fs≥2fH就是為了保證采樣后的信號(hào)頻譜不重疊，因此可知采樣頻率最低為fs=10.664 MHz。但采樣頻率越高，后端數(shù)字基帶處理的數(shù)據(jù)處理量就越大，對(duì)實(shí)時(shí)處理GPS信號(hào)帶來了困難。所以工程實(shí)際中經(jīng)常使用帶通采樣技術(shù)，降低采樣率，有利于簡(jiǎn)化硬件、降低成本，同時(shí)減輕后續(xù)數(shù)據(jù)處理的壓力。

對(duì)于GPS中頻帶通信號(hào)，其帶寬為B=2.046 MHz，只要取fs≥2B的某些值，就可以保證采樣后的信號(hào)頻譜不重疊。這種采樣方式就稱為帶通采樣(Band-Sampling)，又叫欠采樣(Under-Sampling)，帶通采樣頻率fs可由下式確定：

其中，fH是帶通信號(hào)的最高頻率，fL是帶通信號(hào)的最低頻率，n為整數(shù)，取值范圍為2≤n≤fH／(fH-fL)。

對(duì)于這里的GPS中頻信號(hào)，fH=5.332 MHz，fL=3.286 MHz，由式(1)可得：

當(dāng)n=2時(shí)，fs范圍：5.332 MHz≤fs≤6.572 MHz，因此在工程實(shí)際中，與GP2015配套的基帶芯片GP2021(GP4020)提供的采樣時(shí)鐘頻率為5.714 MHz，欠采樣得到1.405 MHz的數(shù)字中頻信號(hào)。

PCI9820 采集卡的內(nèi)部時(shí)鐘基準(zhǔn)為60 MHz，可在軟件中設(shè)定對(duì)其進(jìn)行整數(shù)比率的分頻，即fs=60／n，n為整數(shù)，我們?nèi)=10，得到采樣頻率fs=6 MHz，按此頻率對(duì)GPS中頻信號(hào)采樣得到1.691 MHz的數(shù)字中頻信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中還采用低通采樣頻率fs=12 MHz進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。