多模GNSS接收机中的射频技术方法研究

In the research about RF key technologies of GNSS(Global Navigation Satellite System) multi-mode signal receiver, there are many attention had been aroused on the aspect about the research of receiving module architecture principles and module circuit implementations that effects the main performance index, such as basic principle of realizing GNSS RF module functions, analysis and improving of VCO noise model theories, modeling and analysis of novel circuit with filter cutoff frequency automatic tuning realized by switch capacitor-integrator feedback balance adjusting technology and the design of related band-pass filter and so on. As yet, both at home and abroad, there is no systematic research and reports to cope with these questions and no complete model or effective analysis and simulation method of phase noise prepared for design. The goal of this study is multiple. At first, we will propose an architecture of RF module in a multi-mode GNSS receiver and methods of analysis under the impact of non-ideality factor. Secondly, in order to consummate the VCO noise model, we will get the ideal phase noise model to design low phase noise VCO precisely and the actual phase noise model for effective analysis and simulation. Thirdly, we will put forward a new filter tuning circuit and validate its correctness through tape-out. At last, we will provide the design principles and methods of analysis about multi-mode GNSS receiver for urgent need.

从GNSS(全球卫星导航)多模式信号接收机射频关键技术方法研究中着重研究其接收模块架构的原理及影响该模块主要性能指标的模块电路实现，如：GNSS接收机射频模块功能实现的基本原理；压控振荡器噪声模型理论的分析及完善；具有开关电容-积分器反馈平衡调节技术实现滤波器截止频率自动调谐功能的新型电路建模分析及其带通滤波器的设计等。这些问题国内外至今尚无系统研究及报道，也没有完整的模型和有效的相位噪声分析及仿真方法供设计使用。研究目标是提出多模式GNSS接收机射频模块架构原理及其在非理想因素影响情况下的分析方法；完善压控振荡器噪声模型的建立，得到能精确设计低相位噪声压控振荡器的理想相位噪声模型及能有效分析及仿真所设计的压控振荡器实际相位噪声模型的方法；得到滤波器频率可调谐新电路及原理，并通过对模块的实际流片来验证所提理论的正确性，同时为多模式GNSS接收机射频模块设计提供急迫需要的原理及分析方法。

本项目将多模GNSS射频接收技术作为多模卫星接收机的关键技术着重研究了其接收模块架构的原理及影响该模块主要性能指标的模块电路实现，应用一种用于GNSS接收机的放大、混频及滤波装置电路、一种电流可复用低功耗射频前端接收电路及一种双模可重构的GNSS射频前端接收系统电路设计了具备最简系统架构电路的多模卫星信号射频接收电路；通过对压控振荡器噪声模型理论的进行分析及完善，设计得到了低相位噪声压控振荡器电路，同时应用一种用于锁相环的可编程延时多路控制信号鉴频鉴相器设计技术得到了低相位噪声低杂散射频锁相环电路；应用建模分析方法设计实现了一种连续时间滤波器的自适应调谐系统新型电路，并在次基础上设计及实现了基于多模卫星信号接收的带通滤波器电路等；研究了射频接收电路中的具有电流模式频率补偿装置的降压型DC-DC变换器、一种高效率降压型DC-DC变换器和一种高效率同步整流降压型开关变换器等电源管理电路设计技术，应用该系列技术可以使得目前的射频接收电路功耗降低一半以上，使得所设计得到的GPS/北斗二代卫星接收射频芯片实际功耗为22mA，射频接收链路中的噪声系数指标为2.0dB，压控振荡器相位噪声达到-135dBc@1MHz；研究了低功耗多模式GNSS接收机射频模块架构原理并分析了其在非理想因素影响情况下的多模GNSS卫星信号在射频接收通路中的传输特性；完善压控振荡器噪声模型的建立，得到了能精确设计低相位噪声压控振荡器的理想相位噪声模型及能有效分析及仿真所设计的压控振荡器实际相位噪声模型的方法；得到了滤波器频率可调谐新电路及原理，并通过对模块的实际流片验证所提理论的正确性，同时为多模式GNSS接收机射频模块设计提供了急迫需要的原理电路及分析方法。.在项目实施期间，课题组发表了相关研究论文4篇SCI论文(其中包含1篇SCI源刊待收录论文)，15篇EI论文，中文核心期刊论文6篇，并获得相关技术授权发明专利9项，完成了课题指标任务要求。