射频单收芯片--RNC2410的应用解析

卫星导航定位技术目前已成为人类活动中普遍采用的导航定位技术，并迅速发展成为一个新兴的产业——卫星导航定位产业［1］。美国和俄罗斯相继建成全球卫星导航系统GPS和GLONASS，欧盟目前正在进行GALILEO系统建设。为了建立独立自主的中国卫星导航系统，于2000年成功发射了北斗导航定位系统的两颗卫星，标志着我国卫星导航技术取得突破性进展，使我国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。与GPS不同，北斗卫星导航系统［2］是主动式双向测距二维导航。北斗系统由两颗地球静止卫星、中心控制系统、标校系统和各类用户机等部分组成。首先由中心控制系统向两颗卫星同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用的申请服务内容进行相应的数据处理。

虽然北斗一代卫星系统具有通信功能，但是由于其定位方法采用有源定位方式，导致用户容量、定位精度、隐蔽性和定位频度等方面受到一定的限制。随着北斗一代卫星定位基带处理算法的改进，目前已可以实现三星无源定位。早在2005年，我国首台北斗一号三星无源定位接收机样机就已研制成功，独立自主地解决了快速实时定位问题，可为中国及其邻近地区提供全天侯、高精度、快速实时导航定位服务。北斗一代三星无源定位的日益成熟，可摆脱容量限制，极大扩宽了北斗一代终端产品的应用。

北斗一代终端产品更重要的应用领域是单收授时［4，5］，授时服务是众多行业所必需的，如通信基站、电力等行业，目前这些行业采用的授时都是GPS［6］，从各个角度来看，采用北斗授时是大势所趋，且量非常大。

南京广嘉微电子有限公司针对北斗一代单收市场需求，专门开发了一款北斗一代射频单收芯片RNC2410。RNC2410具有性能优越、功耗低、稳定性高、体积小等显著优势，只需要片外少许器件即可实现北斗一代的射频接收功能，大大减小了产品体积，降低了系统成本。

RNC2410

RNC2410是一款用于“北斗一代”卫星导航系统的射频接收芯片。芯片集成了接收通道所有模块和频率综合器。接收通道既可以提供模拟信号输出，又可以提供ADC采样后的量化信号输出，并可提供采样时钟输出。采用片外少许元件就可以实现“北斗”用户机的接收功能。芯片采用标准的SPI接口协议。

该芯片采用两次变频结构，接收机首先通过射频前端电路把射频信号下变频到第一中频，然后通过第二混频器把第一中频下变频到最终中频输出，通过合理的频率规划，可以大大提高接收机的镜像抑制和信道选择性。为了提高芯片的集成度，减少外部元件的数量，该芯片还集成了频率合成器和相应的压控振荡器，并集成了一个专门用于产生ADC采样时钟的锁相环，该锁相环同时产生基带用的基准时钟。

中频可变增益放大器完成1dB步进增益控制。通过内置的自动增益控制环路，输出信号电平可以保持在差分峰-峰值1V。RNC2410既可以提供模拟中频信号，又可以提供2位量化信号。

RNC2410采用标准的四线SPI接口与控制单元进行通信，写操作。当CS由高变低时，主设备开始通过SDAI对RDSS射频芯片进行写入。最先写入的是读写指示位和寄存器地址位，五位地址位（［A4:A0］）用于内部寄存器寻址。随后是16位数据D15:D0。写操作完成后，CS变为高电平。当CS由高变低时，主设备开始通过SDAI对RDSS射频芯片进行写入。最先写入的是读写指示位和寄存器地址位，五位地址位（［A4:A0］）用于内部寄存器寻址。主设备可在随后的16个周期读取数据。读操作完成后，CS变为高电平。

RNC2410的性能指标见表1。

RNC2410应用

由于RNC2410芯片集成度高，外围只需稍许电路即可实现接收功能，大大简化了系统设计。采用RNC2410的北斗一代接收终端系统方案图1所示。

图中BDI LNA为北斗一代低噪放，通常增益大于42dB，噪声系数小于1.3dB。ADC可采用ADI公司的AD9283或类似产品，BDI Baseband为北斗一代基带部分，可由专用芯片实现，也可用FPGA实现。

由于RNC2410芯片接收机射频输入端是差分结构，且差分阻抗为100欧姆，而LNA的输出阻抗为单端50欧姆，为此，我们需要设计输入匹配电路。此处我们采用了一个单端50欧姆到差分100欧姆的Balun，同时采用差分T型网络进行Balun和芯片的匹配，匹配电路如图2所示。

RNC2410采用两次变频结构，为了提高镜像抑制和信道选择性，我们在第一中频处选择了一个高选择性的中频SAW，并对其进行匹配，电路如图3。

RNC2410与基带部分可提供两种接口方式，一种是模拟中频输出，经片外ADC采样后产生量化信号送至基带;另一种是量化中频输出，直接由RNC2410产生2bits量化信号送至基带。这两种方式RNC2410均可以提供采样时钟。采用RNC2410的北斗一代接收终端测试表明，接收灵敏度高于-157.6dBm。

结语

RNC2410是南京广嘉微电子有限公司自主研发的北斗卫星导航系统专用射频芯片，采用该芯片的北斗一代终端产品比以往传统产品体积显著减小，成本降低。模块测试性能完全满足整机用户的要求，并已开始试用推广，近期将大规模生产，促进我国北斗事业的快速发展。

参考文献：

［1］曾庆化，刘建业，熊智 等。 卫星导航系统相关技术发展动态 ［J］。全球定位系统， 2006

［2］吕伟，朱建军。 北斗卫星导航系统发展综述 ［J］。地矿测绘， 2007

［3］祖秉法。 北斗接收机射频模块关键技术的研究 ［D］。中国优秀博硕士学位论文全文数据库 （硕士）， 2006

［4］王文瑜。 基于北斗卫星的授时系统研制 ［D］。中国优秀硕士学位论文全文数据库 （硕士）， 2008

［5］许国宏。 北斗共视授时技术研究与设计 ［D］。中国优秀硕士学位论文全文数据库 （硕士）， 2007

［6］王新军。 应用GPS系统的卫星授时装置研究 ［D］。中国优秀硕士学位论文全文数据库 （硕士）， 2009