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gps block 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技术的发展,单通道序贯式、时分多路复用式接收机早已被采用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。

　　本文介绍了一种单芯片gps接收机的硬件设计。该方案采用hammerhead芯片,该芯片集射频与基带gps功能于一身，具有低功耗、高性能、尺寸小的特点。

　　hammerhead

　　hammerhead是一款由英飞凌科技公司和global locate公司合作开发的高集成度单片gps接收机ic，片内集成了低噪声放大器、混频器、自动增益控制器、a/d、线性稳压器、锁相环、数字基带。由于它的超大规模集成度，hammerhead片外只需很少的元件即可构成一个gps接收机，大大降低了元件成本以及pcb面积。 hammerhead使用大规模并行关联技术来接收卫星以八个并行信道发射的信号，并将它们同32,000多个相关器中的参考码进行比较。

　　与车辆导航系统中常用的接收器相比，该技术可以大幅缩短首次定位时间，并可以显著减少功耗。hammerhead具有灵活结构的pll，巧妙地使用了目前手机设计中采用的功能单元，如用于高精度参考时钟频率(10~40mhz)和实时时钟频率(32,768khz)的晶振，支持在3g、gsm、cdma电话中应用。片上的lna允许连接无源的或者有源的天线到hammerhead。标准的uart端口、spi和i2c接口，使其可以与任何一种目标系统进行连接。
hammerhead提供6种功耗模式，1分钟只定位1次的情况下功耗可低至0.3mw。另外，除了具有传统的gps定位功能外，hammerhead还支持a-gps，lto等工作模式，在室内、野外等gps卫星信号极弱或者无法收到gps信号的情况下也能定位。

　　gps接收机硬件设计

　　射频前端

　　图1和图2分别是使用无源天线和有源天线时射频前端的电路图。

图1 使用无源天线时的射频前端

图2 使用有源天线时的射频前端

　　当使用低增益(10～15db)的无源天线时，接收到的gps信号需要经过滤波后送给hammerhead的lna，global locate推荐使用epcos公司的b9000 saw滤波器。在lna的输入和输出引脚需要匹配网络，匹配阻抗为50ω。同样，lna的输出在送给混频器之前也需要使用滤波器来抑制带外信号，global locate推荐使用epcos公司的b7840 saw滤波器，经该滤波器输出的平衡差分信号对可以直接送给hammerhead的混频器差分输入引脚。

　　如果使用高增益(25～30db)的有源天线，无需使用内部lna，直接将接收到的gps信号经过b7840滤波后送给混频器即可。因为需要给天线供电，因此在天线电源处采用了lc滤波(l1,c2)用来滤除由电源进入的高频噪声。c3用来隔直，防止直流偏置进入混频器。另外要注意增加合适的衰减器，防止混频器过载。假设混频器输入信号最高增益为18db，天线接收器增益为28db，天线线缆衰减1.4 db/m，长度为3m，可以增加一个t型电阻衰减网络，其衰减系数＝28－18－3×1.4≈5db。

　　参考时钟

　　hammerhead用到了两种时钟。一种是参考时钟，范围10～40mhz，可来自于外部系统的时钟输入，也可由一个独立的时钟ic产生。因为该时钟提供给芯片内部的锁相环、射频模块、数字基带以及相关器等模块，要求其时钟偏移在2.5ppm以内，如果偏移太大，就不足以保证信号的跟踪和锁定。基于这样的原因，推荐使用26mhz的tcxo，具体电路如图3所示。

图3 参考时钟产生电路

　　其中l1的作用是滤除电源噪声对tcxo输出信号的影响。

　　另一种时钟是rt