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研究生： 藍全偉
CHUAN-WEI LAN
論文名稱： 雜訊對GPS訊號之影響以及角速度器結合定位之應用
The effect of noise directed against GPS receiver
指導教授： 王煥宗
Huan-Chun Wang
口試委員: 陳仁智
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蕭昌龍
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蔡長嵐
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張立中
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學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 75
中文關鍵詞： GPS 、雜訊
外文關鍵詞： GPS, NOISE
相關次數： 點閱：160  下載：2 
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    • 本論文將目標放在LNA雜訊對GPS接受訊號之影響，並且因USB本身產生之雜訊，造成GPS Chip In band有雜訊而造成整體接收訊號受到影響之解決方式。在設計GPS使用之前級放大器時，匹配電路最重要需考量到雜訊的大小為優先，而非增益大小為目的。整體LAYOUT與匹配方式對GPS接收器有著明顯的影響，匹配時可能須對二種匹配做實際量測，以確保匹配數值為最佳化。
    在GPS產品上使用其他主動元件與時，更需要預先量測主動元件的EMI，尤其在PND( Portable Navigation Device可攜式導航裝置)產品上，因其包含了CPU、LCD、AUDIO以及許多其他的功能，其整各EMI的預防顯得特別重要。在CPU佈線部分需預先量測每隻clock之訊號，是否會產生高次諧波並且是否有落在GPS IN BAND內，長的trace同時也像是天線一般，特別是對clock信號和其它週期性脈波而言，所以走線越短越好並且遠離GPS部分。

    This dissertation aims to explore the influence of the LNA noise on the GPS signal reception. In addition, it also tries to solve the problem of the poor GPS signal reception caused by the noise of the GPS chip IN band resulting from the USB itself. When designing the LNA, we should give priority to think about the volume of the noise in matching the circuits, rather than the purpose of amplifying. There is a significant influence of the layout and the circuit matching on the GPS signal reception. It is also suggested to conduct the actual measuring for both matching methods in the circuit matching to ensure the optimization of the matching values.
    While using other active components on the GPS products, it is necessary to measure the EMI value of the active components by anticipation, especially on PND products, since they have possessed a lot of functions such as CPU, LCD and AUDIO. Therefore, the precaution of the EMI plays a decisive role here. In CPU wiring, it is recommended to measure the signal of every clock in advance to see if it will generate the harmonic and if it lies in between the GPS IN BAND. Meanwhile, as the effect of the antenna to the clock signal and other periodical pulses, the long trace should be as short as possible and kept far away from the GPS segment.

    目錄 圖目錄…………………………………………………………………………………..vi 表目錄…………………………………………………………………………………..ix 第一章 簡介 1.1 研究動機…………………………………………………………………..1 1.2 研究重點…………………………………………………………………..2 1.3 論文組織…………………………………………………………………..2 第二章 GPS架構 2.1 地面控制部份……………………………………………………………..4 2.2 地面天線………………………………………………………………......5 2.3 監控站……………………………………………………………………..6 2.4 主控站……………………………………………………………………..6 2.5 第二代衛星………………………………………………………………..7 2.6 地面修正誤差……………………………………………………………..8 2.7 GPS接器……………………………………………………………….....10 2.7.1 天線………………………………………………………………….10 2.7.2 前置放大器………………………………………………………….11 2.7.3 參考時脈震盪器…………………………………………………….11 2.8 電波功率………………………………………………………………......11 2.9 GPS訊號產生流程……………………………………………………......13 2.10 訊號強度分析…………………………………………………………......15 第三章 微波理論 3.1 S參數…………………………………………………………………….17 3.1.1 雙埠網路…………………………………………………………….19 3.1.2 反射特性…………………………………………………………….19 3.1.3 回波損耗…………………………………………………………….19 3.1.4 駐波比……………………………………………………………….20 3.2 雜訊………………………………………………………………………20 3.2.1 雜訊的來源………………………………………………………...20 3.2.2 雜訊指數…………………………………………………………...21 第四章 高頻下電子零件特性 4.1 電阻之高頻特性………………………………………………………..25 4.1.1 雜散電感………………………………………………………….25 4.1.2 雜散電容………………………………………………………….26 4.2 電感之高頻特性…………………………………………………………26 4.2.1 雜散電容………………………………………………………….26 4.2.2 雜散電阻………………………………………………………….27 4.3 電容器之高頻特性……………………………………………………..27 4.4 印刷電路板之電阻電感………………………………………………..29 4.5 波長縮短現象…………………………………………………………..30 4.6 分布常數電路與集中常數電路………………………………………..30 4.6.1 集中常數電路…………………………………………………...30 4.6.2 分布常數電路…………………………………………………...32 第五章 LNA雜訊及USB EMI對GPS訊號之影響 5.1 BGA2001 S11匹配方式對GPS接收訊號強度的比較…………………34 5.1.1 使用T型匹配將S11匹配到50Ω....................................................34 5.1.2 使用共軛匹配將S11調製SPEC上的共軛點…………………….36 5.1.3 使用GPS訊號模擬器比較二者匹配的差異……………………..38 5.2 NJG1107 S11 匹配方式對GPS接收訊號強度的比較………………...39 5.2.1 使用SPEC參考值做S11匹配……………………………………40 5.2.2 使用T型匹配將S11及S22匹配到50Ω…………………………43 5.2.3 使用GPS訊號模擬器比較二者匹配的差異……………………..45 5.3 NEC8215 S11匹配方式對GPS接收訊號強度的比較…………………46 5.3.1 使用T型匹配將S11匹配到50Ω………………………………..47 5.3.2 使用SPEC參考值做匹配…………………………………………48 5.3.3 使用GPS訊號模擬器比較二者匹配的差異……………………..50 5.4 SIGE RF IC之LNA阻抗匹配…………………………………………..51 5.4.1 使用T型匹配將S11匹配到50Ω....................................................52 5.4.2 使用SPEC參考值做S11匹配……………………………………53 5.4.3 使用GPS訊號模擬器比較二者匹配的差異……………………..55 5.5 USB IC 所產生之EMI雜訊干擾對GPS訊號之影響及解決對策……55 5.5.1 USB之雜訊干擾…………………………………………………...55 5.5.2 判定雜訊傳導方式………………………………………………...57 5.5.3 更改PCB LAYOUT………………………………………………..57 5.5.4 LAYOUT 更改後之狀況………………………………………….60 5.5.5 結論………………………………………………………………...63 第六章 GYRO 輔助GPS定位以及C/N值與定位效能 6.1 GYRO輔助GPS定位…………………………………………………..64 6.1.1 角速度感應器定義………………………………………………...65 6.1.2 動作方式…………………………………………………………...66 6.1.3 實際道路測試……………………………………………………...68 6.1.4 結論………………………………………………………………...71 6.2 C/N值與定位效能……………………………………………………….71 6.2.1 標準測試環境下的C/N……………………………………………72 6.2.2 實際道路測試……………………………………………………...75 6.2.3 結論………………………………………………………………...81 參考文獻……………………………………………………………………………….82 圖目錄 圖 2.1 GPS系統架構………………………………………………………………...4 圖 2.2 地面控制站…………………………………………………………………....5 圖 2.3 GPS接受器方塊圖…………………………………………………………..10 圖 2.4 衛星訊號產生方塊圖………………………………………………………..14 圖 3.1 雙埠網路示意圖……………………………………………………………..18 圖 3.2 二級放大器雜訊指數………………………………………………………..22 圖 3.3 一及放大器雜訊指數………………………………………………………..23 圖 3.4 多及放大器雜訊指數………………………………………………………..24 圖 4.1 電阻之高頻等效電路……………………………………………………......25 圖 4.2 電感之高頻等效電路………………………………………………………..26 圖 4.3 電感之高頻曲線……………………………………………………………..27 圖 4.4 電容低頻時阻抗特性曲線…………………………………………………..28 圖 4.5 電容高頻等效電路…………………………………………………………..28 圖 4.6 電容高頻之阻抗特性曲線…………………………………………………..29 圖 4.7 印刷電路板為集中常數電路時……………………………………………..31 圖 4.8 印刷電路板為分布常數電路時……………………………………………..33 圖 5,1 BGA2001實際電路………………………………………………………….34 圖 5.2 BGA2001 50歐姆匹配……………………………………………………....35 圖 5.3 BGA2001 S11歐姆50之SWR以及Return loss……………………………35 圖 5.4 BGA20001 S11 50歐姆之Gain與noise figure…………………………….36 圖 5.5 BGA2001 S11 採用共軛匹配……………………………………………....36 圖 5.6 BGA2001 SPEC上之S11史密失圖………………………………………..37 圖 5.7 BGA2001 S11 採用共軛匹配之Return loss以及SWR……………………37 圖 5.8 BGA20001 S11採共軛匹配之Gain與noise figure…………………………38 圖 5.9 二種匹配使用GPS模擬器之C/N………………………………………......38 圖 5.10 NJG1107實際電路…………………………………………………………39 圖 5.11 NJG1107 S11 採用SPEC參考值匹配……………………………………40 圖 5.12 NJG1107 SPEC 上S11之史密失圖……………………………………….40 圖 5.13 NJG1107 S22 採用SPEC參考值匹配……………………………………41 圖 5.14 NJG1107 SPEC 上S22之史密失圖……………………………………….41 圖 5.15 NJG1107 S11 採用SPEC參考值匹配之Return loss與SWR……………42 圖 5.16 NJG1107 S11採SPEC匹配之Gain與noise figure………………………42 圖 5.17 NJG1107 S11 採用50歐姆匹配…………………………………………..43 圖 5.18 NJG1107 S22 採用50歐姆匹配…………………………………………..43 圖 5.19 NJG1107 S11 採用50歐姆匹配之Return loss與SWR…………………42 圖 5.20 NJG1107 S11採用50歐姆匹配之Gain與noise figure……………………42 圖 5.21 二種匹配使用GPS模擬器之C/N………………………………………...45 圖 5.22 NEC8215 實際電路………………………………………………………..46 圖 5.23 NEC8215 S11 50歐姆匹配………………………………………………...47 圖 5.24 NEC8215 S11 50歐姆之SWR以及Return loss…………………………..47 圖 5.25 NEC8215 50歐姆匹配之Gain 與 noise figure…………………………...48 圖 5.26 NEC8215 SPEC參考值匹配………………………...……………………..48 圖 5.27 NEC8215 SPEC 上之S11史密失圖………………………………………49 圖 5.28 NEC8215 S11 SPEC 參考值匹配之SWR以及Return loss………………49 圖 5.29 NEC8215 S11採用SPEC參考值匹配之Gain與noise figure……………50 圖 5.30 NEC8215二種匹配使用GPS模擬器之C/N……………………………...50 圖 5.31 SIGE RF IC 實際電路……………………………………………………..51 圖 5.32 SIGE RF IC S11 50歐姆……………………………………………………52 圖 5.33 SIG3 RF IC 在50歐姆下之SWR以及增益……………………………...52 圖 5.34 SIGE RF IC S11 50歐姆下之增益與雜訊指數……………………………53 圖 5.35 SIGE RF IC SPEC 參考值之S11………………………………………….53 圖 5.36 SIGE RF IC SPEC 參考值之Gain以及SWR…………………………….54 圖 5.37 SIGE RF IC SPEC 參考值下之增益與雜訊指數…………………………54 圖 5.38 SIGE二種匹配使用GPS模擬器之C/N…………………………………...55 圖 5.39 USB 所產生之12MHz雜訊訊號…………………………………………56 圖 5.40 USB產生雜訊在GPS INBAND 內……………………………………….56 圖 5.41 USB LAYOUT 剖面圖…………………………………………………….58 圖 5.42 TX,RX LAYOUT 剖面圖………………………………………………….58 圖 5.43 實際LAYOUTY走線圖……………………………………………………59 圖 5.44 更改前更改後實際PCB成品圖…………………………………………...59 圖 5.45 改善LAYOUT GPS 天線上方之雜訊…………………………………….60 圖 5.46 USB上方加上遮蔽物………………………………………………………61 圖 5.47 USB加上遮蔽物後GPS天線上端之雜訊………………………………..61 圖 5.48 改善LAYOUT後GPS天線端GND之雜訊量測………………………..62 圖 5.49 LAYOUT改善後與改善前C/N值的差異………………………………..62 圖 6.1 麗臺科技9545實體…………………………………………………………64 圖 6.2 9545功能方塊圖…………………………………………………………….65 圖 6.3 角速度與電壓之變化………………………………………………………..66 圖 6.4 動作流程圖…………………………………………………………………..67 圖 6.5 低訊號下裝置輔助定位與未裝置輔助定位之比較………………………..69 圖 6.6 出隧道後之跳點……………………………………………………………..69 圖 6.7 出隧道後之跳點2…………………………………………………………...70 圖 6.8 出隧道之定位速度…………………………………………………………..70 圖 6.9 SAMPLE 測量方式…………………………………………………………72 圖 6.10 編號1之C/N……………………………………………………………….73 圖 6.11 編號2之C/N……………………………………………………………….73 圖 6.12 編號3之C/N……………………………………………………………….73 圖 6.13 編號4之C/N……………………………………………………………….74 圖 6.14 編號5之C/N……………………………………………………………….74 圖 6.15 編號1實際道路測試軌跡圖……………………………………………….75 圖 6.16 編號2實際道路測試軌跡圖……………………………………………….76 圖 6.17 編號3實際道路測試軌跡圖……………………………………………….77 圖 6.18 編號4實際道路測試軌跡圖……………………………………………….78 圖 6.19 編號5實際道路測試軌跡圖……………………………………………….79 表目錄 表 2.1 二進位加法邏輯關西………………………………………………………14 表 2.2 GPS訊號之鏈結功率表…………………………………………

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    [9] 黃國興 編譯 慣性導航系統 全華科技圖書股份有限公司
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