可检测差分GPS校正信号的窄频移数字鉴别器电路

美国海岸警卫队(U.S. Coast Guard)通过低频(285~325kHz)发射台给GPS信号(DGPS)发送差分校正信号。发送数据率为100bps或200bps。此调制为最小频移键控(MSK)，会产生载波偏移为位速率的一半的伪频移键控(FSK)。对于100bps信号，载波偏移只有±25Hz。对于1kHz的接收器IF频率，IF信号偏移在975~1,025Hz之间。两组数据对应时间分别为1,026μs和976μs。
　　检测调制信号的最初工作都集中在锁相环和模拟鉴别器上，两者都需要针对每种速率进行优化或调节。此外还考虑了元件老化的影响。这样就开发了一种测量IF信号各周期长度的5V CMOS电路数字方法。当交流耦合IF信号峰峰值在2V~15V时，此电路工作良好。
　　采用CD4049 CMOS十六进制缓冲/转换器对IF输入信号进行箝位(如图)。CD4049后接一个设置为反转触发器的CD4013 D型触发器，以消除任何滞后。信号的正负部分分开处理，方波的负信号选通1000位计数器，此计数器的输入为1MHz时钟。

edatop.com

IF频率鉴别器测量IF输入信号的每个周期长度，该电路可检测采用差分校正机制的GPS信号的调制信号。
　　如果信号持续时间超过1,000μs，就会产生溢出脉冲；如果短于1,000 μs，则不会。同样，产生IF方波正信号的持续时间可通过另一个CD4059测量。将两个CD4059的输出送入“或”门，以便混合各数据IF信号周期的测量值。
　　任何溢出脉冲都会触发可重触发单稳多谐振荡器CD4098。输出脉冲宽度为1.1 ms，输出脉冲宽度稍大于IF中心频率周期，这样确保在相邻IF信号长持续时间周期之间的输出脉冲不会下降到0。
　　用作可编程除法器的CD4059的复位命令复杂，如果控制输入Kb和Kc设置为0时，计数器复位到阻塞输入。
　　由于希望计数器的第一级除以10，所以Ka=1，Kb=1，Kc=0。Kc总是为0，所以用Kb控制进行复位。主复位后，还将额外计数一次。因此，如果阻塞输入为1,000，则输出脉冲发生在1,001个计数之后。如果这样不行，则阻塞输入可能要设置成999，以获得1,000μs的总延迟。
　　因为CD4059是同步可编程计数器，所以输出脉冲是一个单时钟周期(1.0μs)。如果采用1,000的阻塞输入，脉冲宽度小于999 μs的脉冲就不产生输出脉冲，脉冲宽度大于1,002 μs的脉冲则产生连续脉冲。
　　检测到的数据脉冲长度非常接近于10ms的倍数，最大误差只有0.1ms。在数据脉冲的上升沿触发示波器，IF信号为975Hz的纯正弦波。当在下降沿触发示波器时，原始IF信号表为1,025Hz的纯正弦波。因为电路功能相当于IF频率鉴别器，所以检测方案与传输数据率无关。