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前言

一、硬件架构

二、详细设计

1.核心处理模块

2.IMU及扩展模块

3.射频模块

总结

前言

        从今天开始，我们将陆续发布开源GNSS/INS平台的硬件相关设计工作。

一、硬件架构

        考虑到开源硬件的灵活性以及可扩展性，我们将整个项目分成三个子模块：核心处理模块、IMU及扩展模块、射频模块。核心处理模块主要包括XC7Z020的最小系统，DDR3、QSPI、电源模块，作为一款组合导航平台，我们在核心板上还增加了MEMS、电子罗盘以及气压计，旨在实现多传感器融合。IMU及扩展模块主要包括6轴姿态传感器、SD卡、Xilinx下载线、10M/100M以太网PHY，由于硬件的开源特性，这个模块开发者可以自己重新设计，选择不同指标的IMU实现灵活的应用。射频模块作为GNSS接收机的射频前端主要实现导航信号的下变频、ADC量化，为了兼顾性价比和面积等因素，我们选用美信公司新一代GNSS射频套片MAX2771，模块总共使用5片完成设计，其中3片2771对应定位射频接口，2片2771对应定向射频接口，定位射频接口的3片2771对应导航频点B1/L1、B2/L2、B3，定向射频接口的2片2771对应导航频点B1/L1、B2/L2。

        三个子模块通过总线连接，其中IMU及扩展模块作为承载底板，以“Hamburger”形式夹在核心处理模块和射频模块之间。

二、详细设计

1.核心处理模块

        核心处理模块其实就是XC7Z020的最小系统外加MEMS、电子罗盘以及气压计，这里强调一下，由于我们的导航接收机基带算法采用了通道复用技术，最多可以接收210个通道的卫星信号，当接收机通道满负荷运行时PL消耗的电流比较大，因此电源设计时选用了ADI的µModule模块来保证最大负载时的电流消耗。

        DDR3在设计时考虑后面后续的可扩展性，放置2片16bit 512MByte的MT41J128M16HA。

        其他详细设计请参考后续开源后的具体资料。

2.IMU及扩展模块

        IMU及扩展模块作为承载底板，需要起到承上启下的作用，因此总线设计对于承载来讲就显得尤为重要，我们尽可能的在2x60的接插件支撑下引出来更多的FPGA管脚来保证后续的扩展性。

        为了方便开发者进行调试，我们将Xilinx的下载线移植到了扩展模块上，这样大大节省了调试时空间。

        在某些特定条件下，RTK后处理以及INS后处理也是非常重要，我们也将数据存储功能放在了承载底板上，为了方便数据读取，我们选用了一款8GB的SD卡芯片，正常使用时ZYNQ通过SDIO接口访问SD卡芯片，进行数据存储。当需要读取数据时，开发者只需要通过Type-c与PC接通，此时SD卡芯片就会虚拟成为U盘，开发者可方便的拷贝数据。

        网络接口也是某些应用环境下必不可少的，承载底板上挂载了一颗10M/100M的Phy，用于后续开发者扩展。

3.射频模块

        射频模块主要包括GNSS信号的放大、功分、下变频、ADC采样，以及电源和时钟设计。

        ANT1作为定位天线的射频输入口，ANT2作为定向天线的射频输入口，考虑到串扰影响，这两个射频口的馈电需要通过两路LDO来提供，才能最大限度提高隔离度。

        考虑到无人机等行业对导航信号抗干扰的需求越来越迫切，我们在MAX2771后端增加了1片12bit的ADC3223，将MAX2771配置成为模拟输出，关闭AGC，经过12bit的ADC采样后可以实现抗窄带、抗欺骗干扰。

总结

        好了，以上就是整个硬件的原理性设计，接下来将进入PCB设计。