《電子技術(shù)應(yīng)用》
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GPS芯片解決方案分析
來源: 嵌入式公社
摘要: 談到GPS芯片主要關(guān)鍵技術(shù),這包括負責(zé)訊號處理─基頻(Baseband)及接收訊號─射頻(RF)。由于GPS訊號頻率(1,575.42MHz)來自于距離地面2萬公里的高空,訊號十分不穩(wěn)定,因此當(dāng)天線接收訊號后經(jīng)過一連串訊號放大、過濾雜訊、降頻、取樣等過程(RFfrontend),再經(jīng)過RF后,訊號進入基頻處理部分,將前段取樣的數(shù)碼訊號經(jīng)過運算、輸出以便于使用者界面使用,其中GPS Baseband DSP芯片就是核心元件,負責(zé)位址訊號的處理。
Abstract:
Key words :

          談到GPS芯片主要關(guān)鍵技術(shù),這包括負責(zé)訊號處理─基頻(Baseband)及接收訊號─射頻(RF)。由于GPS訊號頻率(1,575.42MHz)來自于距離地面2萬公里的高空,訊號十分不穩(wěn)定,因此當(dāng)天線接收訊號后經(jīng)過一連串訊號放大、過濾雜訊、降頻、取樣等過程(RFfrontend),再經(jīng)過RF后,訊號進入基頻處理部分,將前段取樣的數(shù)碼訊號經(jīng)過運算、輸出以便于使用者界面使用,其中GPS Baseband DSP芯片就是核心元件,負責(zé)位址訊號的處理。
                     
           綜合以上來看,射頻與基頻2個部分,包含:微處理器(Microprocessor)、低雜訊放大器(LowNoiseAmplifier;LNA)、數(shù)碼部分(Digital  Section)射頻部份(RF Section)、天線(Antenna Element)、輸出入驅(qū)動器(GPIO and  Drivers),以及微處理器周邊電路(Processor peripherals)等幾個重要元件。
                     
          市場上各式GPS芯片解決方案的整合,使得GPS芯片市場正面臨極大的變量。首先是「小型化」,回顧GPS芯片近年來的發(fā)展歷史,隨著GPS與其它產(chǎn)品相繼結(jié)合,且強調(diào)終端產(chǎn)品體積講求輕薄短小,GPS芯片走向系統(tǒng)單芯片化已是必然趨勢。目前廠商針對GPS單芯片化的作法,可分射頻或基頻單一芯片,并整合了更多功能性。
                     
           在射頻芯片部分,已有多家廠商將放大器、濾波器、降頻器、頻率合成器及振蕩器等整合在一塊芯片上;在基頻部分,則是整合了CPU、存儲器(DRAM、SRAM、Flash)、PowerManager及Clock等。
                     
            因此,我們看到GPS的芯片尺寸逐漸縮小,加上GPS芯片已從雙模塊發(fā)展為單一模塊(Singlechip),未來GPS設(shè)備產(chǎn)品將會愈來愈蓬勃發(fā)展,芯片需求量愈來愈大。另外,GPS芯片也將面臨到客制化需求,過去GPS芯片大多在車用市場上。目前,GPS芯片應(yīng)用則開始用在手機與PDA,或是特殊的個人攜帶裝置,例如:老人、孩童用的追蹤器上。而GPS芯片也可能與其它功能,例如藍牙、USB等整合。因此,針對特殊應(yīng)用而設(shè)計的客制化模塊,也將愈來愈多。
                     
            目前全球投入GPS芯片開發(fā)的還是以國外廠商居多,如:SiRF、TI、Xemics、Freescale、STM等大廠均有推出GPS芯片,其中SiRF為全球最大GPS芯片廠商,產(chǎn)品線相當(dāng)完整,并能提供全系列的解決方案產(chǎn)品。本文將介紹多款目前GPS市場上較受到應(yīng)用的芯片,并針對其特性及架構(gòu)提供完整的產(chǎn)品分析。
           SiRF:starIILP
                     
           SiRFstarIILP是一款高靈敏度GPS芯片解決方案,強大GPS功能可使用的范圍包括:手持式設(shè)備產(chǎn)品、汽車、航海及AVL應(yīng)用,若搭配上高性能GPS軟件,便能使移動性消費者設(shè)備能長時間在任何地點持續(xù)使用。SiRFstarII是目前采用全球最省電的芯片產(chǎn)品之一,可同時接收12顆衛(wèi)星,符合NMEA 0183(v3.0)協(xié)定。
                      .型號:SiRFstarIILP
                      .感度:-159dBm
                      .特色:低耗電、高效能、符合NMEA0183(3.0)
                      .尺寸:28mm×30mm×5mm
                      .精準度:Position:15~20m
                      .工作電壓:3.0V
                      .接收頻道:12顆衛(wèi)星頻道
             SiRF:starIII
                     
             擁有一個140支腳位的GPS訊號處理器,也包含一個50MHzARM7TDMI處理器,可使OEM廠商整合多種應(yīng)用功能。而GSC3f因整合了400萬位元的快閃存儲器,不再需其它的零組件,因此能簡化GPS接收器到電路板中的相關(guān)線路設(shè)計。

             另外,SiRFstarIII也提供TTFF快速首次定位功能,并比SiRF減少占用約20%的硬件空間,也較上一代的SiRFstarII省電,除在車上導(dǎo)航、手持式設(shè)備的應(yīng)用外,其它特殊應(yīng)用,如:超小型行動電話、電力受限的智能型裝置或數(shù)碼相機。
                      .型號:SiRFstarIII
                      .感度:-159dBm
                      .特色:省電、簡化線路設(shè)計
                      .尺寸:27.9mm×20mm×2.9mm
                      .精準度:Position:10~20m
                      .工作電壓:3.3V
                      .接收頻道:20顆衛(wèi)星頻道
            Sony:CXD2951
                     
            CXD2951以Sony先進的RFCMOS閉塞信號處理方式設(shè)計,具有較高的敏感度,最小電力消費和高性能。并以微型GPS模塊以腳印14×23×1.8mm,被動天線集成GPS模塊,通過QS9000/TS16949等汽車驗證新LSI配置是理想的為大范圍基于地點的應(yīng)用,如:汽車、手持式設(shè)備、航海、艦隊管理,和移動式計算機處理技術(shù)設(shè)備。
                      .型號:CXD2951
                      .感度:-152dBm
                      .特性:起動反應(yīng)時間短、省電
                      .尺寸:14mm×23mm×1.8mm
                      .精確度:Position:5~15m
                      .工作電壓:3.3V
                      .接收頻道:12顆衛(wèi)星頻道
              Nemerix:NJ1006+NJ1030
                     
              就當(dāng)今的技術(shù)水平來看,最成功的GPS接收器采用兩個芯片。盡管采用單芯片(單片電路)的產(chǎn)品也存在,但其性能卻無法與目前采用雙芯片的產(chǎn)品媲美。NemeriX充分利用SiGe(矽鍺)技術(shù)優(yōu)勢,并結(jié)合使用適用于雙晶粒解決方案的標準CMOS技術(shù)。在典型應(yīng)用中,接收器和處理器可結(jié)合專用系統(tǒng)軟件使用。
                      .型號:NJ1006(RF)+NJ1030(Baseband)
                      .感度:-152dBm
                      .特色:低雜訊放大器、壓控振蕩器和天線檢測器
                      .尺寸:NA
                      .精確度:Position:10~15m
                      .工作電壓:2.2V
                      .頻道:10顆衛(wèi)星頻道
              U-Nav:uN9018
                     
              u-Nav推出低成本、高性能GPS接收機解決方案uN9018,其中包括uN1008CMOSRF前端和高整合度的uN8130基頻處理器。該產(chǎn)品在持續(xù)GPS導(dǎo)航下功耗低于55mW,適用于低功耗、電池供電的可攜式無線應(yīng)用。
                     
               uN9018是一款具有多模GPS軟件的解決方案,其支持自動、半自動和SingleFix(A-GPS)模式,SingleFix模式下超越了行動電話的3GPP2和3GPP標準,可同時接收GPS和行動電話語音及資料訊號,具有一個片上頻率合成器支持多參考頻率,允許行動電話或PDA制造商使用板上振蕩器,以節(jié)約成本和降低尺寸。
                      .型號:uN9018
                      .感度:-156dBm
                      .特色:接收行動電話語音及資料訊號

                      .尺寸:NA
                      .精確度:Position:10~20m
                      .工作電壓:2.2~5.5V
                      .頻道:8顆衛(wèi)星頻道
              RFMD:RF8900
                     
              藍牙/GPS解決方案RF8900,該設(shè)計將藍芽通訊和GPS技術(shù)整合在一個完整的系統(tǒng)中。據(jù)稱此款產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相較減少20%的尺寸,成本降低25%。RF8900是高整合度的系統(tǒng)解決方案,在整合藍芽無線技術(shù)和GPS導(dǎo)航技術(shù)的同時還具有極高的訊號靈敏度(-155dBm),其靈敏度較其它產(chǎn)品提高5dBm,因而使RF8900對GPS訊號的追蹤能力達到-155dBm,位置更新率達1秒。
                     
              這種高靈敏度使終端用戶能夠在任意位置進行自身定位,包括各種室內(nèi)外GPS訊號微弱、衰減或受阻的區(qū)域(如樹木、高層建筑及山脈等環(huán)境)。這款獨特的解決方案還為用戶提供了一個參考設(shè)計,包括軟件、濾波、存儲器、參考頻率和天線等,用于一個完整藍芽GPS系統(tǒng)的全部配件。
                      .型號:RF8900
                      .感度:-155dBm
                      .特色:整合藍芽通訊
                      .尺寸:32mm×32mm×8.9mm
                      .精確度:Position:10~15m
                      .工作電壓:3.0V
                      .頻道:8顆衛(wèi)星頻道
                 Xemics:XE1202
                     
                  XE1202發(fā)射接收器芯片,該芯片最大的特色就是「省電」,雖然同時只能接收8顆衛(wèi)星,但以汽車導(dǎo)航用途來說,全功能收發(fā)芯片在準度上絕對沒有問題。其系列組為XE1202、XE1202HE1、XE1202LE1。
                     
                  其功能如下:433/868/915MHZ三段國際ISM頻段覆蓋、高敏度-113dBm、低功耗、可滿足低功耗設(shè)備的要求、低工作電壓2.7V、FSK調(diào)制,最大發(fā)射功率+5dBm、具有更多的頻道,可編程頻率設(shè)置,特別滿足需要多通道工作的特殊場合、高集成度,極少的外圍元器件,基本無須調(diào)試、高速率傳輸速度76.8kbits、由于采用了低發(fā)射功率,高接收靈敏度的設(shè)計。
                      .型號:XE1202
                      .感度:-143dBm
                      .特色:433/868/915MHZ三段國際ISM頻段
                      .尺寸:29mm×48mm×16mm
                      .精確度:Position:10~15m
                      .工作電壓:2.7~3.6V
                      .頻道:8顆衛(wèi)星頻道
                旺玖科技:PL6313
                旺玖科技推出GPSPL6313芯片組,提供PDA、TabletPC及Smart Phone等需要衛(wèi)星定位及追蹤功能的行動運算平臺一個高性能、低耗電及低附加成本的解決方案。
                     
                  PL6313芯片組主要設(shè)計訴求為低耗電、小尺寸、并降低系統(tǒng)嵌入GPS功能之增加成本。嵌入運算平臺時,直接利用原本即存在的運算器及存儲器來完成GPS導(dǎo)航運算,以達降低成本之功效??勺饔迷谟跀X取追蹤GPS訊號,并產(chǎn)生初始量測值。
                      .型號:PL6313
                      .感度:-150dBm

                      .精確度:Position:5~15m
                      .工作電壓:3.3V
                      .頻道:12顆衛(wèi)星頻道
                      .特色:低價格、本土廠商技術(shù)支持
                      .尺寸:10mm×10mm×0.8mm

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