使用超低功耗GPS解決方案延長(zhǎng)電池壽命

使用 Maxim 的超低功耗 GPS 解決方案，將您的車輛追蹤器/資產(chǎn)追蹤器/物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池壽命延長(zhǎng) 10 倍。

將全球定位系統(tǒng) (GPS) 功能添加到電池供電設(shè)備（例如車輛跟蹤器、資產(chǎn)跟蹤器或物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 傳感器）的最大挑戰(zhàn)之一是縮短電池壽命。在幾乎所有情況下，增加電池尺寸以延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間都不是一種選擇，因?yàn)檫@會(huì)增加可穿戴設(shè)備的尺寸、重量和成本。

為了降低 GPS 接收器的功耗，大多數(shù)設(shè)計(jì)在需要接收器的位置之前保持接收器關(guān)閉。當(dāng)接收器從所謂的冷啟動(dòng)中醒來(lái)時(shí)，它會(huì)捕獲并鎖定衛(wèi)星信號(hào)，提取導(dǎo)航消息，其中包括衛(wèi)星軌道和原子鐘偏差信息（星歷表數(shù)據(jù)），并且至少需要四個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，它可以確定位置和時(shí)間。但是，由于導(dǎo)航消息數(shù)據(jù)速率較低，為 50 位/秒，接收器必須通電幾秒鐘才能接收廣播數(shù)據(jù)，通常為 28 秒或更長(zhǎng)時(shí)間。只有這樣，接收器才能計(jì)算出它的位置。

幫助延長(zhǎng)電池壽命的一種方法是減少計(jì)算位置之前接收器開(kāi)啟的時(shí)間?？煺战邮掌髡沁@樣做的。在快照接收器實(shí)現(xiàn)中，接收器沒(méi)有足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)接收和解碼星歷數(shù)據(jù)。相反，來(lái)自云端服務(wù)器的長(zhǎng)達(dá) 28 天的星歷數(shù)據(jù)被預(yù)加載到接收器中，使其能夠在幾秒鐘內(nèi)喚醒并報(bào)告其位置。接收器開(kāi)啟時(shí)間的減少可以將電池壽命延長(zhǎng)一個(gè)數(shù)量級(jí)，使其成為電池壽命一直是 GPS 技術(shù)采用障礙的應(yīng)用的理想選擇。

此快照實(shí)施基于 2015 年授予阿爾伯塔省卡爾加里的 Baseband Technologies Inc 的一項(xiàng)專利。Maxim Integrated與 BTI 合作，現(xiàn)在使用MAX2769C GNSS L1 接收器和運(yùn)行 BTI 固件的MAX32632 ARM Cortex M4 微控制器提供完整的 GPS 解決方案。

將接收衛(wèi)星信號(hào)到獲取位置坐標(biāo)視為一個(gè)三步過(guò)程是有幫助的：信號(hào)捕獲、信號(hào)處理和位置估計(jì)（圖 1）。除了低功耗外，Maxim/BTI 解決方案還提供了靈活性，可以通過(guò)卸載到云服務(wù)器來(lái)在板上或板下執(zhí)行信號(hào)處理和位置估計(jì)步驟。這可以進(jìn)一步降低功耗和系統(tǒng)成本。

圖 1：使用 MAX2769C 和 MAX32632 實(shí)現(xiàn)快照接收器。（來(lái)源：美信集成）

除了快照算法的省電特性外，使用具有靈活電源模式的 MAX32632、智能外設(shè)管理單元 (PMU)、動(dòng)態(tài)時(shí)鐘門(mén)控和固件控制的電源門(mén)控進(jìn)一步降低了功耗全球定位系統(tǒng)系統(tǒng)。

表 1比較了 Maxim/BTI GPS 解決方案與商用低功耗接收器模塊的能源使用情況，以說(shuō)明快照接收器提供的節(jié)能效果。兩個(gè)接收器每小時(shí)開(kāi)啟一次以接收衛(wèi)星信號(hào)、計(jì)算位置并無(wú)線傳輸它們的位置。條形的灰色部分是無(wú)線部分傳輸位置所需的能量，兩種解決方案都相同。另一方面，定位和 Maxim 系統(tǒng)的星歷表下載所需的能量小于 20uWh，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的能量消耗為 170uWh 或九倍。

表 1：Maxim GPS 系統(tǒng)的能耗與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的對(duì)比（來(lái)源：Maxim Integrated）

快照接收器的另一個(gè)特點(diǎn)是它能夠指定捕獲窗口或捕獲衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間。更長(zhǎng)的捕獲窗口確實(shí)會(huì)提高位置精度并增加要處理的數(shù)字樣本的數(shù)量，從而增加功耗。固件允許 4 毫秒、6 毫秒、8 毫秒、10 毫秒、16 毫秒、22 毫秒和 30 毫秒的采集窗口。表 2列出了 Maxim/BTI GPS 解決方案在各種采集窗口以及每分鐘一次和每小時(shí)一次的位置更新時(shí)的功耗。

表 2：Maxim/BTI GPS 解決方案的功耗（來(lái)源：Maxim Integrated）

使用表 2中的數(shù)據(jù)，可以輕松計(jì)算出 100mAh 紐扣電池的續(xù)航時(shí)間。如圖 2所示，根據(jù)捕獲窗口，100mAh 紐扣電池可持續(xù)長(zhǎng)達(dá) 13 個(gè)月，具體取決于捕獲窗口。

圖 2：對(duì)于每小時(shí)一次的開(kāi)放天空應(yīng)用，100mAh 電池可以使用 13 個(gè)月。（來(lái)源：美信集成）

結(jié)論

Maxim 的快照 GPS 接收器的功耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的跟蹤 GPS 接收器，非常適合電池壽命非常寶貴的可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅