為什么要將GPS添加到下一個(gè)設(shè)計(jì)中

全球定位系統(tǒng)（GPS）是一件奇妙的事情。它幫助我們從這里導(dǎo)航到那里，讓我們的朋友知道我們?cè)谀睦?，并在我把它丟在花園的灌木叢下時(shí)找到我的iPhone。

它還可以讓當(dāng)局不僅知道我們?cè)谌魏翁囟〞r(shí)刻的位置，而且知道我們?nèi)ミ^的任何地方，就像永遠(yuǎn)一樣。但是我們現(xiàn)在不要去那里。然而，請(qǐng)注意，最近最高法院發(fā)布了一項(xiàng)決定，要求警方從法官那里獲得逮捕令，以便通過手機(jī)記錄跟蹤個(gè)人。因此，現(xiàn)在對(duì)政府來說，跟蹤有點(diǎn)困難。

每當(dāng)您開車時(shí)，GPS 都會(huì)在收聽。這就是您的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)獲取交通信息的方式：通過GPS持續(xù)讀取每個(gè)人在道路上的速度。

我在iPhone上使用徒步旅行應(yīng)用程序（AllTrails）。如果我在出發(fā)前下載步道地圖，即使我沒有Wi-Fi或蜂窩連接，我也可以跟蹤我在這條小徑上的位置。那是因?yàn)槲掖_實(shí)收到了GPS。GPS接收器需要多少電量，因此，我可以使用指南徒步旅行或背包多長(zhǎng)時(shí)間？它各不相同，但肯定是一整天。GPS芯片的工作電流約為15mA，但大多數(shù)時(shí)間都處于待機(jī)狀態(tài)（<1mA）。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS），如全球定位系統(tǒng)，是全球信息基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)基本要素。GPS/GNSS的自由、開放和可靠的特性導(dǎo)致了數(shù)百個(gè)應(yīng)用的發(fā)展，影響了現(xiàn)代生活的方方面面。GPS技術(shù)現(xiàn)在無處不在，從手機(jī)和手表到推土機(jī)，集裝箱和自動(dòng)取款機(jī)。

也許它應(yīng)該在你的下一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。GNSS 的成本不高，它允許您或您的客戶跟蹤設(shè)備，無論它去哪里。如果設(shè)備被盜或丟失，您可以找到它。幾乎任何相機(jī)都想知道圖像的拍攝地點(diǎn)，這適用于許多便攜式測(cè)量設(shè)備。但是，請(qǐng)了解GPS和其他全球跟蹤設(shè)備僅接收。因此，您的設(shè)備可以找到它的位置，但它必須找到一種方法來將此信息傳輸給您。汽車主要使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行這種連接。

導(dǎo)航的來龍去脈

GNSS 是一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，用于描述在全球或區(qū)域基礎(chǔ)上提供定位、導(dǎo)航和定時(shí) （PNT） 服務(wù)的任何衛(wèi)星星座。GPS是美國(guó)擁有的GNSS公用事業(yè)公司，其衛(wèi)星和衛(wèi)星控制系統(tǒng)使用戶能夠使用。美國(guó)空軍開發(fā)、維護(hù)和運(yùn)營(yíng)太空和控制系統(tǒng)。

GPS和其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS），如歐洲的伽利略，日本的QZSS和俄羅斯的GLONASS，允許接收器通過計(jì)算其與三顆或更多衛(wèi)星的距離來確定其位置。所有GNSS衛(wèi)星（甚至是仍在使用的最老一代）都會(huì)廣播一條稱為L(zhǎng)1信號(hào)的消息，其中包括衛(wèi)星的位置，時(shí)間和識(shí)別簽名模式。該L1信號(hào)的頻率為1575.42MHz。新一代信號(hào)除了L5之外，還以不同的頻率（1176.45MHz）廣播更復(fù)雜的信號(hào)，稱為L(zhǎng)1。接收器使用這些信號(hào)根據(jù)信號(hào)從衛(wèi)星到接收器所需的時(shí)間來確定其與每顆衛(wèi)星的距離?，F(xiàn)在市場(chǎng)上有使用L5的先進(jìn)系統(tǒng)，通常用于工業(yè)目的，例如石油和天然氣勘探。同時(shí)使用L1和L5的大眾市場(chǎng)芯片開始進(jìn)入市場(chǎng)。此時(shí)，大約有30顆衛(wèi)星在軌道上播放L5信號(hào)，算上一組只飛越日本和澳大利亞的衛(wèi)星。

美國(guó)政府目前聲稱民用GPS的平均水平精度為四米。垂直精度更差。請(qǐng)注意，這是最糟糕的情況。某些設(shè)備/位置可靠（95% 或更高）可以獲得三米的精度。一些具有L5功能的高端手機(jī)將于2018年推出。它們應(yīng)提供約 ±<> 厘米的精度。

一些手機(jī)制造商使用一種稱為混合緊急定位（HELO）的技術(shù)來確定您在電話上撥打緊急電話的位置。該技術(shù)使用手機(jī)信號(hào)塔和 GPS 和 WiFi 接入點(diǎn)等設(shè)備上數(shù)據(jù)源估計(jì)移動(dòng) 911 呼叫者的位置。在iPhone上，您可以關(guān)閉除此應(yīng)用程序以外的任何應(yīng)用程序的“位置”。有趣的是，手機(jī)還使用氣壓數(shù)據(jù)來確定位置。

導(dǎo)航芯片

Maxim的MAX2769 GNSS接收器IC涵蓋GPS、GLONASS和伽利略衛(wèi)星。該芯片的單變頻、低中頻GNSS接收器可為包括移動(dòng)手機(jī)在內(nèi)的各種應(yīng)用提供高性能。它具有完整的接收器鏈，包括雙輸入LNA和混頻器、鏡像抑制濾波器、可編程增益放大器、VCO、小數(shù)N分頻頻率合成器、晶體振蕩器和50Ms/s多位A/D。接收器的總級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)低至1.4dB。MAX2769實(shí)現(xiàn)片內(nèi)IF濾波器，僅需少量外部元件。其 20 位 Σ-Δ 小數(shù) N 分頻頻率合成器允許該器件調(diào)諧至所需的 VCO 頻率，精度約為 ±40Hz。

圖2.采用MAX2769接收器的GPS參考設(shè)計(jì)的俯視圖。參考電路4275。

該 IC 具有兩個(gè)用于無源和有源天線的射頻輸入、雙非專用 LNA 和一個(gè)天線開關(guān)。該器件采用 2.7V 至 3.3V 電源，采用 5mm x 5mm、28 引腳薄型 QFN 封裝，帶裸露焊盤。它也有模具形式。提供評(píng)估套件。

Maxim與GPS設(shè)計(jì)相關(guān)的另一款芯片是MAX2679B GPS/GNSS超低電流低噪聲放大器。該器件針對(duì) GPS L1575、伽利略和 GLONASS 的 1MHz 設(shè)計(jì)，以優(yōu)化的輸入?yún)⒖?1dB 壓縮點(diǎn)和 3 階截點(diǎn)而聞名。該 IC 僅消耗 650μA 電流，同時(shí)提供出色的 1.03dB 噪聲系數(shù)和 16.5db 增益。該器件采用 1.08V 至 1.98V 單電源供電，采用 4 焊球 0.83mm 方形 WLP 封裝。

圖3.MAX2679B超低電流LNA的功能框圖

總結(jié)

GPS，Galileo，QZSS和Glonass GNSS是我們工程師應(yīng)該最大限度地利用的令人難以置信的資產(chǎn)。免費(fèi)、開放和可靠的 GPS/GNSS 系統(tǒng)目前用于數(shù)百種應(yīng)用，影響著地球上幾乎每個(gè)人的各個(gè)方面以及我們大多數(shù)人的許多方面。

審核編輯：郭婷