支持GPS功能的模塊解決方案

基于位置的應(yīng)用程序已成為大多數(shù)消費者設(shè)備和許多商業(yè)設(shè)備的基本要求。各種模塊提供插入式解決方案，可實現(xiàn)全球定位系統(tǒng)（GPS）子系統(tǒng)的整個信號鏈，并支持廣泛的應(yīng)用和數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)。工程師可以通過使用Antenova，Linx Technologies，Telit Wireless Solutions和Parallax提供的模塊輕松設(shè)計GPS支持。

GPS信號包括三種不同類型的數(shù)據(jù)：衛(wèi)星ID碼，星歷數(shù)據(jù)和歷書數(shù)據(jù)。星歷數(shù)據(jù)提供了確定修復(fù)所必需的狀態(tài)，日期和時間信息，而歷書數(shù)據(jù)提供了有關(guān)每顆衛(wèi)星在軌道中位置的信息。衛(wèi)星發(fā)射機(jī)將這些數(shù)據(jù)調(diào)制到載波頻率，例如1575.42 MHz，用于民用L1頻段。

GPS接收器必須獲取此信號 - 通常在運動時 - 并提取生成位置，速度和時間（PVT）解決方案所需的數(shù)據(jù)。為完成此操作，GPS接收器采用信號鏈，包括天線，低噪聲放大器（LNA），能夠抑制各種干擾源的RF濾波器，信號解調(diào)器和最終生成的GPS位置處理器當(dāng)前的PVT解決方案，基于在信號鏈前端采集和下轉(zhuǎn)換的GPS數(shù)據(jù)。

在實踐中，由于可見衛(wèi)星數(shù)量不足，衛(wèi)星分組不良，信號多徑問題，接收機(jī)時鐘誤差，星歷數(shù)據(jù)誤差和大氣影響引起的誤差，PVT結(jié)果面臨位置不準(zhǔn)確和修復(fù)延遲。結(jié)果，出現(xiàn)了基于地面的增強(qiáng)系統(tǒng)（GBAS）和基于衛(wèi)星的增強(qiáng)系統(tǒng)（SBAS），例如廣域增強(qiáng)系統(tǒng)（WAAS），以提高局部精度。類似地，已經(jīng)出現(xiàn)了諸如輔助GPS（A-GPS）等數(shù)據(jù)傳輸方法，其通過使用局域網(wǎng)或蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來快速傳輸星歷和歷書數(shù)據(jù)來加速首次定位時間（TTFF）。這些增強(qiáng)方法補(bǔ)充了所謂的獨立或僅衛(wèi)星GPS系統(tǒng)，具有糾錯和更快的響應(yīng)。

對于工程師而言，即使對于相對簡單的應(yīng)用要求，RF信號調(diào)理，數(shù)據(jù)提取和PVT解決方案處理的組合也會帶來重大挑戰(zhàn)。有效的GPS實施不僅需要關(guān)注結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要關(guān)注于減小設(shè)計的尺寸，成本和功耗，同時優(yōu)化其性能。獨立模塊解決了這些問題，通過提供包含大部分或全部GPS信號鏈的單個封裝簡化了設(shè)計，包括LNA，濾波器，下變頻器和GPS定位引擎，以及主機(jī)接口，板載天線和外部天線支持電路。

一些示例

通過集成幾乎所有GPS解決方案所需的組件，這些模塊大大減少了開發(fā)時間和部件數(shù)量。例如，Antenova M10372僅需要VCC上推薦的LC濾波器以及與主處理器的連接。如圖1所示，工程師可以使用簡單的LC濾波器和一對配置電阻（R1和R2）實現(xiàn)完整的獨立GPS。

圖1：Antenova M10372等模塊只需極少的外部元件即可使用模塊的板載天線實現(xiàn)獨立的GPS。 （由Antenova提供。）

在這些模塊中使用領(lǐng)先的GPS引擎為系統(tǒng)設(shè)計人員提供了提高準(zhǔn)確性和區(qū)分產(chǎn)品所需的全面軟件和數(shù)據(jù)服務(wù)。例如，領(lǐng)先的GPS引擎制造商通常為減少用于網(wǎng)絡(luò)可訪問設(shè)計的TTFF所需的A-GPS功能提供相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)。

Antenova的模塊為工程師提供了兩種領(lǐng)先的GPS引擎及其各自的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)。雖然Antenova M10372基于SiRFstarIV GPS引擎，但Antenova M10382基于u-blox 6 GPS引擎，并將完整的GPS信號鏈與小型SMD模塊上的天線相結(jié)合。

除了不同的GPS引擎外，可用模塊還提供各種外設(shè)接口，如UART，SPI，I2C和USB，用于與主機(jī)處理器進(jìn)行通信。工程師還可以選擇提供板載天線的模塊或為外部天線提供支持，包括為有源天線中包含的LNA供電的偏置電源以及專用天線檢測電路。

例如，Linx Technologies RXM-GPS-SG-B GPS接收器模塊是一種獨立的GPS解決方案，旨在與外部天線一起使用（圖2）。對于有源天線，模塊的VOUT線路可以在30 mA時為有源天線的內(nèi)部LNA提供2.85 V電壓。工程師將使用300Ω鐵氧體磁珠將此線路連接到RFIN線路，以防止RF饋入電源。對于不需要外部天線的設(shè)計，Linx Technologies提供其RXM-GPS-SR-B模塊 - 一種嵌入式GPS解決方案，包含一體式陶瓷貼片天線。這兩個模塊都基于SiRFstarIII芯片組。

圖2：Linx Technologies RXM-GPS-SG-B GPS接收器模塊支持外部天線，可簡單連接RFIN和GND。 VOUT在有源外部天線中提供LNA所需的額外電源連接。 （由Linx Technologies提供。）

Telit Wireless提供一系列模塊，這些模塊在支持的GPS引擎方面差別很大。 Telit Wireless Jupiter 31基于SiRFstarIII GSC3e/LP設(shè)備，支持無源和有源外部天線，并支持4MB外部閃存。 Telit Wireless Jupiter 32 xLP提供類似的功能，但基于SiRF GSC3f/LP，它在芯片上帶來4MB閃存，進(jìn)一步減少了部件數(shù)量并簡化了與系統(tǒng)設(shè)計的集成。

Telit Wireless Jupiter 3是該公司最小的外形模塊，采用SiRF GSC3f/LPx--一種低功耗，更緊湊的GSC3f/LP器件。最后，Telit Wireless Jupiter F2（圖3）基于SIRF的第四代GPS引擎。該模塊擴(kuò)展了對48個通道的支持，具有更高的跟蹤靈敏度和增強(qiáng)的干擾消除功能。 Jupiter F2的一個顯著特點是將LNA集成到GPS引擎本身，進(jìn)一步減少了模塊組件的數(shù)量和尺寸。

圖3：Telit Wireless Jupiter F2模塊采用SiRF的第四代GPS技術(shù)，將LNA集成到GPS引擎本身。 （來源：Telit Wireless。）

Parallax提供一系列基于Sony CXD2951GA-4引擎和SiRFstarIII芯片組的模塊。 Parallax 28146采用索尼GPS引擎，支持跟蹤多達(dá)12顆衛(wèi)星和WAAS。 Parallax 28500基于SiRFstarIII架構(gòu)，可以跟蹤多達(dá)20顆衛(wèi)星，并提供WAAS支持。 28146和28500都包括板載貼片天線。基于SiRFstarIII的Parallax 28501擴(kuò)展了28500 - 為外部GPS天線提供集成貼片天線和RF MMCX連接器，可選支持有源天線。 Parallax 28505將28501與外置天線打包在一起，用于現(xiàn)成的GPS解決方案。

結(jié)論

對于希望在系統(tǒng)設(shè)計中實現(xiàn)GPS功能的工程師而言，與從嘈雜的RF信號中提取復(fù)雜數(shù)據(jù)相關(guān)的挑戰(zhàn)可能令人生畏。更糟糕的是，支持增強(qiáng)方法的額外要求，例如用于糾錯的WAAS或用于改進(jìn)TTFF的A-GPS，可能會加劇設(shè)計復(fù)雜性。使用具有獨立GPS解決方案的可用模塊，工程師可以將現(xiàn)成的解決方案放入系統(tǒng)設(shè)計中。雖然這些插入式解決方案可能不是高度專業(yè)化本地化要求的答案，但它們?yōu)樾枰綠PS功能的項目提供了快速設(shè)計解決方案。