用于位置感知設(shè)計(jì)的新一代的OEM GPS設(shè)備和模塊研究

這些天的設(shè)備可以讓我們知道他們?cè)谀睦?。因此，許多新設(shè)計(jì)可以利用可追蹤性;查詢不僅可以確定所采用的路線，還可以將其他感官數(shù)據(jù)與此信息融合，以創(chuàng)建其所接觸條件的完整圖片（現(xiàn)在通常用于驗(yàn)證農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度）。人們也可以像商業(yè)資產(chǎn)一樣被跟蹤，我們都經(jīng)歷過(guò)與3G和4G服務(wù)相關(guān)的智能手機(jī)和平板電腦，這些服務(wù)具有位置感知和位置共享功能。這是通過(guò)蜂窩算法來(lái)完成的，該算法測(cè)量時(shí)間，相位和信號(hào)強(qiáng)度以到達(dá)插值位置，該插值位置可以覆蓋在地圖上或甚至是架空衛(wèi)星照片上。分析師預(yù)測(cè)2018年室內(nèi)位置市場(chǎng)將達(dá)到40億美元。雖然私人和商業(yè)Wi-Fi信號(hào)源可用作定位信標(biāo)，但Wi-Fi并非無(wú)處不在。此外，條件可能會(huì)發(fā)生變化，設(shè)備可能會(huì)中斷或出現(xiàn)故障，并且像地圖一樣，所有這些數(shù)據(jù)都需要保持準(zhǔn)確。

GPS問(wèn)題較少。由于不斷增長(zhǎng)的需求和競(jìng)爭(zhēng)，新一代的OEM GPS設(shè)備和模塊使用更少的功率，更小，并且具有更簡(jiǎn)單的用戶界面?，F(xiàn)成的模塊可以放在主板或盒子里，而且，您無(wú)需等待和支付移動(dòng)電話服務(wù)。

本文介紹了一些用于位置感知設(shè)計(jì)的新GPS解決方案使用更少的功率，更小的尺寸，并且比以前的部件更精確和可靠。

極為重要的組件

無(wú)人機(jī)飛機(jī)的快速開(kāi)發(fā)和使用有助于創(chuàng)造一個(gè)蓬勃發(fā)展的市場(chǎng)精確的位置感知系統(tǒng)。這不再僅僅是一項(xiàng)軍事技術(shù)，因?yàn)樾侣剻C(jī)構(gòu)，緊急救災(zāi)服務(wù)和當(dāng)天的航運(yùn)公司都在爭(zhēng)奪這一趨勢(shì)的一部分。

在這些半自動(dòng)機(jī)器中，精確的冗余位置感知至關(guān)重要因?yàn)樗麄儽仨毞弦牙L制的飛行路徑和禁飛區(qū)。由于責(zé)任至關(guān)重要，如果其中一架無(wú)人機(jī)發(fā)生故障并從天而降，公司可能會(huì)陷入困境，可能造成損害或傷害。因此很難低估這些系統(tǒng)中使用的GPS組件的重要性。

測(cè)量位置的能力可能取決于GPS芯片或模塊的位置。來(lái)自太空衛(wèi)星的主要L1 1575.42 MHz RF信號(hào)是微弱信號(hào)，GPS天線周?chē)牟牧峡赡苓M(jìn)一步削弱信號(hào)。此外，GPS模塊的位置會(huì)影響信號(hào)恢復(fù)，特別是在進(jìn)行大量高速數(shù)字切換的情況下。因此，對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用，可以使用外部天線，如Taoglas MA206.A.AB .004粘合劑安裝的50ΩGPS天線盤(pán)（圖1）。所謂的黃貂魚(yú)是一種GPS天線和有源（2.7至3.3 V）LNA，可以遠(yuǎn)程安裝，例如在船的桅桿上。相對(duì)較低的噪聲（1.5 dB）和高32 dB增益在2.4 GHz時(shí)也很敏感，因此可以在靠近陸地時(shí)雙重使用G3/G4。

圖1：這種有源雙頻外置天線可以擴(kuò)展嵌入式GPS芯片或模塊的范圍和靈敏度，可能無(wú)法對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)流進(jìn)行清晰無(wú)阻的視線訪問(wèn)。

這種方法的加固版本可以通過(guò)Parallax 28508組合GPS模塊和外部同軸天線開(kāi)箱即用?；贐ASIC Stamp模塊，它可以原樣使用，也可以作為開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)套件使用。

GPS越小越好，因?yàn)槊總€(gè)模塊的核心至少是一個(gè)芯片，設(shè)計(jì)師希望把事情掌握在自己手中可以利用現(xiàn)有的芯片級(jí)解決方案。對(duì)于非常大批量的應(yīng)用，這可以節(jié)省資金并為應(yīng)用提供最佳設(shè)計(jì)。

Skyworks SE4150L-R等芯片級(jí)設(shè)備提供高度集成的解決方案，包括雙增益模式LNA（0和11 dB），雙增益模式混頻器緩沖器（32和24 dB），以及帶超控的天線開(kāi)關(guān)。該器件具有兩個(gè)可選擇的輸入，能夠檢測(cè)天線電流以選擇最佳輸入源。

基于硅鍺技術(shù)，Skyworks器件采用高線性片上LNA，其中一個(gè)輸入允許用于沒(méi)有外部LNA的多功能無(wú)線系統(tǒng)。一個(gè)漂亮的鏡像抑制，低IF混頻器與線性AGC和片上IF濾波器一起使用。

針對(duì)3.3 V工作優(yōu)化，小型（4 x 4 x 0.9 mm）全集成接收器的功耗小于待機(jī)模式下為10μA，為GPS基帶設(shè)備提供了良好的流通布局。注意，仍然需要外部天線和/或匹配網(wǎng)絡(luò)，但在芯片形式中，設(shè)計(jì)人員可以放置部件以優(yōu)化機(jī)械約束。

Maxim是該領(lǐng)域的另一個(gè)參與者，其功能還包括MAX2769BETI/V +通用GPS接收器芯片，集成高性能LNA，天線傳感器和可編程增益放大器。該器件將ADC數(shù)據(jù)發(fā)送到基帶或DSP處理，作為表示符號(hào)和幅度的4位信號(hào)，無(wú)符號(hào)二進(jìn)制或二進(jìn)制補(bǔ)碼格式，每通道最多3位用于I和Q數(shù)據(jù)。

還針對(duì)3.3 V操作進(jìn)行了優(yōu)化，LNA和混頻器輸入為50Ω。工作溫度范圍為-40?至+85?C，在接收模式下，這些部件可消耗相當(dāng)大的27 mA電流。 Maxim還提供PCB布局指南作為起點(diǎn)。1

模塊和固定解決方案

對(duì)于大多數(shù)工程師而言，模塊的優(yōu)勢(shì)在于一切都很小且獨(dú)立（盡管外部天線可能仍然如此）希望最大化靈敏度）?？砂惭b表面的解決方案非常理想，因?yàn)檫@些模塊通?？梢园惭b在某種主板上。更重要的是，今天的許多模塊都變得像我們必須使用的獨(dú)立芯片一樣小。

看看Telit Jupiter JF2-B3A3-DR。這個(gè)完整的48通道GPS接收器模塊比單個(gè)4 mm x 4 mm芯片更大，但采用嵌入式閃存并支持國(guó)際規(guī)格，包括GNSS俄羅斯GPS對(duì)應(yīng)（圖2）。作為一個(gè)完整且特征化的模塊，它將定位精度指定為小于2.5 m，速度精度為0.01 m/s，航向精度小于0.01?分辨率。

圖2 ：完全集成的模塊包括對(duì)有源和無(wú)源天線的支持。串行訪問(wèn)數(shù)據(jù)，控制寄存器，RTC和閃存可以減少整個(gè)系統(tǒng)芯片數(shù)量。

它使用標(biāo)準(zhǔn)的串行總線通信，如I2C，SPI和UART來(lái)節(jié)省空間，Jupiter F2系列的其他成員也是如此大小的模塊。它還具有令人印象深刻的-163 dB靈敏度，具有與蜂窩服務(wù)集成以實(shí)現(xiàn)半冗余操作的功能（一個(gè)或兩個(gè)信號(hào)可能無(wú)法始終可用）。

Telit還具有3.3 V Jupiter N3家庭擁有JN3-B3A3-LY等模塊。在吸收更高的32 mA電流時(shí)，這些模塊具有快速定位的特點(diǎn)。在某些情況下，這可能是一個(gè)關(guān)鍵特征。該模塊還包含一個(gè)重要的16 MB閃存，足以用于至少本地目的地的相當(dāng)好的地圖存儲(chǔ)。

JN3構(gòu)建于SiRFstarIV架構(gòu)之上，使用即時(shí)修復(fù)和有源干擾清除技術(shù)，可以幫助它導(dǎo)航 - 靈敏度為160 dBm，靈敏度為-163 dBm。它還支持基于衛(wèi)星的增強(qiáng)系統(tǒng)，包括WAAS，EGNOS，MSAS和GAGAN服務(wù)。

更多選項(xiàng)

許多新的和經(jīng)驗(yàn)豐富的玩家正積極支持GPS，并且正在利用大量的RF專業(yè)知識(shí)來(lái)創(chuàng)建精心設(shè)計(jì)的立即使用的模塊。看看Taiyo Yuden的GYSFFMAXX技術(shù)，它在自己的小型獨(dú)立模塊中具有出色的-164 dBm靈敏度（圖3）。

圖3：真實(shí)的集成GPS成為類(lèi)似外圍設(shè)備的功能，允許嵌入式主機(jī)系統(tǒng)將位置視為融合傳感輸入的一部分。

與許多新的模塊化解決方案一樣，獨(dú)立系統(tǒng)還采用了SBAS擴(kuò)展的星歷表支持（BEE和EPO），通過(guò)校正由電離層擾動(dòng)，定時(shí)和衛(wèi)星軌道誤差引起的GPS信號(hào)誤差，提高水平位置精度另一位參賽者是Inventek及其帶天線的ISM480F1-C4.1 SiRFstar模塊。它還可以監(jiān)視和驗(yàn)證48 V（1.8 V容差I(lǐng)/O）軌道，具有抗干擾，增量星歷表收集（用于快速首次定位）和串行接口（此處為UART，SPI和I2C）。它的-162 dBm靈敏度也非常好。

Antenova是一家天線制造商，也提供高性能GPS模塊，如M10382-A1表面貼裝模塊（圖4）。該器件工作電壓為1.8或3.3 V（45 mA），是該公司Eval套件支持的Radionova系列接收器之一。還提供更小的M10478-A1模塊，在1.8 V電源下可降低33 mA。

圖4：利用其天線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，Antenova的GPS模塊集成了高性能天線。

總結(jié)

雖然對(duì)某些人來(lái)說(shuō)是一種令人生畏的技術(shù)，但GPS子系統(tǒng)作為外圍功能的現(xiàn)代實(shí)現(xiàn)已經(jīng)足夠大小和成本降低，使其對(duì)設(shè)計(jì)師非常有吸引力。進(jìn)入這一領(lǐng)域的更多公司意味著新的概念以及更積極的定價(jià)，使得GPS位置感知技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上可用于其他（可能還沒(méi)有想到）應(yīng)用程序。