gps接收机|GPS接管机专用芯片组技巧成长

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正文：
GPS接管机专用芯片组技巧成长作者：
寇艳红，沈吉，张其善时候：
2006-10-01来历：
摘要：
在总结国外现有的完好GPS接管机专用芯片组最新环境的根本上，联合典范的芯片产品，讲述了GPS接管机专用芯片组从分立式器件到片上系统、再到单片式接管机的技巧成长进程、近况和趋势。

关键词：
GPS；射频前端；数字旌旗灯号处理；SoC；IP
弁言
GPS(环球定位系统)成长到本日，其用途越来越广泛，而技巧的进步和用户需求也连续鞭策GPS系统的加强。
如今美国正在致力于GPSBlock II系统的当代化和GPS-III筹划，旨在周全改进GPS的生命力、精度、可用性、完好性、伶俐性和安定性。

GPS用户端配置也处于连续进级和成长之中。
从接管机的布局来看，跟着VLSI(超年夜范围集成电路)和DSP(数字旌旗灯号处理)技巧的成长，单通道序贯式、时分多路复用式接管机早已为采取了DSP模块的并行多通道接管机所代替，所能到达的通道数和等效相干器数连续增加，集成度更高的内嵌MPU/MCU的GPS基带处理器芯片成为主流，将射频和数字处理集成在一路的单芯片接管机产品也已经问世。

GPS接管机专用芯片组，紧张包括射频和基带旌旗灯号处理芯片，构成了GPS接管机的核心和关键部件。
本文注重讲述国外GPS接管机专用芯片组的技巧、产品近况和成长趋势。

国外现有的完好GPS芯片组办理方案
如今环球约有二十多家制造商出产GPS接管机专用芯片，供系统开辟商构建本身的GPS接管机。
此中有些厂商供给完好的GPS射频加基带芯片组的硬件办理方案，有些厂商供给包括配套软件在内的完好的GPS接管机或系统办理方案，另有一些厂商只供给零丁的射频或基带处理芯片。
根据厂商的出版物和网站资料可以概括出其现行产品环境如表1所示。

表1紧张GPS射频加基带芯片组厂商及其产品一览表
GPS接管机专用芯片组技巧和产品成长
分立式器件
在GPS系统走向应用的早期，即80年代末90年代初，固然最早呈现的模仿相干器很快被淘汰，多通道的数字旌旗灯号处理入手下手流行，但受限于硬件计划水温和芯片制造工艺的制约，GPS接管机从卫星旌旗灯号接管到PVT解算输出仍起码必要七、八块芯片协同结束。
由Rockwell Collins推出的广泛应用于美军兵器装备的双频MAGR接管机(Miniature airborne GPS receiver)，仅L1通道RF前端就包括六块芯片：
LNA(低噪声放年夜器)ASIC，L波段ASIC(含L波段放年夜、下变频到中频、巩固增益的中频放年夜)，PLL(锁相环)ASIC，第一IF(中频)BPF(带通滤波器)ASIC，宽带IF ASIC(含第一IF AGC、到最终IF的正交下变频、三电平ADC)，外部参考频率源。
因为GPS旌旗灯号跟踪和处理是一种时候紧急型任务，要求茂密的数字旌旗灯号处理，典范的GPS接管机中必要一个专用于GPS效用的CPU。
MAGR中基带旌旗灯号处理ASIC与微处理器也是离开的两块芯片。
MAGR中有五块专门研发的核心ASIC，包括采取Tekt ronix的硅双极性晶体督工艺制造的L波段ASIC、宽带IF ASIC和PLL ASIC，以及采取bulk CMOS工艺制造的频率/时候同步ASIC和基带旌旗灯号处理ASIC。

片上系统
跟着单片微波集成电路、微带滤波器、声表面波(SAW)滤波器技巧的成熟和电路***的进步，GPS RF前端集成度年夜年夜进步，如今集成了LNA、TCXO(温补晶振)和滤波器的射频前端芯片已经不再罕见。
对付GPS数字旌旗灯号处理部分，尽管零丁的并行多通道相干器ASIC仍占有着必定的市场，然而集成了GPS数字旌旗灯号处理模块和CPU的基带处理器已经渐渐成为厂商主推的产品。
这符合当前IC计划的一个主流---在单个硅片上兑现更为纷乱的系统，即片上系统(System on Chip，简称SoC，又称单系统芯片)。
SoC将很多效用单位联合在一块芯片上，其技巧优势包括本钱低、尺寸小、功耗小、处理速度快、系统噪声小、计划上的弹性等。
SoC的计划数据是可反复利用和可验证的，其核心模块可以作为IP(知识产权)的式样为别的计划者所共享。

表1中所列各厂商芯片组均可称之为含GPS IP的SoC产品。
此中有些厂商的GPS SoC构成两片式GPS接管机，由GPS射频前端结束将接管的L波段卫星旌旗灯号放年夜、滤波、下变频到中频和数字化等一系列任务，而由内嵌CPU的基带处理器及其上运行的固件和软件来结束接管机的别的任务，包括并行多通道相干器、卫星旌旗灯号捕获与跟踪、必要的外围接口，以至导航定位解算。
因为集成了LNA的射频前端产品机能有待于进步，在很多对相位抖动比较灵活的高端GPS接管机中仍采取LNA与射频前端分立的计划。
别的，TCXO和SAW的集成也给GPS RF前端芯片的计划制造带来了挑衅。
故而市场上也不乏将LNA、TCXO或SAW零丁分散出来的三片式、四片式接管机。

以表1中一家专业致力于GPS接管机专用芯片、IP和软件的美国公司SiRF Technology(瑟孚科技)的产品为例来看射频加基带芯片集的技巧进展。
其主推的SiRFstar系统布局中第一代产品SiRFstar I集成了12个跟踪通道。
第二代的SiRF2star II系列在SiRFstar I根本上集成了快捕和卫星旌旗灯号跟踪引擎IP(1920个相干器，12个通道)、差分GPS处理器和减小多径的硬件、在片存储器，并内嵌50MHz的ARM7 CPU。
此中SiRFstar IIe家属和SiRFstar II/L P家属(低功率版本)配套了GSW2模块化软件，其数字部分GSP具有40MPIS处理本领，集成了高精度RTC(及不时钟)和2个UART(异步串行通信口)，而RF前端GRFi紧张由片内压控振荡器和基准振荡器、中频滤波器、LNA和数字接口等构成；SiRFstar IIt家属则注重于把SiRFstar II技巧参加到基于多个流行处理器和操纵系统的系统中，经过议定对系统的主处理器、存储资源和RTC的共享把GPS效用加到电路板上，配套的SiRFNav软件可以较简单地配置装备摆设到运行其他主应用软件的主系统上。

第三代产品SiRFstar III系统布局包括GRF3w射频芯片，GSP3f数字部分和GSW3软件，面向无线和手持LBS(基于位置的办事)应用的要求，具有多于200,000个等效相干器，初次定位时候更短(有帮助时为1秒)，伶俐度更高(-159dBm)。
别的，SiRF还拥有从Conexant系统公司(即原Rockwell公司)收购的、为Jupiter系列GPS接管机板配套的Zodiac GPS芯片组。
在Zodiac 2000芯片组中射频前端CX76502 RF MCM(多芯片模块)为双管芯单LGA封装，RF部分采取GaAS MESFET技巧，IF-A/D部分则采取Conexant的模仿CMOS技巧，内置DTCXO和温度传感器；基带处理器CX 1157712 Scorpio为一个156脚BGA表面贴装芯片，采取0.6微米bulk CMOS配置技巧制造，内嵌AAMP2-8微处理器，含12个GPS通道，两个UART，DMA把握，片内微处理器地点解码和内存按时把握，RTC接口，供给1 PPS和10kHz按时旌旗灯号输出。

单片式GPS接管机
跟着军用和平易近用对小尺寸、低功耗的连续追求，以及硬件计划水温和芯片制造工艺的连续进步，2002年入手下手呈现将GPS射频与数字部分集成在一路的单芯片GPS接管机，此中产品化的单片式GPS接管机有Motorola的Instant GPS(即时GPS)和Sony Semiconductor的CXD2951系列。

Motorola于2002年公告一款单芯片GPS接管机Instant GPS，体积仅有7×7mm，可以置于手表中，集成到几乎扫数的汽车电子装配、移动德律风和手持配置中。
其潜伏应用包括带时候和位置戳的拍照机，带地图和及时导航效用的PDA，E_911兼容的具备紧救助济效用的蜂窝德律风等。
Instant GPS在单芯片上集成了包括GPS L1旌旗灯号捕获跟踪、数据解码、定位解算等效用的GPS接管机，片外仅需一个SAW(振荡器可以与其他系统复用)，其效用框图如图1所示。
采取低中频的射频布局以改革抗干扰本领，且易于与GSM和蓝牙收发机协同工作。
因为清除了苛刻的停止要求，易于与主机系统集成。
基于Instant GPS MG4100器件的FSOncore接管机板仅有12mm×16.6mm。
Motorola新近推出的MG4200器件在MG4100根本上增加了允许从串行FLASH加载自开动程序的第二个SPI口。

图1 Motorola Instant GPS芯片效用框图
Sony公司于2003年VLSI专题钻研会上公告其利用0.18um纯CMOS技巧开辟出一款完好的单片式GPS接管机LSI(CXD2951GA/GA21/GH/GL)，得当于汽车、蜂窝手机、手持导航、移动谋划和其他基于位置定位办事的应用。
CXD2951的射频部分包括一个LNA，镜像抑制混频器，PLL合成器，IF滤波器和数字转换器；基带芯片内置一个UART和一个内部RTC，赞成DGPS效用(RTCMSC-104输入)和NMEA-0183数据输出。
Sony的单芯片GPS模块GXB5001年夜小为14mm×23mm。
MotorolaInstant GPSMG4100与SonyCXD2951GA/GA-1芯片的其他比较见表2：

表2 MotorolaInstant GPSMG4100与Sony CXD2951GA/GA-1芯片的比较
单片式GPS接管机不必要在主芯片之外再利用其他特别的处理芯片，与过去必要利用两三个芯片的办理方案有很年夜的差别。
其计划难点最终是必要克服数字电路噪音对模仿电路的干扰。
Sony在GPS单芯片电路的布局计划上把对噪音最为灵活的LNA部分配置装备摆设到芯片的一角，同时在LNA和数字电路之间计划了两层保卫频带(吸噪元件)，别的在滤波器上计划触头以利于在硅底板电源和接地电位不巩固时起到必定的巩固效用。
因为GPS接管机的接管伶俐度要求在-130dBm以下(室内定位要求更高)，故而较之接管伶俐度为-85dBm摆布的蓝牙芯片而言，GPS射频和基带处理电路的单芯片化更难兑现。

结束语
如今国外GPS接管机专用芯片组探讨的热点包括单芯片接管机，与欧盟Galileo系统及别的平行系统的兼容，高伶俐度室内定位，与移动通信和手持配置的集成(包括改革射反复综以允许尽情参考时钟)，抗干扰，高靠得住性，高的处理速度，好的跟踪机能，低功耗，小尺寸，低本钱和多用途等。
GPS接管机专用芯片产品和技巧的成长，使得GPS接管机效用更富强，机能更好，也更易于集成在手机、PDA、PC等配置中，为人们供给更为广泛的应用。



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