谈到gps芯片主要关键技术,这包括负责讯号处理─基频(baseband)及接收讯号─射频(rf)。由于gps讯号频率(1,575.42mhz)来自于距离地面2万公里的高空,讯号十分不稳定,因此当天线接收讯号后经过一连串讯号放大、过滤杂讯、降频、取样等过程(rf front end),再经过rf后,讯号进入基频处理部分,将前段取样的数码讯号经过运算、输出以便于使用者界面使用,其中 gps baseband dsp芯片就是核心元件,负责位址讯号的处理。
综合以上来看,射频与基频2个部分,包含:微处理器(micro processor)、低杂讯放大器(low noise amplifier;lna)、数码部分(digital section)射频部份(rf section)、天线(antenna element)、输出入驱动器(gpio and drivers),以及微处理器周边电路(processor peripherals)等几个重要元件。
市场上各式gps芯片解决方案的整合,使得gps芯片市场正面临极大的变量。首先是「小型化」,回顾gps芯片近年来的发展历史,随著gps与其它产品相继结合,且强调终端产品体积讲求轻薄短小,gps芯片走向系统单芯片化已是必然趋势。目前厂商针对gps单芯片化的作法,可分射频或基频单一芯片,并整合了更多功能性。
在射频芯片部分,已有多家厂商将放大器、滤波器、降频器、频率合成器及振荡器等整合在一块芯片上;在基频部分,则是整合了cpu、存储器(dram、sram、flash)、power manager及clock等。
因此,我们看到gps的芯片尺寸逐渐缩小,加上gps芯片已从双模块发展为单一模块(single chip),未来gps设备产品将会愈来愈蓬勃发展,芯片需求量愈来愈大。另外,gps芯片也将面临到客制化需求,过去gps芯片大多在车用市场上。目前,gps芯片应用则开始用在手机与pda,或是特殊的个人携带装置,例如:老人、孩童用的追踪器上。而gps芯片也可能与其它功能,例如蓝芽、usb等整合。因此,针对特殊应用而设计的客制化模块,也将愈来愈多。
目前全球投入gps芯片开发的还是以国外厂商居多,如:sirf、ti、xemics、freescale、stm等大厂均有推出gps芯片,其中sirf为全球最大gps芯片厂商,产品线相当完整,并能提供全系列的解决方案产品。本文将介绍多款目前gps市场上较受到应用的芯片,并针对其特性及架构提供完整的产品分析。
sirf:starii lp
sirf starii lp是一款高灵敏度gps芯片解决方案,强大gps功能可使用的范围包括:手持式设备产品、汽车、航海及avl应用,若搭配上高性能gps软件,便能使移动性消费者设备能长时间在任何地点持续使用。sirf starii是目前采用全球最省电的芯片产品之一,可同时接收12颗卫星,符合 nmea 0183(v3.0)协定。
.型号:sirf starii lp
.感度:-159dbm
.特色:低耗电、高效能、符合nmea 0183(3.0)
.尺寸:28mm×30mm×5mm
.精准度:position:15~20m
.工作电压:3.0v
.接收频道:12颗卫星频道
sirf:stariii
拥有一个140支脚位的gps讯号处理器,也包含一个50mhz arm7tdmi处理器,可使 oem厂商整合多种应用功能。而gsc3f因整合了400万位元的快闪存储器,不再需其它的零组件,因此能简化gps接收器到电路板中的相关线路设计。
另外,sirfstariii也提供ttff快速首次定位功能,并比sirf减少占用约20%的硬件空间,也较上一代的sirfstarii省电,除在车上导航、手持式设备的应用外,其它特殊应用,如:超小型行动电话、电力受限的智能型装置或数码相机。
.型号:sirf stariii
.感度:-159dbm
.特色:省电、简化线路设计
.尺寸:27.9mm×20mm×2.9mm
.精准度:position:10~20m
.工作电压:3.3v
.接收频道:20颗卫星频道
sony:cxd2951
cxd2951以sony先进的rfcmos闭塞信号处理方式设计,具有较高的敏感度,最小电力消费和高性能。并以微型gps模块以脚印14×23×1.8mm,被动天线集成gps模块,通过qs9000/ts16949等汽车验证新lsi配置是理想的为大范围基于地点的应用,如:汽车、手持式设备、航海、舰队管理,和移动式计算机处理技术设备。
.型号:cxd2951
.感度:-152dbm
.特性:起动反应时间短、省电
.尺寸:14mm×23mm×1.8mm
.精确度:position:5~15m
.工作电压:3.3v
.接收频道:12颗卫星频道
nemerix:nj1006+nj1030
就当今的技术水平来看,最成功的gps接收器采用两个芯片。尽管采用单芯片(单片电路)的产品也存在,但其性能却无法与目前采用双芯片的产品媲美。nemerix充分利用sige(矽锗)技术优势,并结合使用适用于双晶粒解决方案的标准cmos技术。在典型应用中,接收器和处理器可结合专用系统软件使用。
.型号:nj1006(rf)+nj1030(baseband)
.感度:-152dbm
.特色:低杂讯放大器、压控振荡器和天线检测器
.尺寸:na
.精确度:position:10~15m
.工作电压:2.2v
.频道:10颗卫星频道
u-nav:un9018
u-nav推出低成本、高性能gps接收机解决方案un9018,其中包括un1008 cmos rf前端和高整合度的un8130基频处理器。该产品在持续gps导航下功耗低于55mw,适用于低功耗、电池供电的可携式无线应用。
un9018是一款具有多模gps软件的解决方案,其支持自动、半自动和single fix(a-gps)模式,single fix模式下超越了行动电话的3gpp2和3gpp标准,可同时接收gps和行动电话语音及资料讯号,具有一个片上频率合成器支持多参考频率,允许行动电话或pda制造商使用板上振荡器,以节约成本和降低尺寸
.型号:un9018
.感度:-156dbm
.特色:接收行动电话语音及资料讯号
.尺寸:na
.精确度:position:10~20m
.工作电压:2.2~5.5v
.频道:8颗卫星频道
rfmd:rf8900
蓝牙/gps解决方案rf8900,该设计将蓝芽通讯和gps技术整合在一个完整的系统中。据称此款产品与同类产品相较减少20%的尺寸,成本降低25%。rf8900是高整合度的系统解决方案,在整合蓝芽无线技术和gps导航技术的同时还具有极高的讯号灵敏度(-155dbm),其灵敏度较其它产品提高5dbm,因而使rf8900对gps讯号的追踪能力达到-155dbm,位置更新率达1秒。
这种高灵敏度使终端用户能够在任意位置进行自身定位,包括各种室内外gps讯号微弱、衰减或受阻的区域(如树木、高层建筑及山脉等环境)。这款独特的解决方案还为用户提供了一个参考设计,包括软件、滤波、存储器、参考频率和天线等,用于一个完整蓝芽gps系统的全部配件。
.型号:rf8900
.感度:-155dbm
.特色:整合蓝芽通讯
.尺寸:32mm×32mm×8.9mm
.精确度:position:10~15m
.工作电压:3.0v
.频道:8颗卫星频道
xemics:xe1202
xe1202发射接收器芯片,该芯片最大的特色就是「省电」,虽然同时只能接收8颗卫星,但以汽车导航用途来说,全功能收发芯片在准度上绝对没有问题。其系列组为xe1202、xe1202he1、xe1202le1。
其功能如下:433/868/915mhz三段国际ism频段覆盖、高敏度-113dbm、低功耗、可满足低功耗设备的要求、低工作电压2.7v、fsk调制,最大发射功率+5dbm、具有更多的频道,可编程频率设置,特别满足需要多通道工作的特殊场合、高集成度,极少的外围元器件,基本无须调试、高速率传输速度76.8kbit\s、由于采用了低发射功率,高接收灵敏度的设计。
.型号:xe1202
.感度:-143dbm
.特色:433/868/915mhz三段国际ism频段
.尺寸:29mm×48mm×16mm
.精确度:position:10~15m
.工作电压:2.7~3.6v
.频道:8颗卫星频道
旺玖科技:pl6313
旺玖科技推出gps pl6313芯片组,提供 pda、tablet pc及smart phone等需要卫星定位及追踪功能的行动运算平台一个高性能、低耗电及低附加成本的解决方案。
pl6313芯片组主要设计诉求为低耗电、小尺寸、并降低系统嵌入gps功能之增加成本。嵌入运算平台时,直接利用原本即存在的运算器及存储器来完成gps导航运算,以达降低成本之功效。可作用在于撷取追踪gps讯号,并产生初始量测值。
.型号:pl6313
.感度:-150dbm
.特色:低价格、本土厂商技术支持
.尺寸:10mm×10mm×0.8mm
.精确度:position:5~15m
.工作电压:3.3v
.频道:12颗卫星频道
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