【GPS技術】GPS芯(xin)片的(de)主要關(guan)鍵技術是什么 三代(dai)GPS芯(xin)片9大知識

隨著科技發展，GPS 導航發展態勢越(yue)(yue)來越(yue)(yue)值得期待，其中又(you)以(yi)GPS 芯(xin)片(pian)核心技術發展最(zui)值得我們關心。在(zai)GPS 芯(xin)片(pian)發展的(de)過(guo)程(cheng)中，“小型化”一直是重要(yao)發展方向，這使得GPS 芯(xin)片(pian)組在(zai)降低耗電(dian)量、縮小體積等方面的(de)技術更跨前一步，不論是車(che)載或手持式(shi)GPS 全(quan)球衛星定(ding)位系統(tong)，皆能(neng)(neng)提供詳(xiang)盡(jin)而準確的(de)定(ding)位信息(xi)及交通(tong)信息(xi)，可輕松(song)實現CPS 衛星導航(hang)功能(neng)(neng)。

近幾年(nian)，由于芯(xin)片廠商(shang)增加，并提供(gong)完整性的解決(jue)方案，模(mo)塊廠商(shang)更容易(yi)開發出(chu)整合型產(chan)品，因(yin)此(ci)大量廠商(shang)投入接收器產(chan)品生產(chan)，所以在接收器與(yu)模(mo)塊產(chan)品方面供(gong)應不虞(yu)匱乏，這不僅(jin)對GPS熱潮起了推(tui)波助瀾效果，也(ye)使GPS 整機成(cheng)本最(zui)高(gao)的GPS 芯(xin)片組成(cheng)本價(jia)格下(xia)滑(hua)，而提供(gong)消費性電子產(chan)品使用的GPS 芯(xin)片，也(ye)已開始在市場上顯露身(shen)影，加上芯(xin)片廠商(shang)逐漸改良性能(neng)，因(yin)此(ci)，芯(xin)片定(ding)位(wei)能(neng)力(li)也(ye)已逐漸拉(la)近。在此(ci)趨勢(shi)下(xia)，GPS 芯(xin)片產(chan)品如何爭取到買(mai)家(jia)的肯定(ding)，便(bian)成(cheng)為各家(jia)GPS 芯(xin)片在市場上相互競爭的關鍵因(yin)素。

談(tan)到GPS 芯片主要關鍵技術(shu)，這包括負(fu)責信(xin)(xin)號(hao)(hao)處理(li)－基頻(pin)(pin)（Baseband）及接收信(xin)(xin)號(hao)(hao)－射頻(pin)(pin)（RF）。由于(yu)GPS 信(xin)(xin)號(hao)(hao)頻(pin)(pin)率（1575.42MHz）來自于(yu)距離地(di)面2 萬公里的高空，信(xin)(xin)號(hao)(hao)十分(fen)不(bu)穩(wen)定，因此(ci)當天(tian)線接收信(xin)(xin)號(hao)(hao)后經過(guo)一(yi)連串(chuan)信(xin)(xin)號(hao)(hao)放大(da)、過(guo)濾噪聲(sheng)、降頻(pin)(pin)、取樣(yang)等過(guo)程(cheng)（RFfront end），再經過(guo)RF 后，信(xin)(xin)號(hao)(hao)進入基頻(pin)(pin)處理(li)部(bu)分(fen)，將(jiang)前(qian)段取樣(yang)的數(shu)字(zi)信(xin)(xin)號(hao)(hao)經過(guo)運算(suan)、輸(shu)出(chu)以便于(yu)用(yong)戶接口使用(yong)，其中GPS Baseband DSP 芯片就是核心組件，負(fu)責地(di)址信(xin)(xin)號(hao)(hao)的處理(li)。

綜合(he)以上(shang)(shang)(shang)來(lai)看，射(she)頻(pin)與(yu)基頻(pin)2 個部(bu)分(fen)(fen)，包含微處理(li)器(qi)(qi)Microprocessar）、低噪(zao)聲(sheng)放(fang)大器(qi)(qi)（LowNoise Amplifier；LNA）、數(shu)字部(bu)分(fen)(fen)（Digital ection）、射(she)頻(pin)部(bu)分(fen)(fen)（RF Section）、天線（Antenna Ele－ment）、輸(shu)出入驅動器(qi)(qi)（GPIO andDrivers），以及微處理(li)器(qi)(qi)周(zhou)邊電(dian)路（Pro－cessor peripherals）幾個重要組(zu)件。市場上(shang)(shang)(shang)各(ge)式GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)解決方案(an)的整(zheng)合(he)，使(shi)得GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)市場正面臨極(ji)大的變量。首先是“小(xiao)型化(hua)”，回顧(gu)GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)近年來(lai)的發(fa)展歷(li)史，隨著(zhu)GPS 與(yu)其(qi)它產品相繼結合(he)，且(qie)強調終(zhong)端產品體(ti)積講(jiang)求輕薄短小(xiao)，GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)走向(xiang)系統單(dan)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)化(hua)已是必然(ran)趨勢。目前廠(chang)商針對GPS 單(dan)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)化(hua)的作法，可分(fen)(fen)射(she)頻(pin)或(huo)基頻(pin)單(dan)一(yi)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)，并(bing)整(zheng)合(he)了(le)更(geng)多功能(neng)性。在射(she)頻(pin)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)部(bu)分(fen)(fen)，已有多家廠(chang)商將放(fang)大器(qi)(qi)、濾波(bo)器(qi)(qi)、降(jiang)頻(pin)器(qi)(qi)、頻(pin)率合(he)成器(qi)(qi)及振蕩器(qi)(qi)等整(zheng)合(he)在一(yi)塊(kuai)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)上(shang)(shang)(shang)；在基頻(pin)部(bu)分(fen)(fen)，則是整(zheng)合(he)了(le)CPU、內存（DRAM、SRAM、Flash）、電(dian)源管理(li)及時鐘等。

因(yin)此，我們(men)看到GPS 的(de)(de)(de)(de)芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)尺寸逐漸縮(suo)小(xiao)，加上GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)已從(cong)雙模塊發(fa)展(zhan)為單一模塊（Single chip），未來(lai)(lai)GPS 設備(bei)產品將(jiang)會越(yue)(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)(yue)蓬勃發(fa)展(zhan)，芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)需(xu)(xu)求(qiu)量(liang)越(yue)(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)(yue)大。另外，GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)也將(jiang)面臨到客制化(hua)需(xu)(xu)求(qiu)，過去GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)大多在車用(yong)市(shi)場上。目前，GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)應用(yong)則開(kai)始用(yong)在手機與PDA，或是(shi)特殊的(de)(de)(de)(de)個人攜帶裝置(zhi)，例如老人、兒童用(yong)的(de)(de)(de)(de)追蹤器上。而(er)GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)也可能(neng)與其它功能(neng)，例如藍牙、USB 等整(zheng)合。因(yin)此，針(zhen)對特殊應用(yong)而(er)設計的(de)(de)(de)(de)客制化(hua)模塊，也將(jiang)越(yue)(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)(yue)多。目前全球投入GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)開(kai)發(fa)的(de)(de)(de)(de)還是(shi)以國外廠商居多，如SiRF、TI、Xemics、Freescalc、STM等大廠均推出GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)，其中SiRF 為全球最大GPS 芯(xin)(xin)(xin)片(pian)(pian)(pian)廠商，產品線相當(dang)完整(zheng)，并能(neng)提供全系列的(de)(de)(de)(de)解決方案產品。

GPS知識講述GPS“三代芯片”知識

近段時間在GPS產(chan)品中，經常提到(dao)所謂(wei)“三代芯片”。但從商家(jia)和(he)(he)(he)使用者都沒有(you)明確的說明和(he)(he)(he)理解(jie)，甚至有(you)些(xie)誤(wu)導和(he)(he)(he)誤(wu)解(jie)。現將自己的體會和(he)(he)(he)觀點與大家(jia)交流探(tan)討。

1、GPS芯片：目(mu)前國(guo)際上常(chang)用（常(chang)見(jian)到的/較流(liu)行的）GPS模塊（OEM板）上的主(zhu)芯片主(zhu)要(yao)有(you)3種(zhong)。

（1）美(mei)國SIRF（Sirf）

（2）SONY（索(suo)尼(ni)愛(ai)立信/索(suo)愛(ai)）芯片

（3）瑞士NENEM公司NEMERIX芯片

2、三代芯片的核心：

芯片硬件大(da)(da)(da)同(tong)小異，只是(shi)內(nei)部軟件起主要(yao)作用。所謂三代(dai)(dai)的核心技(ji)術只是(shi)在2代(dai)(dai)的基礎上提(ti)高改進了軟件的算法(fa)(fa)，就好(hao)比初、高中物(wu)理課上計算加速(su)度/速(su)度用的公式(shi)，但(dan)到了大(da)(da)(da)學高等(deng)數學中導數、積分來(lai)計算同(tong)一(yi)道加速(su)度/速(su)度的物(wu)理題，方(fang)法(fa)(fa)（算法(fa)(fa)）不(bu)同(tong)，所用時間(jian)大(da)(da)(da)不(bu)一(yi)樣(yang)，體現了中學和大(da)(da)(da)學的區別，就好(hao)像2代(dai)(dai)和3代(dai)(dai)一(yi)樣(yang)。其次是(shi)硬件也(ye)提(ti)供了質量(liang)標(biao)準。

3、三代芯片(pian)軟件(jian)主(zhu)要功能：

3代芯片軟(ruan)(ruan)件提(ti)高升級：（1）算法(fa)改進提(ti)高搜(sou)星(xing)(xing)/定(ding)位速度時間。（2）通過軟(ruan)(ruan)件濾波(bo)器提(ti)高抗(kang)干擾性(xing)能(neng)、信噪比(bi)及接收有效(xiao)星(xing)(xing)顆數。（3）有的(de)芯片實現軟(ruan)(ruan)件DR航跡(ji)（轉跡(ji)）推算，提(ti)高抗(kang)高樓、樹蔭、橋下遮擋(dang)及隧道功能(neng)。（4）軟(ruan)(ruan)通道搜(sou)索(suo)，搜(sou)索(suo)提(ti)高可視衛星(xing)(xing)的(de)通道數（可以(yi)12—24顆），人員、車(che)輛(liang)、上下坡、姿態發(fa)生(sheng)變化時、飛機(ji)、船舶星(xing)(xing)歷狀態發(fa)生(sheng)變化時仍能(neng)繼續(xu)定(ding)位。

4、三(san)代芯(xin)片硬件改(gai)進：

（1）芯(xin)片功耗降低，體積減少（與(yu)2代比）。

（2）提(ti)高抗干(gan)擾能力，全(quan)屏(ping)蔽或雙芯片分開。

5、GPS模塊(kuai)與產品(pin)：

GPS產品多(duo)種多(duo)樣，但(dan)不一(yi)定(ding)用(yong)三代(dai)(dai)芯(xin)片就全都(dou)好(hao)了(le)，三代(dai)(dai)芯(xin)片只不過是GPS產品的核心部件(jian)，如(ru)同(tong)人的心臟、大腦，還要與其它元(yuan)件(jian)相匹(pi)配（天線、放大器(qi)(qi)、濾波器(qi)(qi)，甚至(zhi)導線、接頭等看起來無關緊要元(yuan)件(jian)）。

6、天線是重(zhong)要因素：

手持、PDA、藍牙、G-Mouse等(deng)常見的(de)GPS產(chan)品(pin)中(zhong)都(dou)要用到GPS天線，無論(lun)有(you)源、無源甚(shen)(shen)至全(quan)向天線，十幾(ji)個(ge)(ge)性能(neng)指標中(zhong)，夾(jia)角（1600最大全(quan)向天線除(chu)外），放大器dB數，阻抗范圍，材質，抗干擾能(neng)力(li)與模塊(kuai)匹配(pei)決定了整個(ge)(ge)產(chan)品(pin)的(de)性能(neng)，甚(shen)(shen)至飛機上(shang)接2-3個(ge)(ge)天線（上(shang)、下面均有(you)），有(you)些在車(che)內、車(che)底部(bu)也很好(hao)(hao)定位。也就(jiu)是說，3代模塊(kuai)很好(hao)(hao)，天線不匹配(pei)可(ke)能(neng)不如搭配(pei)好(hao)(hao)2代產(chan)品(pin)。

7、通道數：

3顆(ke)(ke)(ke)星(xing)二維，4顆(ke)(ke)(ke)星(xing)三維定位，這是(shi)GPS基本原(yuan)理，我們在(zai)地面上使用是(shi)11-12顆(ke)(ke)(ke)（因(yin)為天(tian)線(xian)160度(du)夾角），全(quan)向天(tian)線(xian)也就12顆(ke)(ke)(ke)，到了天(tian)空飛行(xing)器（物體）可以多收幾顆(ke)(ke)(ke)（一(yi)定全(quan)向或二個(ge)以上天(tian)線(xian)），但(dan)也是(shi)從(cong)中取3-4顆(ke)(ke)(ke)信號最(zui)(zui)(zui)強(qiang)、距離最(zui)(zui)(zui)近的有(you)效衛(wei)星(xing)進(jin)行(xing)運(yun)算定位，不少軍用GPS都是(shi)5個(ge)通(tong)道，只是(shi)用4個(ge)通(tong)道定位，1個(ge)通(tong)道快速搜索所(suo)有(you)可視(shi)衛(wei)星(xing)，并與其中4顆(ke)(ke)(ke)有(you)效星(xing)比較，高出(chu)其中一(yi)個(ge)就替換，這樣(yang)就保持4顆(ke)(ke)(ke)最(zui)(zui)(zui)強(qiang)信號衛(wei)星(xing)。因(yin)此不是(shi)通(tong)道越高越好，一(yi)般(ban)地面上12顆(ke)(ke)(ke)就夠(gou)了，什么16、18、20、24……都是(shi)軟(ruan)通(tong)道，是(shi)體現最(zui)(zui)(zui)多可搜索可視(shi)衛(wei)星(xing)的顆(ke)(ke)(ke)數，沒有(you)什么實(shi)際意義。

8、感應度（dB數）：

GPS接收信號的(de)感應程(cheng)度（-150—195dB）各(ge)廠(chang)家(jia)標(biao)準不(bu)統一，有(you)(you)的(de)是(shi)模塊，有(you)(you)的(de)是(shi)模塊含天線(xian)，有(you)(you)的(de)是(shi)平均值(zhi)，有(you)(you)的(de)是(shi)峰峰值(zhi)（最大(da)值(zhi)），此值(zhi)是(shi)在屏蔽室內(nei)用專用儀器(qi)測試，與(yu)大(da)家(jia)實際(ji)環(huan)境(jing)（電場、磁場、高壓、微波、地磁……）有(you)(you)很大(da)區(qu)別，因此該指標(biao)相差3-5dB，均屬同(tong)數量級無關(guan)緊要，只是(shi)個大(da)概齊(qi)參考。

9、三代產品明顯(xian)優勢特點（實際效(xiao)果）：

使用者只要對(dui)三(san)代芯片(pian)具體技術指標(biao)一般了(le)解(jie)即可，而更(geng)主要比(bi)較(jiao)觀察是(shi)否(fou)有以下(xia)特征(zheng)。

（1）定位時(shi)間(jian)快：無論冷(leng)啟動、溫啟、熱啟，重捕時(shi)間(jian)均快5-30秒鐘（與二代相比），實際上大部使(shi)用者也不差(cha)這(zhe)十幾秒鐘。

（2）高(gao)感度：即(ji)在(zai)高(gao)樓、樹蔭、橋下(xia)、遮檔、遂洞、窗(chuang)口、車(che)內，甚至車(che)底盤下(xia)仍可很快(kuai)定(ding)位收(shou)4顆以上衛星。常說：有點天空(kong)就可定(ding)位（單星定(ding)位），也就是《給點陽(yang)光就燦(can)爛(lan)》。

（3）抗(kang)干(gan)擾性能(neng)：高(gao)壓線、電場、磁場、高(gao)速動態(tai)、微波(bo)、手(shou)機，同(tong)頻干(gan)擾的(de)環境(jing)下仍(reng)能(neng)正常工作。

（4）功耗低(di)、省電：降(jiang)低(di)了功耗，甚至有睡(shui)眠狀態（靜態不工作），可(ke)以節電，提(ti)高產品待機時間。

（5）體積小，性能價(jia)格比好：體積小，重量輕(qing)，這是社會的需求和發展趨勢(shi)，可以擴大更多的應(ying)用(yong)范圍(wei)和領域。實際(ji)上三代芯(xin)片(pian)價(jia)格應(ying)該與二(er)代相同，甚至應(ying)更低，但功能提高很多，T-38（16通道，3代）200-300元/塊。