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GPS接收器架构与设计挑战

作者:特约撰稿人:欧敏铨(台湾)时间:2008-03-11来源:电子产品世界收藏

  无疑为当今电子产业亮点之一,其主力产品便携式导航产品(Portable Navigation Device,PND)近年来交出极亮丽的销售佳绩。根据“资策会MIC”日前发表的最新预测报告指出,2007年全球PND市场的规模突破2600万台,较2006年成长43%,其中标准型PND市场规模将达2320万台。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/79873.htm

  的设备可分为三大类,即车用、便携式GPS和其它应用设备(如航空、军用等)。现在当红的PND属于车用GPS的一种,另一种则为内置型GPS系统。内置型GPS通常与CD/DVD等车用信息娱乐(Infotainment)系统整合,此类系统的价格极高,可达1000美元;相较之下,PND的价格便宜许多,而且持续在降价,大致可分为三种等级,即PND系统模块价格约199美元的入门级产品、约299美元的中端产品,以及可达399美元的高端产品。

  另一类值得关注的类型则是GPS手机和GPS PDA等便携式GPS设备,这个市场的用户数又远大于车用市场,因此其成长远景相当令人期待。不过,由于其应用性与汽车导航大相径庭,强调的是个人化的移动定位增值服务,如各种位置服务(Location basedservice, LBS),这些服务的内容及服务体系、机制都还在建立当中;此外,由于便携式GPS设备经常会走入室内使用,因此对于定位技术的要求会更为严苛。
 
图1 GPS设备分类
来源:Memill Lynch

GPS运作架构

  这些GPS设备当中的定位核心单元即是GPS接收模块。这一模块包括被动或主动天线、RF前端、GPS引擎、处理器(通常为ARM7)、内存(ROM/RAM)和实时频率(RTF)IC等,此外还必须搭配温度补偿型振荡器(TCXO);如果有特殊的应用需求,还得使用到外部的Flash、EPROM或Serial EEPROM等内存。接收及初步处理好的卫星数据会再通过UART、USB等接口传送给系统中的主处理器/控制器,再与地图或其它应用程序结合运算,并输出定位导航等画面到显示器上。

  再进一步来看看GPS的运作架构。一般来说,GPS天线与是分开设计的单元,而GPS指的是包括射频(RF)与数字基带(BB)两大部分。在建置上,GPS设备的设计者可以选用分离式的芯片组作法,以获得较高的设计弹性;也可采用集成的SoC或SiP芯片,以降低采购成本及设计难度,此外,整合式芯片也具有尺寸小的优势。

  在运作架构上,RF前端的功能在于将从GPS天线接收到的高频卫星信号转换为基带可读取的中、低频信号,再利用GPS基带来进行卫星信号采集(acquisition)及追踪(tracking)的工作。在GPS引擎中的主要组成为所谓的相关器(correlator),由相关器再组成通道(channel),而相关器与通道的数量正是决定定位效能好坏的关键所在,因此GPS芯片制造商无不致力于提升其数量,其中高端GPS接收器的相关器件数量甚至已可达一百万个,而通道数可达50个(u-blox 5)。

  要看一个GPS接收器的性能,往往会比较几个条件,即首次定位时间(Time to first


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