1 引言
GPS(全球定位系統(tǒng))以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效率等顯著特點(diǎn)及其所獨(dú)具的定位導(dǎo)航、授時(shí)校頻、精密測(cè)量等多方面的強(qiáng)大功能，使其用途越來越廣泛。當(dāng)今，美國的GPS系統(tǒng)、WAAS系統(tǒng)、LAAS系統(tǒng)、覆蓋全球海岸線的DGPS系統(tǒng)、俄羅斯的CLONASS系統(tǒng)、歐盟的Galileo系統(tǒng)和中國的北斗系統(tǒng)都是具有代表性的星基導(dǎo)航系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)經(jīng)過近50年的研究和開發(fā)，已趨于實(shí)用，形成了衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用已經(jīng)遍及軍事、航海、航空、測(cè)量、交通、勘測(cè)等幾乎一切與位置、速度、時(shí)間有關(guān)的人類活動(dòng)中。在各種全球定位系統(tǒng)不斷發(fā)展的同時(shí)，GPS用戶端設(shè)備也處于不斷升級(jí)和發(fā)展之中。
從接收機(jī)的結(jié)構(gòu)來看，隨著VLSI(超大規(guī)模集成電路)和DSP(數(shù)字信號(hào)處理)技術(shù)的發(fā)展，單通道序貫式、時(shí)分多路復(fù)用式接收機(jī)早已為采用了DSP模塊的并行多通道接收機(jī)所代替，所能達(dá)到的通道數(shù)和等效相關(guān)器數(shù)不斷增加，集成度更高的內(nèi)嵌MPU／MCU的GPS基帶處理器芯片成為主流，將射頻和數(shù)字處理集成在一起的單芯片接收機(jī)產(chǎn)品也已經(jīng)問世。衛(wèi)星定位信號(hào)接收機(jī)的硬件系統(tǒng)主要由天線單元、射頻模塊、基帶處理模塊和電源模塊組成。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2 GPS和Galileo接收機(jī)解決方案
GPS 和Galileo接收機(jī)的專用芯片組，均包括射頻和基帶信號(hào)處理芯片，構(gòu)成了GPS接收機(jī)的核心和關(guān)鍵部件。目前，單芯片、低功耗的CPS芯片以及GPS 和Galileo的射頻雙模芯片均已問世，而且高速、小面積、低功耗等要求也是將來的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。目前國際上具有代表性的生產(chǎn)GPS接收機(jī)專用芯片公司有： SiRF，ATMEL，Nemerix，u-Nav，STMicroelectronics，Sony，GlobalLocate等。有些廠商提供完整的硬件解決方案，有些廠商提供包括配套軟件在內(nèi)的完整的GPS接收機(jī)或系統(tǒng)解決方案，有些廠商只提供單獨(dú)的射頻或基帶處理芯片。還有一些廠商提供單芯片的 GPS接收機(jī)解決方案。
目前，在進(jìn)行構(gòu)建一個(gè)GPS接收機(jī)時(shí)有3種方案可供選擇，包括：三片式、兩片式、單片式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。目前，主流的設(shè)計(jì)方案仍然是兩片式結(jié)構(gòu)，即射頻+基帶處理器，單片式結(jié)構(gòu)是發(fā)展的必然趨勢(shì)和研究的熱點(diǎn)。
2.1 三片式結(jié)構(gòu)的接收機(jī)設(shè)計(jì)
采用三片式結(jié)構(gòu)的接收機(jī)設(shè)計(jì)，主要由LNA低噪聲放大器、射頻前端下變頻器、基帶處理器構(gòu)成。具有代表性的設(shè)計(jì)為ATMEL公司的解決方案：低噪聲放大器A-TR0610，射頻下變頻器ATR0601，基帶處理器ATR0625。
該方案設(shè)計(jì)采用了ANTARIS 4平臺(tái)ATR0625基帶處理器，在只讀存儲(chǔ)器(ROM)中內(nèi)置配備SuperSense全球定位系統(tǒng)弱信號(hào)跟蹤軟件的基帶處理器。ATR0625與以4 mm×4 mm方形扁平無引線封裝且高度整合的低功耗ATR0601共同實(shí)現(xiàn)無縫運(yùn)行。得到了WAAS／EGNOS的全面支持，并整合了低達(dá)4 s的首次定位時(shí)間(TTFF)和先進(jìn)的輔助全球定位系統(tǒng)(A-GPS)。
其他的LNA還有Maxim的MAX2641／2654／2655，umPC8211TK等。這種方案設(shè)計(jì)GPS接收機(jī)硬件電路復(fù)雜、尤其是前端射頻電路的PCB設(shè)計(jì)和調(diào)試比較困難。目前，很少采用這種方案來設(shè)計(jì)。
2.2 兩片式結(jié)構(gòu)的接收機(jī)設(shè)計(jì)
采用兩片式結(jié)構(gòu)的接收機(jī)設(shè)計(jì)，主要由射頻前端、基帶處理器構(gòu)成。目前，大多數(shù)的廠商GPS芯片組都支持該設(shè)計(jì)方案。而且，也是主流的設(shè)計(jì)方案。具有代表性的設(shè)計(jì)，如表1所示。
2.3 單片式接收機(jī)設(shè)計(jì)
伴隨著集成電路的迅速發(fā)展以及用戶的要求，目前，GPS接收機(jī)正朝著小面積、低功耗的方向發(fā)展，很多GPS芯片廠商也推出了單片式的GPS接收機(jī)設(shè)計(jì)解決方案，具有代表性的如表2所示。
3 輔助GPS接收機(jī)(A-GPS)設(shè)計(jì)
A-GPS是GPS系統(tǒng)借助于無線通信網(wǎng)絡(luò)(比如GSM，UMTS，CDMA等)對(duì)移動(dòng)站進(jìn)行定位的技術(shù)，它通過A-GPS終端和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的GPS輔助定位信息共同獲取移動(dòng)用戶的位置信息。
A- GPS芯片的供應(yīng)商有20多家，主要都來自美國和西歐。在基于CDMA網(wǎng)絡(luò)的A-GPS芯片市場(chǎng)上，美國高通公司的gpsOne技術(shù)占主導(dǎo)地位；在基于 GSM網(wǎng)絡(luò)的芯片市場(chǎng)上SiRF，NemeriX和G1obal Locate等多個(gè)廠商處于領(lǐng)先地位。具有代表性的如表3所示。
4 部分GPS廠商芯片組比較
隨著衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，生產(chǎn)GPS接收機(jī)芯片的廠商也越來越多，但各個(gè)廠商的芯片組都具有自己的特點(diǎn)和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，總結(jié)如下： 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
