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GPS系统的小型化

定位是一个嵌入式设计越来越重要的组成部分,因为越来越多的设备成为移动。将这项功能添加到设备具有更小,更轻,拥有更长的电池使用寿命是一项重大挑战。同时,也有实现一个高效的无线设计,具有高性能和低功耗,同时满足了项目时间表和认证机构的要求所带来的挑战。

这些挑战正在由新一代的正在使用最新的小型化技术,利用各种全球定位系统(GPS)的全球无线模块解决,与全球定位系统模块大大超过过去的几年中落下的占地面积。

GPS有几个品种,从美国的GPS,欧洲伽利略,俄罗斯的GLONASS以及中国的北斗系统。从广泛的供应商的现代无线芯片提供访问所有这些卫星系统,并于硅制造技术的进步提供访问所有这些系统。

然而,这些装置仍然必须被集成到一个设计并有不能集成到硅关键部件,如SAW滤波器,并因此提供一个限制,以小型化,这是可能纯粹是从硅的量。

硅器件的集成,可以帮助降低功耗,虽然有RF和数字积分,这意味着最先进的工艺技术是不适合的问题。也有静态电流泄漏问题的增加的功率和噪声的系统中的处理,这可能意味着需要更多的功率,以获得所需的性能。更高的功耗意味着产生更多的热量,需要更大的电池;这两个限制小型化,这是可能的量。

这是至关重要的,因为利用GPS模块的应用,如似水噪比(IoT)的因特网可取决于一个小标签跟踪世界各地的高价值的物品 - 越小标签,更有效的跟踪系统可以是。该系统还可以具有运行多年关闭一个微小的电池,使得功率消耗在尺寸和性能的关键因素。

同样,对于可穿戴系统,客户要求的终端系统是不显眼的和非侵入性的,驱动设计,以尽可能小和功率效率成为可能。

虽然认为智慧是一个GPS设计的最佳实现是在一块板上自定义实现,模块制造商正在使更多的技术整合到一个小包装,不仅降低了整体尺寸,但他们也提供预认证组件以降低该项目的完成时间,减少产品上市时间。

能够使用芯片级封装的接收器和电源管理芯片等无源器件集成到已针对功率消耗优化的衬底允许系统设计者使用,可以容易地制造成本较低的双层印刷电路板的,而不是一个复杂的自定义设计,推压制造工艺的公差。

这是在生产被推动小型化的限制,例如板的一个关键问题。为了得到最小的设计与自定义布局,芯片级IC和分立元件的意思是推动的制造公差的限制,增加的问题的单位的风险,降低了产率。降低防护公差也对RF前端更大的效果,潜在地增加了噪声和击球的整体性能。

泰利特是机器对机器系统的主要供应商等都已经应用了最新的小型化技术,其最新的GPS模块。

木星JF2措施11×11×2.6毫米的32引脚QFN垫(四方扁平无引线)封装,重量仅1克特集成到系统中的重量是一个挑战。该JF2的心脏是结合其他关键部件的SiRFstarIV集成的硅接收器。

之一的模块的主要优势是,它可以被无缝地与Telit的蜂窝和短距离无线模块集成,以提供用于机器对机器(M2M)和因特网的事物噪比(IoT)设计一种灵活的解决方案。 1.8 V电源供电,低功耗模式,允许它在应用中从车队监控,电池供电的健身设计中使用。

Telit的木星JF2模块的图像

图1:泰利特(Telit)木星JF2模块的外形尺寸11×11×2.6毫米。

尽管体积小,模块进行了优化,特别是在-40极端和85°C提供灵敏度稳定,维持在收购跟踪卫星信号的性能下降到-147 dBm到-163 dBm的。它也提供了一卫星捕获沿着48通道信号的采集和数字信号处理的UTC时间信号。

其中的一个微型GPS设计的关键要素之一是如何快速可以得到卫星的修复程序。该JF2有几个待机模式,从TricklePower,即按即修复,以及旨在满足位置更新之间和功耗的间隔不同要求微功耗。所有这些模式是相似的,但提供不同的输出速度和可靠性,从14μA在休眠模式到10毫安跟踪模式。

该模块还具有TricklePower工作循环模式与用户可选位置的更新间隔,以减小的平均电流消耗提供高质量的GPS的精度和动态运动响应。推到固定模式提供了罕见的周期性位置更新,并且还允许从短首次定位时间(TTFF)用户位置的请求。该微功率模式将保持接收机热启动的条件,同时最大限度地在一个非常低功耗状态的时间。

集成一个模块必须尽可能简单,并且JF2具有1.8 V单电源供电,故障安全I / O,包括RTC及TCXO的投入和主机I²C,SPI和UART支持,以及可选的SPI Flash或外部串行EEPROM存储器和可安装在具有成本效益的双层电路板。

从嵌入式艺术家的FGPMMOPA6H采用联发科的MT3339 GPS芯片组具有-165 dBm的灵敏度,瞬间时间到首次定位时间(TTFF)低功耗精密GPS信号处理。

FGPMMOPA6H模块从嵌入式艺术家图片

图2:从嵌入式艺术家的FGPMMOPA6H模块。

3.3 V 15×15毫米的模块是针对手持设备,诸如平板PC,以及M2M应用和资产管理和跟踪,并使用一POT(音色顶层)架构。这对用于紧凑型溶液的陶瓷模块的顶部的微带天线,但模块也增加了额外的外部天线的I / O。为了帮助获得最佳的性能和最低的功耗,并支持最小的占用空间,该模块还具有自动天线切换功能,短路保护和“天线顾问”,与不同的天线状态的检测和通知的帮助,其中包括有源天线连接,天线开路和天线短缺。

高达12的多音调活性​​干扰消除选项提供在系统设计的灵活性,并且模块支持多达210频道 - 66为搜索和22个同步跟踪通道。

所有这有助于为82毫瓦的获取的功耗,与66毫瓦进行跟踪。

太阳诱电的3.3 V GYSFFMAXX GPS模块同样采用了联发科的GPS接收器,该MT3329,并集成了晶体振荡器,SAW滤波器和低噪声放大器系统小型化,以10.8×10mm的有2毫米高的金属屏蔽足迹。

太阳诱电的GYSFFMAXX GPS模块的图像

图3:太阳诱电的金属屏蔽GYSFFMAXX GPS模块。

一些模块的设计也使原型设计更容易。如果已经使用MikroBus板系统从商mikroElektronika则存在可用于GPS模块。全球定位系统点击附件板采用了17×22毫米LEA-6S了u-blox 6模块,并通过一个3.3 V电源供电。该板可通过UART或I2C接口可与微控制器,也可使用PC应用程序通过USB连接来获取数据。

从商mikroElektronika MikroBus板系统的图像

图4:在MikroBus成型系统使用LEA-6S GPS模块。

结论

的GPS模块的足迹一直在下降尺寸的小型化增加M2M和物联网设计的需求。从17×22毫米的模块向下移动至10×10毫米和现在5×5毫米是增加集成在硅和降低电压的结果。

移动到更小的模块也需要更多的专注于噪音和电源管理,但使系统设计人员以有限的RF经验,能够快速,方便地添加定位功能的条件下的空间是十分宝贵的。整合的SAW滤波器,放大器和甚至片状天线现在有可能在不增加制造过程的复杂性,使用模块来维持简单的两层电路板设计,并减少采取规性的时间。

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