GPS芯片技术介绍及解决方案分析

 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76.8kbits、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