車載GPS系統設計的特殊要求和注意事項

輝輝仔

消費類手持設備和車載應用是GPS最大的兩個應用領域，GPS系統接收來自遙遠太空的微弱信號，本身對系統設計和元器件接收靈敏度的要求就很高；而相對於消費類的GPS應用，車載GPS因應用環境特殊，在設計時需要注意的問題就更多了。SiGe半導體戰略總監Stefan Fulga先生表示：“定位和跟蹤的靈敏度、位置資訊的準確度、重新定位時間等僅僅是工程師在構建車載GPS導航系統時所面對的部分難題。在嚴苛的環境，如城市峽谷中，維持導航品質是保持良好用戶體驗的關鍵所在。”
' k5 e* ?" E& {+ a9 {
  F2 L' d8 Q4 ^2 s  W要解決這些難題，首先要對車載GPS導航系統的實現環境有所瞭解，TriQuint半導體的GPS產品市場經理Josh Raha就表示：“對射頻工程師來說，在設計車載GPS導航系統時，相對於個人導航設備，他們必須考慮到三個關鍵的差異。首先是接收天線與GPS接收機的相對位置，其次是大小，最後運行環境也很重要。”
% S3 Z  v' C% p; h) P; \6 l& u$ A" L
) E3 u. a1 f0 k) \9 X* {他進一步解釋：“在個人導航設備中，所有的元件都集中在一起。但在汽車中，天線可能距離GPS接收機三四米之遙，會受到額外的線路損耗和可能存在的干擾的影響，因此車頂天線必須要“有源”，也就是說它需要有內置濾波和增益功能。因此，整個射頻接收鏈路(第一個聲表面波濾波器、低雜訊放大器、第二個聲表面波濾波器)必須設計到車頂天線盒之內。線路的另一端(座位或儀錶板下)還需要另一個表面聲波濾波器，有可能還需要另一個低雜訊放大器，來確保傳輸到GPS接收晶片組的信號清晰可靠。

除了保證晶片組接收到高品質的信號，提高接收器的靈敏度也很重要，一方面它可以進一步提高定位的效果，另一方面也可以適當降低設計師設計接收鏈路的難度，SiGe最新的SE4150L器件就是一個好例子，O2Micro的OZE167也是一個不錯的選擇。此外，針對於車載環境的特殊之處，SiGe最新的RFIC器件(如SE4150L等)集成了一個高性能低雜訊放大器，以及用於雙天線系統的天線開關功能。當不發熱的熱反射擋風玻璃或擋風玻璃加熱器削弱了GPS接收的性能時，雙天線系統便會連接外部GPS天線，以保持導航性能。除靈敏度外，首次定位時間(Time to First Fix, TTFF)的快慢是各類GPS應用都需要關注的技術指標，有些方案在冷啟動的條件下，TTFF長達30秒以上，嚴重影響了用戶的使用體驗。O2Micro的James Wang表示：“有些用戶甚至會因為等待時間過長而頻繁重啟系統，結果導致定位時間進一步被延長，由此產生對GPS設備的抱怨。”使用O2Micro的GPS晶片，在-135dBm的測試環境下TTFF已經可以被縮短至13.5秒，這是一個一般用戶都樂於接受的時間。
! O; y0 Q* n. q, h7 x% Y
另外一個需要考慮的重要設計因素是系統運行的環境。元件必須在較為寬廣的溫度範圍內工作。汽車工業對於電子供應商的資格要求非常複雜。Josh Raha先生解釋：“這些要求有兩種：工廠資格和設備資格。汽車廠商要求半導體供應商的工廠通過TS-16969認證。TS-16969是一個ISO技術規範，規定了汽車相關產品設計、開發和生產的品質體系要求。但是，即便工廠通過了認證，每件設備還必須合格才行。汽車電子協會(Automotive Electronics Council, AEC)制定了AEC-Qxxx系列資格規範，包括防潮、溫度迴圈和震動/衝擊等測試。”汽車設計師應該選用符合AEC-Q100規範(有源元件)或AEC-Q200規範(無源元件)的電子元件。車載GPS系統對可靠性的要求更高，實現高可靠性除了選擇滿足汽車標準要求的元器件外，晶片的集成度、焊接技術也很重要，James Wang表示：“將IC接腳焊接到電路板上的技術，是影響生產可靠度的關鍵之一，因為每一個焊接點都是一個潛在的失效因數。O2Micro GPS的晶片OZE167共124個接腳。IC整合成單晶片後，電路板上的IC數目減少，也就意味著接腳的數目減少，從而減少了失效的可能，即提高了電路的可靠性。”

此外，除了傳統的導航功能，將GPS系統用於汽車防盜也是非常實用的應用。

遊客，如果您要查看本帖隱藏內容請回復

option318

恩，GPS的定位系統對於現在的生活中運用的真不少呀