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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；而相對于消費類的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、位置信息的準確度、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，維持導航質量是保持良好用戶體驗的關鍵所在。” 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了解，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，相對于個人導航設備，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，最后運行環境也很重要。” 他進一步解釋：“在個人導航設備中，所有的組件都集中在一起。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、低噪聲放大器、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(座位或儀表板下)還需要另一個表面聲波濾波器，有可能還需要另一個低噪聲放大器，來確保傳輸到GPS接收芯片組的信號清晰可靠。 除了保證芯片組接收到高質量的信號，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，針對于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噪聲放大器，以及用于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芯片，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于接受的時間。 另外一個需要考慮的重要設計因素是系統運行的環境。組件必須在較為寬廣的溫度范圍內工作。汽車工業對于電子供應商的資格要求非常復雜。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技術規范，規定了汽車相關產品設計、開發和生產的質量體系要求。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系列資格規范，包括防潮、溫度循環和震動/沖擊等測試。”汽車設計師應該選用符合AEC-Q100規范(有源組件)或AEC-Q200規范(無源組件)的電子組件。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，芯片的集成度、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子。O2Micro GPS的芯片OZE167共124個接腳。IC整合成單芯片后，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系統用于汽車防盜也是非常實用的應用。Stefan Fulga先生表示：“通過結合GPS與Wi-Fi、GPRS或WiMAX技術來構建一個通信鏈路，用于跟蹤被偷竊車輛；或當車輛不在指定區域時使其某些功能失效，就能夠實現防止偷竊功能。SiGe憑借在GPS、Wi-Fi和WiMAX領域的豐富經驗，能夠提供在單一前端模塊中結合上述技術的解決方案，從而最大限度地降低成本，并且便于集成在汽車環境中。Josh Raha則表示：“為GPS應用集成更多功能最佳作法是開發一個單一的GPS接收鏈路，然后由其把位置信息傳送到各種應用程序中。也就是說，GPS衛星信號經過天線和射頻接收鏈路，傳輸到芯片組進行方位計算。當前方位知道之后，芯片組可以把該信息傳送到任何需要的應用程序中，不管是被盜車輛方位探測、道路導航，還是護送服務。” |
