支持GPS功能的模块解决方案

基于位置的应用程序已成为大多数消费者设备和许多商业设备的基本要求。各种模块提供插入式解决方案，可实现全球定位系统（GPS）子系统的整个信号链，并支持广泛的应用和数据生态系统。工程师可以通过使用Antenova，Linx Technologies，Telit Wireless Solutions和Parallax提供的模块轻松设计GPS支持。

GPS信号包括三种不同类型的数据：卫星ID码，星历数据和历书数据。星历数据提供了确定修复所必需的状态，日期和时间信息，而历书数据提供了有关每颗卫星在轨道中位置的信息。卫星发射机将这些数据调制到载波频率，例如1575.42 MHz，用于民用L1频段。

GPS接收器必须获取此信号 - 通常在运动时 - 并提取生成位置，速度和时间（PVT）解决方案所需的数据。为完成此操作，GPS接收器采用信号链，包括天线，低噪声放大器（LNA），能够抑制各种干扰源的RF滤波器，信号解调器和最终生成的GPS位置处理器当前的PVT解决方案，基于在信号链前端采集和下转换的GPS数据。

在实践中，由于可见卫星数量不足，卫星分组不良，信号多径问题，接收机时钟误差，星历数据误差和大气影响引起的误差，PVT结果面临位置不准确和修复延迟。结果，出现了基于地面的增强系统（GBAS）和基于卫星的增强系统（SBAS），例如广域增强系统（WAAS），以提高局部精度。类似地，已经出现了诸如辅助GPS（A-GPS）等数据传输方法，其通过使用局域网或蜂窝数据网络来快速传输星历和历书数据来加速首次定位时间（TTFF）。这些增强方法补充了所谓的独立或仅卫星GPS系统，具有纠错和更快的响应。

对于工程师而言，即使对于相对简单的应用要求，RF信号调理，数据提取和PVT解决方案处理的组合也会带来重大挑战。有效的GPS实施不仅需要关注结果的准确性，还需要关注于减小设计的尺寸，成本和功耗，同时优化其性能。独立模块解决了这些问题，通过提供包含大部分或全部GPS信号链的单个封装简化了设计，包括LNA，滤波器，下变频器和GPS定位引擎，以及主机接口，板载天线和外部天线支持电路。

一些示例

通过集成几乎所有GPS解决方案所需的组件，这些模块大大减少了开发时间和部件数量。例如，Antenova M10372仅需要VCC上推荐的LC滤波器以及与主处理器的连接。如图1所示，工程师可以使用简单的LC滤波器和一对配置电阻（R1和R2）实现完整的独立GPS。

图1：Antenova M10372等模块只需极少的外部元件即可使用模块的板载天线实现独立的GPS。 （由Antenova提供。）

在这些模块中使用领先的GPS引擎为系统设计人员提供了提高准确性和区分产品所需的全面软件和数据服务。例如，领先的GPS引擎制造商通常为减少用于网络可访问设计的TTFF所需的A-GPS功能提供相关数据服务。

Antenova的模块为工程师提供了两种领先的GPS引擎及其各自的应用生态系统。虽然Antenova M10372基于SiRFstarIV GPS引擎，但Antenova M10382基于u-blox 6 GPS引擎，并将完整的GPS信号链与小型SMD模块上的天线相结合。

除了不同的GPS引擎外，可用模块还提供各种外设接口，如UART，SPI，I2C和USB，用于与主机处理器进行通信。工程师还可以选择提供板载天线的模块或为外部天线提供支持，包括为有源天线中包含的LNA供电的偏置电源以及专用天线检测电路。

例如，Linx Technologies RXM-GPS-SG-B GPS接收器模块是一种独立的GPS解决方案，旨在与外部天线一起使用（图2）。对于有源天线，模块的VOUT线路可以在30 mA时为有源天线的内部LNA提供2.85 V电压。工程师将使用300Ω铁氧体磁珠将此线路连接到RFIN线路，以防止RF馈入电源。对于不需要外部天线的设计，Linx Technologies提供其RXM-GPS-SR-B模块 - 一种嵌入式GPS解决方案，包含一体式陶瓷贴片天线。这两个模块都基于SiRFstarIII芯片组。

图2：Linx Technologies RXM-GPS-SG-B GPS接收器模块支持外部天线，可简单连接RFIN和GND。 VOUT在有源外部天线中提供LNA所需的额外电源连接。 （由Linx Technologies提供。）

Telit Wireless提供一系列模块，这些模块在支持的GPS引擎方面差别很大。 Telit Wireless Jupiter 31基于SiRFstarIII GSC3e/LP设备，支持无源和有源外部天线，并支持4MB外部闪存。 Telit Wireless Jupiter 32 xLP提供类似的功能，但基于SiRF GSC3f/LP，它在芯片上带来4MB闪存，进一步减少了部件数量并简化了与系统设计的集成。

Telit Wireless Jupiter 3是该公司最小的外形模块，采用SiRF GSC3f/LPx--一种低功耗，更紧凑的GSC3f/LP器件。最后，Telit Wireless Jupiter F2（图3）基于SIRF的第四代GPS引擎。该模块扩展了对48个通道的支持，具有更高的跟踪灵敏度和增强的干扰消除功能。 Jupiter F2的一个显着特点是将LNA集成到GPS引擎本身，进一步减少了模块组件的数量和尺寸。

图3：Telit Wireless Jupiter F2模块采用SiRF的第四代GPS技术，将LNA集成到GPS引擎本身。 （来源：Telit Wireless。）

Parallax提供一系列基于Sony CXD2951GA-4引擎和SiRFstarIII芯片组的模块。 Parallax 28146采用索尼GPS引擎，支持跟踪多达12颗卫星和WAAS。 Parallax 28500基于SiRFstarIII架构，可以跟踪多达20颗卫星，并提供WAAS支持。 28146和28500都包括板载贴片天线。基于SiRFstarIII的Parallax 28501扩展了28500 - 为外部GPS天线提供集成贴片天线和RF MMCX连接器，可选支持有源天线。 Parallax 28505将28501与外置天线打包在一起，用于现成的GPS解决方案。

结论

对于希望在系统设计中实现GPS功能的工程师而言，与从嘈杂的RF信号中提取复杂数据相关的挑战可能令人生畏。更糟糕的是，支持增强方法的额外要求，例如用于纠错的WAAS或用于改进TTFF的A-GPS，可能会加剧设计复杂性。使用具有独立GPS解决方案的可用模块，工程师可以将现成的解决方案放入系统设计中。虽然这些插入式解决方案可能不是高度专业化本地化要求的答案，但它们为需要基本GPS功能的项目提供了快速设计解决方案。