GPS IC中的节能模式可延长应用电池寿命

GPS功能已成为个人移动设备的基本要求。对于工程师来说，确保延长电池寿命的需求可能与要求连续GPS定位的应用要求相冲突。通过采用节能策略，工程师可以为移动设备添加复杂的GPS功能。作为这种方法的基础，工程师可以使用Skyworks和Maxim Integrated Products的GPS IC以及Antenova，Linx Technologies，LM Technologies，Taiyo Yuden和Telit的GPS模块提供的各种低功耗工作模式。

在手机等个人移动设备中，GPS操作可以消耗与显示器相同的功率。因此，GPS电路的有效功率管理可以对整个系统的电池寿命产生显着影响。尽管应用要求将在很大程度上推动GPS节能的有效限制，但工程师可以期望在初始GPS定位期间和GPS静音状态期间对功耗进行相当大的控制。

为了建立初始GPS定位，GPS设备需要年历数据，星历数据和卫星修复。星历数据提供当前日期和时间以及卫星健康数据，通常可在30至120秒内获取。年历数据提供有关全天卫星定位的信息，在独立GPS系统中更新成本最高，需要几分钟才能以50 bps的速率下载卫星下载。辅助GPS或A-GPS方法可以使用本地无线连接来访问因特网以下载比直接卫星下载快几个数量级的历书数据。

与历书和星历数据一起，GPS设备需要信号锁，通常至少有四颗卫星来计算其纬度，经度，高度和时间。提供这些结果的初始集合所需的时间称为首次定位时间（TTFF），并且通常是GPS设计中的节能工作的焦点。

TTFF的规格通常在三种情况下提供：

冷启动 - GPS接收器没有有效的星历或年历数据，导致数据采集的延迟延迟

热启动 - 接收器没有有效的星历数据，但具有有效的历书数据，并且其最近存储的位置信息仍然有效 - 通常导致30秒的数据采集延迟

热启动 - 接收器具有有效的星历表和年历数据和有效的近期定位修正信息，通常导致延迟一秒钟以实现修复

在很大程度上，GPS电源管理的关键挑战是采用减少策略特别是在冷启动和暖启动期间的GPS功耗。同时，最大化GPS无线电接收器性能对于确保在定位过程的所有阶段获得最快的信号采集至关重要。例如，工程师需要优化天线性能。低天线增益会侵蚀接收器灵敏度，可能会在任何工作模式下延长TTFF。此外，需要一个干净的电源来帮助最小化噪声源，这些噪声源可能会对接收器信号链中的整体噪声系数产生影响。嘈杂的电源会增加噪声系数，从而降低接收器的灵敏度。但是，除了这些工程实践外，GPS设备本身还提供各种功能，可帮助设计人员最大限度地降低功耗敏感的本地化应用中的功耗。例如，Skyworks SE4110L GPS IC（图1）提供三级功率控制 - 待机，振荡器和活动。在工作模式下，器件仅消耗10 mA电流，通过使用外部振荡器而不是IC的内部晶振来提供参考频率，可以进一步降低0.4 mA。对于某些应用，工程师也可以选择禁用内部LNA，这样可以节省大约1.9 mA的电流。在仅振荡器模式下，器件消耗1 mA，待机模式仅需3μA（典型值）或10μA（最大值）。 Skyworks SE4150L GPS IC在工作模式下功耗为15 mA，待机电流规格为10μA。工程师还可以在此设备上禁用内部LNA，节省5 mA。

图1：Skyworks SD4110L等GPS IC提供电源控制模式允许工程师根据应用要求显着降低功耗。 （由Skyworks友情提供）

对于其MAX2769 GPS IC（图2），Maxim Integrated Products提供增量电源管理功能，工程师可以通过有选择地将单个片上模块的偏置电流编程为其建议的最小值来平衡性能和功耗。便捷省电模式将LNA，混频器，LO和VCU电流设置为最小值。

图2：Maxim MAX2769 GPS IC允许工程师有选择地降低单个片上子系统的功耗。当应用程序要求允许时降低功耗会降低受影响子系统的功能。 （由Maxim Integrated Products提供）

MAX2769 IC中的其他设置将PLL从小数N模式切换到节能整数N模式，并将基带滤波器从低通三阶巴特沃兹滤波器重新配置为复数带通五阶巴特沃兹滤波器。虽然这种低功耗模式可将电流消耗降低至10 mA，但它也会使级联噪声系数增加至3.8 dB。典型工作模式下的功耗取决于配置：该器件包括两个LNA，无论是否有源天线都可单独使用。如果没有LNA1处于活动状态的天线，IC的功耗为18 mA，但噪声系数为1.4 dB。使用LNA2处于活动状态的天线时，功耗降至15 mA，但噪声系数上升至2.7 dB。

工程师还可以从各种可用的GPS模块中进行选择，这些模块能够实现更复杂的系统级节能模式。例如，Telit Jupiter F2提供低功耗跟踪模式，仅消耗10 mA。 Telit在其Jupiter系列模块中包含额外的节能功能。例如，Jupiter模块具有TricklePower模式，可通过适应sGPS信号强度来降低功耗，在弱信号区域切换到全功率，在具有强GPS信号的位置切换到低功率。在这种模式下，Telit的Jupiter 32xLP模块在1秒更新的情况下可以实现50％的功耗节省。 32xLP模块还提供Push-To-Fix模式，可使GPS系统保持睡眠模式，直到被唤醒信号激活。同时，当唤醒信号重新启用活动模式时，设备能够自动唤醒并刷新星历数据以确保短TTFF。

工程师可以在其他可用的GPS模块中找到各种节能模式，例如Antenova Radionova GPS模块，Taiyo Yuden GYSFFMAXX GPS模块，Linx Technologies SR和SG GPS模块，以及LM Technologies LM477和LM478 GPS模块。这些模块主要用于要求更高的GPS应用，通常以更高的功率要求为代价提供更复杂的功能。然而，工程师可以在此课程的每个模块中找到一系列节能模式。