Atmel：四大因素決定GPS定位性能

GPS定位系統(tǒng)在開發(fā)出之初，一直應(yīng)用在軍事、航空、航海、勘測(cè)等專業(yè)領(lǐng)域，隨著技術(shù)的發(fā)展，體積、成本都得到極大的改善，從而進(jìn)入民用市場(chǎng)，尤其是和電子地圖聯(lián)手的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和手持式GPS定位終端。借助于手機(jī)的普及，“衛(wèi)星通行+移動(dòng)通信”的雙效模式大有可為，有預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年里GPS產(chǎn)品將呈現(xiàn)健康的增長(zhǎng)，年均增長(zhǎng)率接近32%(圖1)。目前，在接收端除了少數(shù)幾家專業(yè)GPS芯片廠商(例如，美國(guó)的SiRF、瑞士的Nemerix等)以外，其它的都是以通信芯片為主的制造商(例如ST、Philips、Motorola、Conexant等)。今年6月，本刊記者參加GlobalPress舉辦的AsianPress Tour1活動(dòng)采訪的對(duì)象Atmel公司，也在從事GPS接收端的設(shè)計(jì)。

Atmel以AVR系列MCU著稱，在GPS接收端也同樣擁有豐富的產(chǎn)品，以ATR0601為主的RF芯片以及以ATR0621為首的基帶芯片。Atmel BC(Business Center)通信部門的市場(chǎng)總監(jiān)Matthias博士認(rèn)為為了更好地移植在手機(jī)上，GPS接收端單芯片化是一個(gè)趨勢(shì)，因而Atmel也適時(shí)的推出了兩款產(chǎn)品，ATR0630和ATR0635。Matthias博士介紹說(shuō)GPS芯片的主要性能指標(biāo)：精確度(Accuracy)、獲取性能(Acquisition)、靈敏度(Sensitivity)和功耗(Power Consumption)。

圖1 Gps芯片市場(chǎng)預(yù)測(cè)

GPS 所使用的精度可分為SPS (Standard Position System， 標(biāo)準(zhǔn)定位精度)及PPS (Precis Position System， 精密定位精度 )二種。SPS是最常見的定位系統(tǒng)，通常水平精確度能達(dá)到30m，但是由于GPS信號(hào)需經(jīng)過(guò)選擇性效益(Selective Availability, SA)將訊號(hào)的位置和時(shí)間數(shù)據(jù)重新處理，因而誤差會(huì)更大。為了提高GPS的定位精確，人們采用差分定位(Differential GPS)技術(shù)來(lái)做校正，通常CPE(圓周半徑公差)在2m至5m左右。除了DGPS，還可以借助北美的WAAS(Wide Area Augmentation System，廣域增強(qiáng)系統(tǒng))和歐洲的EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service歐洲靜地星導(dǎo)航重疊服務(wù))通過(guò)地面參考站來(lái)校正參考。Atmel的單芯片ATR0635以16信道ANTARIS 4產(chǎn)品為基礎(chǔ)，全面支持WAAS/EGNOS和A-GPS (輔助全球定位系統(tǒng))，并且首次定位時(shí)間 (TTFF)達(dá)到了低于四秒鐘。

GPS的開機(jī)定位分為冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)和熱啟動(dòng)三種，三種情況下GPS系統(tǒng)獲取定位信息的時(shí)間各不相同。Matthias博士介紹說(shuō)，冷啟動(dòng)的情況包括第一次使用、電池失效信息丟失和關(guān)機(jī)狀態(tài)下將接收機(jī)移動(dòng)1000公里以上距離，溫啟動(dòng)是指距離上次定位的時(shí)間超過(guò)兩個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)，而小于兩個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)則被叫做熱啟動(dòng)。Atmel的ATR0635的三種啟動(dòng)時(shí)間依次可以達(dá)到34秒，33秒和小于3.5秒。
GPS接收信號(hào)的靈敏程度一般在-150dBm—195dBm之間，各個(gè)廠商的定義并不統(tǒng)一，有的是平均值，有的是峰值(屏蔽室內(nèi)用專用儀器測(cè)試)，同時(shí)和實(shí)際使用環(huán)境相關(guān)。Atmel發(fā)明的弱信號(hào)跟蹤軟件SuperSense曾經(jīng)被Frost & Sullivan 評(píng)為2005年的技術(shù)創(chuàng)新大獎(jiǎng)，它能保證GPS芯片在弱信號(hào)的情況下實(shí)現(xiàn)高達(dá)158dBm的靈敏度。

在功耗方面，Matthias博士表示由于手持GPS設(shè)備和在手機(jī)上集成GPS功能越來(lái)越受歡迎，因此芯片的耗電問(wèn)題值得GPS芯片廠商關(guān)注。ATR0635在連續(xù)供電模式下的功耗為62mW，在睡眠模式下電流降至80uA。

“單芯片是GPS發(fā)展的趨勢(shì)，”Matthias博士在展望未來(lái)說(shuō)，“單芯片將功耗和尺寸盡可能地降低。目前的ATR0635嵌入ARM7作為定位引擎的內(nèi)核，而未來(lái)Atmel的高端GPS單芯片不但計(jì)劃采用ARM9甚至更先進(jìn)的處理器，還將多媒體SoC集成在單芯片中，使得定位功能更加生動(dòng)和直觀。”