Mcm 은 지적 재산권에 대해 불평합니다
GPS 수신기 특수 칩셋 기술 및 제품 개발
분류: 분립형 장치
GPS 시스템 응용 프로그램 초기에, 즉 1980 년대 말 90 년대 초, 최초의 아날로그 상관기가 빠르게 도태되고 다중 채널 디지털 신호 처리가 보급되기 시작했지만, 하드웨어 설계 수준과 칩 제조 기술의 제한으로 인해 GPS 수신기가 위성 신호를 수신하는 PVT 출력에는 최소 7 ~ 8 개의 칩이 필요합니다. 미국 록웰 콜린스 (Rockwell Collins) 가 출시한 이중 밴드 MAGR 수신기는 미군 무기 장비에 널리 사용되고 있으며, L 1 채널 무선 프런트엔드에만 LNA (저소음 증폭기) ASIC, L 밴드 ASIC (L 밴드 확대, 하향 주파수-중간 주파수 및 고정 이득의 중간 주파수 확대 포함), 6 개의 칩이 포함되어 있습니다. GPS 신호 추적 및 처리는 시간 요구 사항이 엄격한 작업이며 집중적인 디지털 신호 처리가 필요하기 때문에 일반적인 GPS 수신기에는 GPS 기능 전용 CPU 가 필요합니다. MAGR 의 베이스밴드 신호 처리 ASIC 와 마이크로프로세서도 두 개의 별도 칩이다. MAGR 에서 특별히 개발한 핵심 ASIC 는 5 개로, 텍트로닉스 실리콘 바이폴라 트랜지스터 공정으로 제조된 L 밴드 ASIC, 광대역 IF ASIC 및 PLL ASIC, bulk CMOS 공정으로 제조된 주파수/시간 동기화 ASIC 및 베이스밴드 신호 처리 ASIC 를 포함합니다.
온칩 시스템
단일 극초단파 집적 회로, 마이크로밴드 필터 및 SAW (SAW) 필터 기술의 성숙도와 회로 제조 기술의 발전으로 GPS 무선 주파수 전면의 통합도가 크게 높아졌으며 LNA, TCXO (온도 보상 결정질 발열기) 및 필터가 통합된 무선 주파수 프런트 엔드 칩은 더 이상 드물지 않습니다. GPS 디지털 신호 처리 부분의 경우 단일 병렬 다중 채널 관련 ASIC 는 여전히 특정 시장을 차지하고 있지만, 통합 GPS 디지털 신호 처리 모듈과 CPU 의 베이스 밴드 프로세서는 점차 공급업체의 주력 제품이 되고 있습니다. 이는 단일 실리콘 칩에 더 복잡한 시스템, 즉 SoC (단일 시스템 칩) 를 구현하는 현재 IC 설계의 주류와 일치합니다. SoC 는 낮은 비용, 작은 크기, 낮은 전력 소비, 빠른 처리 속도, 낮은 시스템 소음, 유연한 설계 등 다양한 기능 단위를 하나의 칩에 통합했습니다. SoC 의 설계 데이터는 재사용성과 검증성이 있으며 핵심 모듈은 IP (지적 재산권) 형식으로 다른 설계자에게 제공됩니다.
표 1 에 나열된 각 공급업체의 칩셋은 GPS IP 가 있는 SoC 제품이라고 할 수 있습니다. 일부 공급업체의 GPS SoC 는 듀얼 칩 GPS 수신기를 구성하며, GPS 무선 주파수 프런트엔드는 수신된 L 밴드 위성 신호의 확대, 필터, 하향 주파수-중간 주파수, 디지털화 등의 일련의 작업을 수행합니다. CPU 가 내장된 베이스밴드 프로세서와 실행 중인 펌웨어 및 소프트웨어는 병렬 다중 채널 관련자, 위성 신호 캡처 추적, 필요한 주변 인터페이스, 탐색 위치 계산 등 수신기의 나머지 작업을 완료합니다. LNA 가 통합된 무선 주파수 프런트 엔드 제품의 성능이 향상되어야 하기 때문에 위상 지터에 민감한 많은 하이엔드 GPS 수신기에서 LNA 와 무선 주파수 프런트 엔드는 여전히 분리되어 있습니다. 또한 TCXO 와 표면 파동의 통합은 GPS 무선 주파수 프런트 엔드 칩의 설계 및 제조에 도전을 제기합니다. 따라서 LNA, TCXO 또는 음파를 분리하는 3 칩과 4 칩 수신기도 많이 있습니다.
표 1 에서 GPS 수신기 전용 칩, IP, 소프트웨어를 전문으로 하는 미국 회사인 SiRF Technology 의 제품을 예로 들어 무선 주파수+베이스밴드 칩셋의 기술적 발전을 살펴보십시오. SiRFstar I 는 12 개의 추적 채널을 통합하는 주요 SiRFstar 아키텍처의 1 세대 제품입니다. 2 세대 SIF2 STAR II 시리즈는 SiRFstar I 를 기반으로 빠른 캡처 및 위성 신호 추적 엔진 IP (1920 상관기, 12 채널), 차동 GPS 프로세서, 다중 경로 감소 하드웨어, 슬라이스를 통합합니다 그 중 SiRFstar IIe 시리즈와 SiRFstar II/L P 시리즈 (저전력 버전) 는 GSW2 모듈식 소프트웨어를 탑재하고 있으며, 디지털 부분 GSP 는 40MPIS 처리 능력을 갖추고 있으며, 고정밀 RTC (실시간 클럭) 와 두 개의 UART (비동기 직렬 통신 포트) 를 통합합니다. SiRFstar IIt 제품군은 널리 사용되는 다양한 프로세서 및 운영 체제 기반 시스템에 SiRFstar II 기술을 추가하는 데 주력하고 있습니다. 시스템의 기본 프로세서, 스토리지 자원 및 RTC 를 즐기고 GPS 기능을 회로 보드에 추가하면 지원되는 SiRFNav 소프트웨어를 다른 주요 애플리케이션 소프트웨어를 실행하는 마스터 시스템에 쉽게 구성할 수 있습니다.
제 3 세대 제품인 SiRFstar III 아키텍처는 무선 및 핸드헬드 LBS (위치 기반 서비스) 어플리케이션의 요구 사항을 충족하기 위해 GRF3w 무선 칩, GSP3f 디지털 부분 및 GSW3 소프트웨어로 구성됩니다. 200,000 개 이상의 등가 상관기, 첫 번째 위치 지정 시간 단축 (보조 시 65,438+0 초) 및 민감도 향상 (-65,438+059dbm) 을 제공합니다. 또한 SiRF 에는 Conexant Systems (원래 Rockwell Corporation) 에서 구매한 Zodiac GPS 칩셋이 있으며 Jupiter 제품군 GPS 수신기 보드와 일치합니다. Zodiac 2000 칩셋에서 무선 주파수 프런트 엔드 CX76502 무선 MCM (멀티칩 모듈) 은 두 개의 코어와 단일 LGA 패키지, 무선 주파수 부분은 GaAS MESFET 기술, 중간 주파수 A/D 부분은 Conexant 아날로그 CMOS 기술, 내장 DTCXO 및 온도 센서를 사용합니다. 베이스밴드 프로세서 CX1157712 Scorpio 는 0 을 사용하는 156 핀 BGA 시계 패치 칩입니다. 6 미크론 대형 CMOS 장치 기술 및 1 PPS 채널, 두 개의 UART, DMA 제어, 칩 내 마이크로프로세서 주소 디코딩 및 메모리 타이밍 제어를 포함한 AAMP2-8 마이크로프로세서가 내장되어 있습니다.
모 놀리 식 GPS 수신기
군용과 민간분야에서 소형, 저전력, 하드웨어 설계 수준과 칩 제조 기술이 지속적으로 향상됨에 따라 2002 년에는 GPS 무선 주파수와 디지털 부분을 통합하는 단일 GPS 수신기가 등장하기 시작했습니다. 그 중 모토로라의' Instant GPS' 와 소니 반도체의 CXD295 1 시리즈가 생산되었습니다.
모토로라는 2002 년 싱글 칩 GPS 수신기' 인스턴트GPS' 를 발표했는데, 부피는 7×7mm 에 불과하며 시계에 넣어 거의 모든 자동차 전자 장치, 휴대폰, 핸드헬드 장치에 통합할 수 있다. 잠재적인 애플리케이션으로는 시간 및 위치 표시가 있는 카메라, 지도 및 실시간 탐색 기능이 있는 PDA, 긴급 구조 기능이 있는 호환 셀룰러 전화 등이 있습니다. "인스턴트 GPS" 는 GPS 수신기와 GPS L 1 신호 캡처 추적, 데이터 디코딩, 위치 지정, 계산 등의 기능을 단일 칩에 통합하며 SAW 슬라이스 밖에 하나만 있으면 됩니다 (발열기는 다른 시스템과 재사용할 수 있음). 기능 블록 다이어그램은 1 과 같습니다. GSM 및 Bluetooth 트랜시버와 함께 쉽게 작동할 수 있도록 저중주파 무선 주파수 구조를 사용하여 간섭 방지 기능을 향상시킵니다. 까다로운 업무 중단 요구 사항을 제거하여 호스트 시스템과 쉽게 통합할 수 있습니다. 인스턴트 GPS MG4 100 장치를 기반으로 한 FLASHncore 수신판은 12mm× 16.6mm 밖에 없습니다 .. 모토로라가 새로 출시한 MG4200 장치는 MG4/KLOC 에 있습니다.
그림 1 모토로라 인스턴트 GPS 칩 기능 상자
소니는 2003 년 VLSI 세미나에서 0. 18um 순수 CMOS 공정을 사용하여 완전한 단일 칩 GPS 수신기 LSI (CXD 2951GA/GA21을 개발했다고 발표했습니다. CXD295 1 의 RF 섹션에는 LNA 1 개, 미러 억제 믹서 1 개, PLL 주파수 합성기 1 개, IF 필터 1 개, 디지털 변환기 1 개가 포함됩니다. 베이스밴드 칩에는 UART 및 내부 RTC 가 내장되어 있으며 DGPS 기능 (RTCMSC- 104 입력) 및 NMEA-0 183 데이터 출력을 지원합니다. 소니의 단일 칩 GPS 모듈 GXB500 1 크기는 14mm×23mm 입니다. 모토로라' 인스턴트 GPS' MG4100 과 소니 CXD 2951GA/GA-1칩 간의 다른 비교는 표 2 에 나와 있습니다.
표 2 모토로라 인스턴트 GPS MG4 100 과 소니 CXD295 1GA/GA- 1 칩 비교
단일 칩 GPS 수신기는 메인 칩 외에 추가 처리 칩을 사용할 필요가 없습니다. 이는 이전에 2 ~ 3 개의 칩이 필요했던 솔루션과 매우 다릅니다. 설계의 난점은 먼저 디지털 회로 잡음이 아날로그 회로에 미치는 간섭을 극복하는 것이다. 소니는 GPS 단일 디스크 회로의 레이아웃 설계에서 소음에 가장 민감한 LNA 부분을 칩 모서리에 할당하고 LNA 와 디지털 회로 사이에 두 개의 보호 밴드 (소음 흡수 요소) 를 설계했습니다. 또한 필터에 접점을 설계하여 실리콘 백플레인이 불안정할 때 전원 및 접지 전위를 안정시키는 데 도움이 됩니다. GPS 수신기의 수신 감도가-130dBm 이하인 경우 (실내 위치 요구 사항이 더 높음) GPS 무선 주파수 및 베이스밴드 처리 회로의 단일 슬라이스 구현은 수신 감도가 -85dBm 정도인 Bluetooth 칩보다 더 어렵습니다.
끝말
현재 외국 GPS 수신기 전용 칩셋의 연구 핫스팟은 단일 칩 수신기, 호환 EU 갈릴레오 시스템 및 기타 병렬 시스템, 고감도 실내 위치 지정, 이동 통신 및 핸드헬드 장치와의 통합 (참조 클럭을 허용하는 주파수 합성기 개선 포함), 간섭 방지, 높은 신뢰성, 처리 속도, 추적 성능 향상, 저전력, 소형, 저비용 등입니다 GPS 수신기 전용 칩 제품과 기술이 발달하면서 GPS 수신기는 더욱 강력한 기능과 향상된 성능을 갖추고 있어 휴대폰, PDA, PC 등의 장치에 쉽게 통합할 수 있어 광범위한 애플리케이션을 제공합니다.