GPS定位系统在开发出之初,一直应用在军事、航空、航海、勘测等专业领域,随着技术的发展,体积、成本都得到极大的改善,从而进入民用市场,尤其是和电子地图联手的汽车导航系统和手持式GPS定位终端。借助于手机的普及,“卫星通行+移动通信”的双效模式大有可为,有预计在未来几年里GPS产品将呈现健康的增长,年均增长率接近32%(图1)。目前,在接收端除了少数几家专业GPS芯片厂商(例如,美国的SiRF、瑞士的Nemerix等)以外,其它的都是以通信芯片为主的制造商(例如ST、Philips、Motorola、Conexant等)。今年6月,本刊记者参加GlobalPress举办的AsianPress Tour1活动采访的对象Atmel公司,也在从事GPS接收端的设计。

Atmel以AVR系列MCU著称,在GPS接收端也同样拥有丰富的产品,以ATR0601为主的RF芯片以及以ATR0621为首的基带芯片。Atmel BC(Business Center)通信部门的市场总监Matthias博士认为为了更好地移植在手机上,GPS接收端单芯片化是一个趋势,因而Atmel也适时的推出了两款产品,ATR0630和ATR0635。Matthias博士介绍说GPS芯片的主要性能指标：精确度(Accuracy)、获取性能(Acquisition)、灵敏度(Sensitivity)和功耗(Power Consumption)。

图1 Gps芯片市场预测

GPS 所使用的精度可分为SPS (Standard Position System, 标准定位精度)及PPS (Precis Position System, 精密定位精度 )二种。SPS是最常见的定位系统,通常水平精确度能达到30m,但是由于GPS信号需经过选择性效益(Selective Availability, SA)将讯号的位置和时间数据重新处理,因而误差会更大。为了提高GPS的定位精确,人们采用差分定位(Differential GPS)技术来做校正,通常CPE(圆周半径公差)在2m至5m左右。除了DGPS,还可以借助北美的WAAS(Wide Area Augmentation System,广域增强系统)和欧洲的EGNOS(European Geostationary Navigation Overlay Service欧洲静地星导航重叠服务)通过地面参考站来校正参考。Atmel的单芯片ATR0635以16信道ANTARIS 4产品为基础,全面支持WAAS/EGNOS和A-GPS (辅助全球定位系统),并且首次定位时间 (TTFF)达到了低于四秒钟。

GPS的开机定位分为冷启动、温启动和热启动三种,三种情况下GPS系统获取定位信息的时间各不相同。Matthias博士介绍说,冷启动的情况包括第一次使用、电池失效信息丢失和关机状态下将接收机移动1000公里以上距离,温启动是指距离上次定位的时间超过两个小时的启动,而小于两个小时的启动则被叫做热启动。Atmel的ATR0635的三种启动时间依次可以达到34秒,33秒和小于3.5秒。
GPS接收信号的灵敏程度一般在-150dBm—195dBm之间,各个厂商的定义并不统一,有的是平均值,有的是峰值(屏蔽室内用专用仪器测试),同时和实际使用环境相关。Atmel发明的弱信号跟踪软件SuperSense曾经被Frost & Sullivan 评为2005年的技术创新大奖,它能保证GPS芯片在弱信号的情况下实现高达158dBm的灵敏度。

在功耗方面,Matthias博士表示由于手持GPS设备和在手机上集成GPS功能越来越受欢迎,因此芯片的耗电问题值得GPS芯片厂商关注。ATR0635在连续供电模式下的功耗为62mW,在睡眠模式下电流降至80uA。

“单芯片是GPS发展的趋势,”Matthias博士在展望未来说,“单芯片将功耗和尺寸尽可能地降低。目前的ATR0635嵌入ARM7作为定位引擎的内核,而未来Atmel的高端GPS单芯片不但计划采用ARM9甚至更先进的处理器,还将多媒体SoC集成在单芯片中,使得定位功能更加生动和直观。”