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GPS芯片

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一種用於定位的特殊科技芯片。是GPS系統的關鍵部分之一,決定着接受終端的實際使用性能表現如何,GPS芯片的優劣在很大程度上決定了不同GPS產品的性能差異,可以説GPS核心芯片直接關係到GPS產品的技術指標和未來發展走向。
中文名
GPS芯片
芯片定義
包含了RF射頻芯片
展    望
未來集成GPS的各種IT設備
硬件改進
芯片功耗降低,體積減少

GPS芯片芯片定義

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GPS芯片即包含了RF射頻芯片,基帶芯片微處理器的芯片組。 [1] 

GPS芯片芯片作用

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GPS芯片是GPS系統的關鍵部分之一,核心芯片的優劣在很大程度上決定了不同GPS產品的性能差異,決定着接受終端的實際使用性能表現如何,可以説GPS核心芯片直接關係到GPS產品的技術指標和未來發展走向。隨着GPS市場的不斷增容使得芯片產業得以快速發展,目前已有十餘家廠商推出了GPS芯片。 [2] 

GPS芯片種類介紹

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筆記本電腦使用的GPS接收機有藍牙、CF(CompactFlash)、USB等3種接口,配合PDA使用的還有SDIO接口的。這些GPS沒有顯示屏,不能獨立使用,通過NMEA協議標準將定位信息提供給計算設備。這些非獨立式GPS的製造商大多是新興的電子設備製造商,很多知名製造商都來自台灣,如長天科技(Holux)、麗台科技(LeadTek)等。 [3] 
GPSMouse
USB接口的GPS接收機也被稱為GPSMouse,價格最便宜。GPSMouse把GPS模塊、天線和串口/USB口轉換芯片集成在一起,通過一段1~1.5m的線纜連接到筆記本電腦的USB口。USB接口既可以傳遞GPS定位信息,也可以向GPS模塊供電。GPSMouse非常適合筆記本電腦車輛導航,但是不適合步行時使用。在車輛導航時,GPSMouse可以放到車外並吸附到車頂上,最大限度地接收GPS信號(優質的汽車玻璃含有金屬成分以抵擋紫外線,會降低GPS信號強度)。 [3] 
細心的讀者也許從前面的介紹中注意到,GPSMouse中有一個串口/USB口轉換芯片,這豈不是畫蛇添足,直接把GPS模塊設計成USB接口不就完了?這一“畫蛇添足”的設計起因在於GPS數據接口協議NMEA-0183,這一協議把GPS的數據接口定義為4800bps的串行數據總線。絕大多數的電子地圖軟件都通過NMEAV2.0以上標準讀取串口上的GPS信息。如果GPS直接設計成USB口,就會有兼容性問題,而通過串口/USB口轉換芯片,在計算設備上再安裝驅動程序,就可以把USB口模擬成串口,兼容性非常好。事實上,CF口和藍牙的GPS接收機也都要模擬成串口,才能被電子地圖軟件識別。 [3] 
除了NMEA數據接口協議外,最為知名的是Garmin公司GPS的專用Garmin協議。Garmin自己的地圖軟件都只支持Garmin協議,另外GoogleEarthPro/Plus和OziExplorer當前也支持Garmin協議。 [3] 
CF口GPS
CF口GPS主要是為PDA設計的,不過當下的PDA越做越小,已經逐漸放棄CF口而改用SD口。CF口通過轉接卡可以接入筆記本電腦的PCMCIA接口,因為沒有線纜連接,使用起來比USB接口更為方便,優勢主要體現在步行使用中。在車用導航時,CF口GPS可以通過外接天線實現GPSMouse靈活擺放的特性(通過把天線擺放到合適的位置以接收到足夠強的GPS衞星信號)。當然,CF口GPS的價格也略高,一般在500~600元。 [3] 
由於CF口GPS最初主要面向PDA設計,留給我們的後遺症就是部分產品的驅動程序和筆記本電腦上的操作系統兼容性不好,甚至根本不能安裝,用户在購買時最好先安裝調試再付款。 [3] 
藍牙GPS
藍牙GPS接收機是2005年的明星,通過無線連接筆記本電腦、PDA甚至智能手機都非常方便,又可以實現靈活擺放的特點,因此受到了用户普遍歡迎。由於藍牙標準本身就有模擬串口的功能,所以在電子地圖兼容性方面也比較好,不過有時也有不兼容問題。 [3] 
藍牙GPS的缺點是需要配備電池並經常充電,而且很多用户不熟悉藍牙設備的軟件設置方法。加之價格略高(800元上下),應用還不夠普遍。不過,隨着越來越多的筆記本電腦集成藍牙功能,藍牙GPS有望成為市場上的主流產品。 [3] 
獨立式GPS
其實,最早的民用GPS都是可以獨立使用的GPS設備。這類設備又可以分為手持式、車載式,有獨立顯示屏用於顯示地圖或航點航跡信息,大部分有集成的電子地圖功能(俗稱地圖機),體積一般也比較大,價格從1000~9000元不等,功能差異很大。獨立式民用GPS最著名的2家供應商都來自美國,分別是高明(Garmin)和麥哲倫(Magellan),在國內可以買到他們的產品。此外還有歐洲的TomTom在車載GPS領域中比較著名。 [3] 
獨立式GPS一般也具有數據接口和筆記本電腦進行連接,接口大多為串口,部分採用USB口或藍牙接口。這些接口的主要目的並不是為了把定位信號實時傳遞給計算設備,而是為在GPS設備和計算機之間複製航跡和地圖等信息,因此在連接筆記本電腦傳遞定位信息時都不太方便。筆記本電腦已經很少配備串口,因此連接串口需要串口/USB口轉換器,並安裝驅動程序把USB接口模擬成串口。 [3] 
獨立式GPS一般不會連接筆記本電腦一起使用,除非不是地圖機,或者沒有特定地區的GPS地圖。在配合筆記本電腦使用為主的應用模式下,我們也不推薦使用獨立式GPS [3] 

GPS芯片發展和展望

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2003年以後GPS芯片產業如雨後春筍般呈現出一種蓬勃發展的局面。當下設計生產GPS芯片的廠家超過10家,包括美國SiRF(瑟孚)、Garmin(高明)、摩托羅拉、索尼、富士通、飛利浦、Nemerix、uNav、uBlox等。
2005年SiRF收購了摩托羅拉的GPS芯片業務,未來將合作在摩托羅拉的智能手機中集成GPS功能。無獨有偶,高通公司在增強型3G手機芯片CDMA2000 EV-DO中也設計了集成的GPS功能。Nextel公司也在使用SiRF的技術來實現其手機中的GPS功能。
美國已經通過了法律,要求移動電話製造商在2007年必須把GPS接收機集成到產品中去,以提供定位和緊急呼叫功能,2007年已經是3G的時代。可見,儘管如今集成GPS功能的手機尚未進入主流市場,但是將來3G手機的中高端機型會普遍集成GPS功能。
儘管廠商林立,如今在非獨立式GPS領域中SiRF的地位就如同PC產業中的英特爾,主流產品幾乎全部採用SiRF芯片。因此,讀者只要瞭解SiRF芯片的幾個主要型號就可以瞭解非獨立式GPS的核心技術差異。
另外,Garmin獨立式GPS設備市場中佔有半壁江山,主要採用Garmin自己的芯片產品。Garmin公司很像IT領域中的IBM,從地圖軟件到GPS設備、到核心芯片,是一個產業垂直集成的公司。在一些非獨立式GPS領域,Garmin也使用SiRF的芯片。
新興的GPS芯片公司幾乎在原有市場中都很難有立足之地,他們把目光主要瞄準了未來集成GPS的各種IT設備,如手機、數碼相機、PDA、筆記本電腦,甚至U盤。 [3] 

GPS芯片三代芯片

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關於GPS“三代芯片”
在GPS中有不少關於“三代芯片”的提法。但商家沒有給以明確的説明,而大多數使用者也不知道所謂的“第三代芯片”與“第二代”的實質差別,導致出現了一些誤解。
當前國際上常見到的GPS芯片主要是美國SIRF(Sirf )
SiRF最新的第三代芯片SiRFstar III(GSW 3.0/3.1),採用20萬次/頻率的相關器提高了靈敏度,冷開機42秒,暖開機38秒,熱開機8秒,可以同時追蹤20個衞星信道。
我國的北京東方聯星科技有限公司在08年上半年自主設計、開發出了當今世界啓動速度最快的衞星導航芯片。冷開機35秒,暖開機30秒,熱開機1秒,小於1秒的重捕獲時間,可以同時追蹤32個衞星信道。 [4] 
三代芯片的核心
芯片硬件大同小異,只是內部軟件起主要作用。所謂三代的核心技術只是在2代的基礎上提高改進了軟件的算法,就好比初、高中物理課上計算加速度/速度用的公式,但到了大學高等數學導數、積分來計算同一道加速度/速度的物理題,方法(算法)不同,所用時間大不一樣,體現了中學和大學的區別,就好像2代和3代一樣。其次是硬件也提供了質量標準。
三代芯片軟件主要功能:
3代芯片軟件提高升級:(1)算法改進提高搜星/定位速度時間。(2)通過軟件濾波器提高抗干擾性能、信噪比及接收有效星顆數。(3)有的芯片實現軟件DR航跡(轉跡)推算,提高抗高樓、樹蔭、橋下遮擋及隧道功能。(4)軟通道搜索,搜索提高可視衞星的通道數(可以12—24顆),人員、車輛、上下坡、姿態發生變化時、飛機、船舶星曆狀態發生變化時仍能繼續定位。 [4] 
三代芯片硬件改進
(1) 芯片功耗降低,體積減少(與2代比)。
(2) 提高抗干擾能力,全屏蔽或雙芯片分開。
三代產品明顯優勢特點(實際效果):
(1) 定位時間快:無論冷啓動、温啓、熱啓,重捕時間均快5-30秒鐘(與二代相比)。
(2) 高感度:即在高樓、樹蔭、橋下、遮檔、遂洞、窗口、車內,甚至車底盤下仍可很快定位收4顆以上衞星。常説:有點天空就可定位(單星定位),也就是《給點陽光就燦爛》。
(3) 抗干擾性能:高壓線、電場、磁場、高速動態、微波、手機,同頻干擾的環境下仍能正常工作。
(4) 功耗低、省電:降低了功耗,甚至有睡眠狀態(靜態不工作),可以節電,提高產品待機時間。
(5) 體積小,性能價格比好:體積小,重量輕,這是社會的需求和發展趨勢,可以擴大更多的應用範圍和領域。 [3] 
10.結論:
總之,瞭解關注三代芯片,切勿神話三代芯片,“不管黑貓、白貓抓住老鼠就是好貓”,理論聯繫實際,適合自己的就是最好的。
三代芯片優勢特點
使用者只要對三代芯片具體技術指標一般瞭解即可,而更主要比較觀察是否有以下特徵。
(1)定位時間快:沒有論冷啓動、温啓、熱啓,重捕時間均快5-30秒(同二代相比),實際上大部使用者也不差這十幾秒鐘。
(2)高感度:即在高樓、樹蔭、橋下、遮檔、遂洞、窗口、車內,甚至車的底盤下仍可很快定位收4顆以上衞星。常説:有點天空就可以定位(單星定位),即《給點陽光就燦爛》。
(3)抗干擾性能:高壓線、電場、磁場、高速動態、微波、手機,同頻干擾環境下仍能正常工作。
(4)功耗低、省電:降低功耗,甚至睡眠狀態(靜態不工作),可以節省電量,提高產品待機的時間。
(5)體積小,性價比好:體積小,重量輕,這是社會需求和發展的趨勢,可以擴大更多應用範圍和領域。 [3] 

GPS芯片現實中的用途

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2008年6月24日,Databeans發佈的一份研究報告表示,全球定位系統(GPS)IC的需求在上升。芯片價格大幅下跌,並且開始在手機市場、以及成熟的PND和汽車市場尋求更多的機會。 [5] 
GPS設備利用的是多年前發射的一個基於軍事目的開發的美國衞星系統。我們在地面用接收器接收來自衞星的座標數據。接收裝置與這些衞星互相傳送信號,確定接收器所在的位置,並且計算出經度、緯度、甚至高度。憑藉不斷地與衞星進的信號傳遞,接收器能夠在設定時間內採集數據,並計算出速度、距離和達到預設點的預計時間。 [5] 
GPS技術的應用曾受到成本的影響,但如今芯片價格大幅降低,越來越多的手機和汽車都配備了GPS功能,而且技術不斷在消費者領域得到普及。GPS電子設備的出貨量在2007年達到一億兩千六百萬台,年度複合增長率達到20%,2013年將達到5億台。 [5] 
參考資料