半导体

手机GPS芯片软硬之争持续 低功耗为本

作者:佚名来源:中国电子报发布时间:2007-11-28 15:43我要评论
  编者按:许多手机企业表示,GPS功能将于2008年成为手机的标准配置。据预测,2005年-2009年,手机GPS解决方案年复合增长率将达到86%%。随着成本的降低和技术的进步,许多终端厂商和手机设计企业正在推出相应的方案和产品,手机GPS芯片和解决方案呈现出软硬方案之争,功耗和接收灵敏度成为关注重点。

  独立GPS接收机仍是主流
  瑞士u-blox北京代表处首席代表 刘卫


近两年,我们在市场上已经越来越难找到不带摄像头、媒体播放器的手机。今天,我们将看到基于定位的服务在手机上会呈现出同样的趋势。GPS接收机体积不断变小,成本日益降低,这样,在手持设备(比如手机)上集成GPS功能成为可能。同样,GPS接收机在功耗方面越来越低,即便是已经集成了众多的多媒体功能,低功耗的GPS接收机也能保证手机电池工作时间足够长。

  多重因素影响GPS普及

  导航服务是GPS的一大应用,在手机中集成GPS,可以非常轻松地实现车辆的自主导航,用户将不再因为迷路耽误自己的行程,便捷而实用。越来越多带GPS功能的手机反过来将会推动位基服务(LBS)的发展。LBS应用通过手机的位置信息可以滋生出很多增值服务,比如帮助用户找到附近的饭店、银行、交通服务设施等,这种服务将是未来信息领域一个主要的新兴市场。
  另一个促使在手机中集成GPS功能的因素是政策的导向,美国的E911以及欧洲和日本类似的政策要求在通过手机报警时提供精确的位置信息。尽管目前中国还没有类似的强制性政策出台,但这将是全球的一个趋势,中国也可能加入这一队伍。
  此外,GPS手机被大众接受的程度主要同以下几个因素相关:
  GPS的性能。GPS芯片的接收灵敏度越高,搜星速度越快,功耗越低,使用就会越方便,用户使用就会越广泛。u-blox的新一代产品u-blox 5在性能方面将会有极大的提升。
  GPS产品的设计水准。GPS的信号非常弱,任何干扰都会影响到它的接收效果和产品性能。因此GPS产品的设计优化程度对产品的性能会产生极大的影响,从而影响用户对GPS产品的认可和接受程度。因此u-blox极为重视对客户产品开发的支持,务求每一个客户开发的产品都能在给定的条件下达到最佳效果。
  GPS的系统价格。用户的数量永远同产品的价格成反比。GPS系统的成本包括GPS模块、GPS处理器等相关元器件和地图的价格。这些产品的研发投入都相当巨大,导致GPS系统的成本和价格相对较高。但随着GPS应用用户数量的增长,GPS系统的价格正在快速下降。u-blox正是最近一段时间GPS模块价格下降的引领者。
  相关服务内容和质量。包括GPS服务供应商、运营商和服务内容的普及程度;地图的精度和详细程度;产品使用的方便程度等等。这些方面近期正在取得长足的发展。
  由于中国GPS行业在以上各个方面正在不断取得进展,相信GPS应用将会在不长的时间内获得广泛发展。

  A-GPS方案受宠

  目前的GPS市场中,有各式各样的产品,比如独立的GPS接收机,软GPS接收机(SoftGPS),基于应用处理器的GPS接收机(Host based GPS)。SoftGPS和Host Based GPS都需要在系统的应用CPU上运行一部分程序,用户需要将该程序集成在应用系统中,集成的难度比较大,系统的稳定性和可扩展性会受到一定的影响,受实时性方面的限制,GPS的性能也会打一些折扣。u-blox提供的独立GPS接收机成本不断下降,并且具有容易集成的优点,性能也更加优越且稳定可靠,对系统的资源占用较少,功耗也比较低,因此我们认为它将仍然是未来市场的主流技术。
  A-GPS使得瞬时定位成为可能,u-blox将为用户提供便捷的解决方案供手机设计厂商集成。目前,u-blox的所有GPS接收机都带有A-GPS功能。u-blox提供两种A-GPS解决方案:AssistNow Online和AssistNow offline。AssistNow Online是u-blox的端到端A-GPS方案,GPS在启动时通过访问服务器,将星历、历书、精确的时间等信息下载下来,缩短首次定位时间。AssistNow Offline不同于AssistNow Online,无须启动时与服务器建立连接,用户可以在方便的时候通过因特网下载u-blox提供的大小不同的历书修正数据文件,有效期最长可达14天,GPS接收机在启动的时候根据该数据可以计算出所需的星历数据,快速启动定位。
  u-blox 5在硬件和软件方面都做了功耗优化,功耗低至50mW。u-blox 5的设计目标就是着眼于电池驱动的手持设备对性能和功耗的严格要求。u-blox 5不仅优化了正常工作时的功耗,同样也优化了捕获阶段的功耗,而市面上的一些其他接收机在捕获阶段的功耗要比正常工作时的大2~3倍。我们的接收机内嵌电源管理模块,可以在CPU不需要满负荷工作时降低功耗,并且用户可以执行配置更多的低功耗模式,在适当的时候将接收机置为休眠模式,休眠时电流仅为8μA。

  多种封装提供灵活选择

  我们的-160dBm的高灵敏度技术使得我们的接收机允许采用小尺寸的天线,在高楼林立的闹市区或者购物广场、火车车厢等室内环境下跟踪微弱的卫星信号。而且,我们的多径消除算法可以最大限度地消除由于高楼的反射信号造成的定位不准的现象,同时也能减小干扰信号造成的信号畸变带来的影响。有了这样的技术,加上创新的体系结构,使得我们的接收机非常适合在信号条件复杂的挑战环境中使用。
  u-blox提供创新的GPS和伽利略定位技术,以单芯片、芯片组或者模块的形式向用户提供定位技术。u-blox 5采用多种形态的芯片或者模块封装为用户提供灵活的选择。最近一些手机设计公司比如龙旗选择了我们的LEA-4S GPS模块用在他们最新的手机设计中。LEA-4S非常易于集成,成本优势突出,为手机设计公司争取了最快的上市时间,因为我们的模块设计经过了不断的优化,在出厂前经过了严格的检测,手机设计方无须担心我们产品的性能隐患,顺利地将产品快速投放市场。
  u-blox的产品线非常丰富。我们提供标准GPS产品、高灵敏度产品、汽车惯性导航产品、高精度授时产品、高精度测量产品、支持A-GPS的产品。作为一家瑞士公司,u-blox一贯秉承瑞士文化中对产品质量精益求精的要求。我们对每一片出厂的模块都会进行全套的软硬件测试,确保用户使用中的故障率不超过50PPM,力求达到业界的最佳水准。此外,我们拥有一支优秀的技术支持团队,遍布全球,为OEM和ODM客户提供一流的全程技术支持。
  u-blox 5是我们即将推出的一款性能强大的最新产品。同时我们还有其他若干个新技术和新项目正在研发过程中,等这些技术研发完成,客户将更加容易地在PDA、智能手机以及UMPC等手持设备上集成定位功能。同时我们在伽利略技术的研发方面也一直走在世界前沿。u-blox 5在硬件上已经能够支持伽利略的要求。
  许多知名厂商,诸如诺基亚等纷纷宣称将在他们的全线产品中加入GPS功能。这将使我们看到GPS市场会在很多年内保持强劲的增长势头。

  软GPS方案成熟仍需时日
  香港昱博科技有限公司业务经理 吕玲


根据IEK的市场调查报告,2006年,内建GPS的手机的出货量约为1.04亿部,这个数字在2011年有望达到3.8亿部。就很多客户目前的研发计划来看,在今年下半年就会看到手机GPS的流行。未来GPS将会像现在的蓝牙一样流行,相信在2008年或2009年,GPS功能会成为手机的标准配置。

  两因素影响GPS普及

  现在影响GPS普及的因素主要有两点:
  一是价格较高。现在市场上被采用的GPS方案有两种。其中大多数都是硬GPS方案,即GPS方案里包含了RF以及基带(BB),如:SiRF、Atmel、Nemerix、Global Locate(被Broadcom收购)等厂商都提供这样的方案;第二种是软GPS方案,即将GPS基带和后端主芯片Host(多媒体应用处理器)集成,只需加上GPS RF前端,就可以形成GPS接收方案,如美信的GPS方案。相对硬GPS方案,软GPS方案无疑在价格上拥有比较大的优势;但是软GPS方案开发周期较长而且要求Host有较强的处理能力。目前主流硬GPS方案成本都在8美元以上,最便宜的也要在6美元左右;软GPS的成本基本在2美元~3美元左右。相对于现在市场上很多整体BOM在50美元(甚至更低)的手机方案来讲,GPS功能还只能定位于中高端市场。所以为了能够进入出货量巨大的中低端市场,需要更低成本的GPS方案。
  二是GPS的地图业务滞后。大多数使用过GPS导航服务的朋友都有抱怨:使用的导航地图得不到及时更新甚至有很大误差;所使用的地图软件在大城市使用还不错,但是到了小城市或者县城,地图的准确度就很低了。所以地图服务水平的提高必定会促进GPS应用的普及。

  GPS方案由硬变软

  目前GPS方案最大的发展趋势是:纯GPS接收芯片和手机(或者手持设备等)主芯片(主处理器)协作将更加紧密,GPS方案正“由硬变软”。从全硬到软GPS方案,整体功耗、体积和系统成本越来越低,但开发时间和所需要主芯片资源越多,适合量越来越大的应用。从长远来看,GPS基带功能将被主芯片集成的软GPS所取代是最终的发展趋势,SiRF斥资2.83亿美元收购掌微,也是为了布局软件GPS市场。但是软GPS方案完全走向成熟还需要一段时间。
  通常Atmel GPS芯片在正常工作时的功耗大约为62mW,但在低功耗状态下,工作电流可以低至5μA。Atmel的低功耗性能主要源于它在片上集成了一个高级电源管理控制器(APMC)。
  通常情况下,地面接收到的GPS信号强度很弱;尤其是在高楼林立的城市中,这种情况更加严重。一个好的GPS方案,必须要提供很好的接收灵敏度,以达到准确高效接收GPS信号的能力。Atmel GPS在冷启动时的获取灵敏度可以达到-142dBm;它的追踪灵敏度可以达到-158dBm。

  Atmel方案独具优势

  昱博目前只代理Atmel最新Antaris4系列GPS芯片方案。Atmel的Antaris4既有套片(chipset)方案,又有单芯片(single chip)方案。套片方案是:ATR0601 GPS接收器+ATR0621 GPS基带;单芯片方案是:ATR0630 GPS单芯片或者ATR0635 GPS单芯片。上述两种方案都要使用Atmel的低噪声放大器(LNA)ATR0610。
  我们已经推出了基于Atmel的0625和CSR的BC4-EXT的蓝牙G-Mouse(GPS接收器)完整解决方案,客户如果要做G-mouse产品,可以向我们申请现成的Geber及BOM。我们近期计划使用Atmel的单芯片GPS方案0635设计一块适合手机使用的模块,我们相信此模块的推出必将缩短我们客户的GPS设计周期。

  四措施破功耗难题
  SiRF(瑟孚)科技股份有限公司中国区代表 赵斌


  GPS市场的前景非常广阔。GPS的应用已经从传统的PND延伸到手机、超薄电脑(UMPC),各种消费产品也开始集成GPS功能。未来多种应用都会高速增长,PND(便携导航设备)不再是主导。
  GPS手机被大众接受的关键是快速响应时间和可靠的导航能力,良好的消费者体验最为重要。另外,各种丰富的应用也是使GPS被更多用户接受的重要因素。除了定位和导航外,还包括位置短信、社交网络、POI、交通、本地搜索、娱乐、广告、营销、商业和安防等等。位置信息是所有这些应用的基础。因此,我想强调的是,GPS不只是芯片,它包括芯片、软件、网络和整个生态系统。
  除了灵敏度更高、体积更小、功耗和成本更低以外,我们觉得GPS会和更多其他的无线技术整合在一起,比如蓝牙、移动电视等。我们今年就会发布一些这样的新产品。A-GPS被越来越多的运营商支持,它可以显著地缩短GPS的首次定位时间,更方便运营商开展各种业务。因此是今后一个发展方向,SiRF所有的产品都支持A-GPS。
  面对功耗问题,首先我们会从芯片设计和制造工艺上来保证;其次,我们的芯片都有省电模式,用户可以根据需要选择合适的省电模式;第三,快速的首次定位能力大大降低GPS全速工作的时间,也可以降低功耗;第四,采用A-GPS可以带来功耗的降低。
  我们提供参考设计、开发和测试工具来帮助客户的产品快速进入市场。滤波、元器件的摆放和屏蔽都会影响到产品的性能。我们经验丰富的技术支持团队可以保证客户设计一次成功。
  SiRF的解决方案是目前市场上经过验证的最成熟、稳定、高性能的GPS解决方案。10多年的GPS经验,使我们的产品在任何环境下都可以提供出色的定位能力。就产品而言,我们的GPS芯片可分为SiRFstarIII和SiRFInstant两大架构。SiRFstarIII是我们的旗舰产品,有超过20万个相关器件,速度和灵敏度都非常好,属于高性能架构,面向非常广泛的应用。SiRFInstant GSCi-5000是我们从摩托罗拉收购而得,体积和功耗非常小,非常适用于手机。
  SiRFstarIII包括三大产品线:基于Flash的GSC3f/LP系列比较通用,可以用于PND、消费电子和智能手机等;基于ROM的GSC3LT和GSD3系列则面向手机进行了优化。GSD3是面向手机的最新产品,采用单个裸片的单芯片方案,体积最小、功耗最低和灵敏度最高。它采用90纳米RF CMOS工艺,4mm×4mm×0.68mm TFBGA封装,面积只有约10mm2,灵敏度达-160dBm。由于部分导航软件运行在系统主CPU上,GSD3的系统成本最低,比现有方案低10%%~20%%。

  单芯片功耗更低
  德州仪器亚洲区产品行销工程师 黄凯


我们看到市场对GPS的需求越来越大,如今在手机上应用GPS也开始被大家认可。一开始GPS功能会集成到高端手机上,随着整体解决方案成本的下降,它会向中低端手机市场发展。今年,我们看到中端手机上开始设计集成GPS。我认为尺寸和成本是GPS被大众接受要考虑的两个最主要的因素。
  由于TI拥有DRP(数字射频处理器)技术,它可以将基带和射频集成在单一芯片上,所以我们目前采取的技术路线是提供独立的GPS单芯片解决方案。相比于市场上的软件GPS解决方案,我们认为独立的单芯片方案主要的优势是功耗低。因为在单芯片方案中,GPS的计算和定位功能都在GPS单芯片上完成,不会占用手机主芯片的频率资源,也不会耗费主芯片的功耗。目前,TI的GPS芯片并没有集成到我们自己的手机主芯片中,也没有与蓝牙和移动电视等功能集成在一起,在这方面,技术到底如何走要看市场的需求。
  由于NaviLink5.0(NL5350)是一个单芯片方案,在功耗方面比上一代产品改善了75%%。而且由于它不需要主芯片进行计算,不耗费主芯片的功耗,能将整个系统的功耗控制得比较低。
  在系统设计方面,由于采用无源天线的效果不是很好,可以外接一个有源天线来提高灵敏度,因此在系统上集成一个有源天线的接口,方便用户在车载等情况下使用。在芯片设计方面,我们也一直在发展不同状况下的计算方式,确保提高芯片的灵敏度。
  目前,TI已经推出新一代GPS单芯片产品——NaviLink5.0(NL5350),由于它是一款将射频和基带集成在一起的单芯片方案,它在尺寸、成本和性能上比上一代产品都有更出色的表现。目前,我们正在与我们的客户共同研发应用NaviLink5.0的手机产品,预计今年第四季度这些产品将会量产。

责任编辑:电子信息产业网
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