GPS芯片

定义

　　GPS芯片即包含了RF射频芯片，基带芯片及微处理器的芯片组。

作用

　　GPS芯片是GPS系统的关键部分之一，核心芯片的优劣在很大程度上决定了不同GPS产品的性能差异，决定着接受终端的实际使用性能表现如何，可以说GPS核心芯片直接关系到GPS产品的技术指标和未来发展走向。随着GPS市场的不断增容使得芯片产业得以快速发展，目前已有十余家厂商推出了GPS芯片。

种类介绍

　　非独立式GPS笔记本电脑使用的GPS接收机有蓝牙、CF（CompactFlash）、USB等3种接口，配合PDA使用的还有SDIO接口的。这些GPS没有显示屏，不能独立使用，通过NMEA协议标准将定位信息提供给计算设备。这些非独立式GPS的制造商大多是新兴的电子设备制造商，很多知名制造商都来自台湾，如长天科技（Holux）、丽台科技（LeadTek）等。

　　GPSMouseUSB接口的GPS接收机也被称为GPSMouse，价格最便宜。GPSMouse把GPS模块、天线和串口/USB口转换芯片集成在一起，通过一段1～1.5m的线缆连接到笔记本电脑的USB口。USB接口既可以传递GPS定位信息，也可以向GPS模块供电。GPSMouse非常适合笔记本电脑车辆导航，但是不适合步行时使用。在车辆导航时，GPSMouse可以放到车外并吸附到车顶上，最大限度地接收GPS信号（优质的汽车玻璃含有金属成分以抵挡紫外线，会降低GPS信号强度）。 细心的读者也许从前面的介绍中注意到，GPSMouse中有一个串口/USB口转换芯片，这岂不是画蛇添足，直接把GPS模块设计成USB接口不就完了？这一“画蛇添足”的设计起因在于GPS数据接口协议NMEA-0183，这一协议把GPS的数据接口定义为4800bps的串行数据总线。绝大多数的电子地图软件都通过NMEAV2.0以上标准读取串口上的GPS信息。如果GPS直接设计成USB口，就会有兼容性问题，而通过串口/USB口转换芯片，在计算设备上再安装驱动程序，就可以把USB口模拟成串口，兼容性非常好。事实上，CF口和蓝牙的GPS接收机也都要模拟成串口，才能被电子地图软件识别。 除了NMEA数据接口协议外，最为知名的是Garmin公司GPS的专用Garmin协议。Garmin自己的地图软件都只支持Garmin协议，另外GoogleEarthPro/Plus和OziExplorer当前也支持Garmin协议。

　　CF口GPSCF口GPS主要是为PDA设计的，不过当下的PDA越做越小，已经逐渐放弃CF口而改用SD口。CF口通过转接卡可以接入笔记本电脑的PCMCIA接口，因为没有线缆连接，使用起来比USB接口更为方便，优势主要体现在步行使用中。在车用导航时，CF口GPS可以通过外接天线实现GPSMouse灵活摆放的特性（通过把天线摆放到合适的位置以接收到足够强的GPS卫星信号）。当然，CF口GPS的价格也略高，一般在500～600元。 由于CF口GPS最初主要面向PDA设计，留给我们的后遗症就是部分产品的驱动程序和笔记本电脑上的操作系统兼容性不好，甚至根本不能安装，用户在购买时最好先安装调试再付款。

　　蓝牙GPS蓝牙GPS接收机是2005年的明星，通过无线连接笔记本电脑、PDA甚至智能手机都非常方便，又可以实现灵活摆放的特点，因此受到了用户普遍欢迎。由于蓝牙标准本身就有模拟串口的功能，所以在电子地图兼容性方面也比较好，不过有时也有不兼容问题。 蓝牙GPS的缺点是需要配备电池并经常充电，而且很多用户不熟悉蓝牙设备的软件设置方法。加之价格略高（800元上下），应用还不够普遍。不过，随着越来越多的笔记本电脑集成蓝牙功能，蓝牙GPS有望成为市场上的主流产品。

　　独立式GPS其实，最早的民用GPS都是可以独立使用的GPS设备。这类设备又可以分为手持式、车载式，有独立显示屏用于显示地图或航点航迹信息，大部分有集成的电子地图功能（俗称地图机），体积一般也比较大，价格从1000～9000元不等，功能差异很大。独立式民用GPS最著名的2家供应商都来自美国，分别是高明（Garmin）和麦哲伦（Magellan），在国内可以买到他们的产品。此外还有欧洲的TomTom在车载GPS领域中比较著名。 独立式GPS一般也具有数据接口和笔记本电脑进行连接，接口大多为串口，部分采用USB口或蓝牙接口。这些接口的主要目的并不是为了把定位信号实时传递给计算设备，而是为在GPS设备和计算机之间复制航迹和地图等信息，因此在连接笔记本电脑传递定位信息时都不太方便。笔记本电脑已经很少配备串口，因此连接串口需要串口/USB口转换器，并安装驱动程序把USB接口模拟成串口。 独立式GPS一般不会连接笔记本电脑一起使用，除非不是地图机，或者没有特定地区的GPS地图。在配合笔记本电脑使用为主的应用模式下，我们也不推荐使用独立式GPS。 

发展和展望

　　2003年以后GPS芯片产业如雨后春笋般呈现出一种蓬勃发展的局面。当下设计生产GPS芯片的厂家超过10家，包括美国SiRF(瑟孚)、Garmin(高明)、摩托罗拉、索尼、富士通、飞利浦、Nemerix、uNav、uBlox等。

　　2005年SiRF收购了摩托罗拉的GPS芯片业务，未来将合作在摩托罗拉的智能手机中集成GPS功能。无独有偶，高通公司在增强型3G手机芯片CDMA2000 EV-DO中也设计了集成的GPS功能。Nextel公司也在使用SiRF的技术来实现其手机中的GPS功能。

　　美国已经通过了法律，要求移动电话制造商在2007年必须把GPS接收机集成到产品中去，以提供定位和紧急呼叫功能，2007年已经是3G的时代。可见，尽管如今集成GPS功能的手机尚未进入主流市场，但是将来3G手机的中高端机型会普遍集成GPS功能。

　　尽管厂商林立，如今在非独立式GPS领域中SiRF的地位就如同PC产业中的英特尔，主流产品几乎全部采用SiRF芯片。因此，读者只要了解SiRF芯片的几个主要型号就可以了解非独立式GPS的核心技术差异。

　　另外，Garmin在独立式GPS设备市场中占有半壁江山，主要采用Garmin自己的芯片产品。Garmin公司很像IT领域中的IBM，从地图软件到GPS设备、到核心芯片，是一个产业垂直集成的公司。在一些非独立式GPS领域，Garmin也使用SiRF的芯片。

　　新兴的GPS芯片公司几乎在原有市场中都很难有立足之地，他们把目光主要瞄准了未来集成GPS的各种IT设备，如手机、数码相机、PDA、笔记本电脑，甚至U盘。

三代芯片

　　关于GPS“三代芯片”

　　在GPS中有不少关于“三代芯片”的提法。但商家没有给以明确的说明，而大多数使用者也不知道所谓的“第三代芯片”与“第二代”的实质差别，导致出现了一些误解。

　　当前国际上常见到的GPS芯片主要是美国SIRF（Sirf ）

　　SiRF最新的第三代芯片SiRFstar III（GSW 3.0/3.1），采用20万次/频率的相关器提高了灵敏度，冷开机42秒，暖开机38秒，热开机8秒，可以同时追踪20个卫星信道。

　　我国的北京东方联星科技有限公司在08年上半年自主设计、开发出了当今世界启动速度最快的卫星导航芯片。冷开机35秒，暖开机30秒，热开机1秒，小于1秒的重捕获时间，可以同时追踪32个卫星信道。

三代芯片的核心

　　芯片硬件大同小异，只是内部软件起主要作用。所谓三代的核心技术只是在2代的基础上提高改进了软件的算法，就好比初、高中物理课上计算加速度/速度用的公式，但到了大学高等数学中导数、积分来计算同一道加速度/速度的物理题，方法（算法）不同，所用时间大不一样，体现了中学和大学的区别，就好像2代和3代一样。其次是硬件也提供了质量标准。

　　三代芯片软件主要功能：

　　三代芯片软件提高升级：

　　（1）算法改进提高搜星/定位速度时间。

　　（2）通过软件滤波器提高抗干扰性能、信噪比及接收有效星颗数。

　　（3）有的芯片实现软件DR航迹（转迹）推算，提高抗高楼、树荫、桥下遮挡及隧道功能。

　　（4）软通道搜索，搜索提高可视卫星的通道数（可以12—24颗），人员、车辆、上下坡、姿态发生变化时、飞机、船舶星历状态发生变化时仍能继续定位。

三代芯片硬件改进

　　（1） 芯片功耗降低，体积减少（与2代比）。

　　（2） 提高抗干扰能力，全屏蔽或双芯片分开。

　　三代产品明显优势特点（实际效果）：

　　（1） 定位时间快：无论冷启动、温启、热启，重捕时间均快5-30秒钟（与二代相比）。

　　（2） 高感度：即在高楼、树荫、桥下、遮档、遂洞、窗口、车内，甚至车底盘下仍可很快定位收4颗以上卫星。常说：有点天空就可定位（单星定位），也就是《给点阳光就灿烂》。

　　（3） 抗干扰性能：高压线、电场、磁场、高速动态、微波、手机，同频干扰的环境下仍能正常工作。

　　（4） 功耗低、省电：降低了功耗，甚至有睡眠状态（静态不工作），可以节电，提高产品待机时间。

　　（5） 体积小，性能价格比好：体积小，重量轻，这是社会的需求和发展趋势，可以扩大更多的应用范围和领域。

　　结论：总之，了解关注三代芯片，切勿神话三代芯片，“不管黑猫、白猫抓住老鼠就是好猫”，理论联系实际，适合自己的就是最好的。

三代芯片优势特点

　　使用者只要对三代芯片具体技术指标一般了解即可，而更主要比较观察是否有以下特征。

　　（1）定位时间快：没有论冷启动、温启、热启，重捕时间均快5-30秒（同二代相比），实际上大部使用者也不差这十几秒钟。

　　（2）高感度：即在高楼、树荫、桥下、遮档、遂洞、窗口、车内，甚至车的底盘下仍可很快定位收4颗以上卫星。常说：有点天空就可以定位（单星定位），即《给点阳光就灿烂》。

　　（3）抗干扰性能：高压线、电场、磁场、高速动态、微波、手机，同频干扰环境下仍能正常工作。

　　（4）功耗低、省电：降低功耗，甚至睡眠状态（静态不工作），可以节省电量，提高产品待机的时间。

　　（5）体积小，性价比好：体积小，重量轻，这是社会需求和发展的趋势，可以扩大更多应用范围和领域。 

用途

　　2008年6月24日，Databeans发布的一份研究报告表示，全球定位系统（GPS）IC的需求在上升。芯片价格大幅下跌，并且开始在手机市场、以及成熟的PND和汽车市场寻求更多的机会。

　　GPS设备利用的是多年前发射的一个基于军事目的开发的美国卫星系统。我们在地面用接收器接收来自卫星的坐标数据。接收装置与这些卫星互相传送信号，确定接收器所在的位置，并且计算出经度、纬度、甚至高度。凭借不断地与卫星进的信号传递，接收器能够在设定时间内采集数据，并计算出速度、距离和达到预设点的预计时间。

　　GPS技术的应用曾受到成本的影响，但如今芯片价格大幅降低，越来越多的手机和汽车都配备了GPS功能，而且技术不断在消费者领域得到普及。GPS电子设备的出货量在2007年达到一亿两千六百万台，年度复合增长率达到20%，2013年将达到5亿台。 

工作原理

　　GPS芯片的工作原理主要基于卫星定位原理，通过接收卫星发射的信号，进行信号处理和计算，最终得到定位结果。以下是GPS芯片工作原理的详细解释：

一、核心组成部分及功能

　　GPS接收器：这是GPS芯片中最重要的部分，负责接收来自卫星的信号。这些信号包含卫星的位置信息和时间信息。

　　天线：用于接收卫星信号并将其传输到GPS接收器。不同种类的天线对GPS定位的精度和灵敏度有不同的影响。

　　基带处理器：主要用于解码GPS接收器接收到的卫星信号，通过内置的算法计算接收器所处的位置坐标。这些算法能够不断计算接收器位置坐标，并更新数据，确保定位的准确性。

二、工作原理步骤

　　1、信号接收：GPS芯片通过天线接收卫星发射的信号。这些信号是卫星在轨道上运行时，连续发送的带有运行轨道、卫星时钟的改正参数、电离层延迟修正参数及卫星的工作状态等信息的二进制码导航电文。

　　2、信号处理：接收到卫星信号后，GPS芯片内部的处理器对信号进行解码和计算。这一过程包括提取卫星的位置信息和时间信息，以及处理任何必要的改正数（如电离层和对流层的折射改正，卫星时钟和接收机时钟的钟差改正等）。

　　3、位置计算：基于提取的卫星位置信息和时间信息，以及处理器中的算法，GPS芯片计算出接收设备的位置信息。这通常包括经度、纬度、高度、速度和时间等。

三、定位精度与影响因素

　　天线品质：天线的性能直接影响接收到的卫星信号的强度和稳定性，从而影响定位精度。

　　芯片性能：GPS芯片的处理速度和算法优化程度也会影响定位速度和精度。

　　卫星数量和分布：为了获得准确的定位结果，通常需要至少四颗卫星的信号。卫星的数量和分布越广泛，定位精度通常越高。

　　环境因素：如大气层（电离层和对流层）的折射、多路径效应等也会影响定位精度。

四、应用领域

　　GPS芯片广泛应用于航空航天、汽车导航、物流运输、智能手机、电子手表等多个领域。它使得这些设备能够实现精确定位和导航功能，为人们的生活和工作带来了极大的便利。

　　综上所述，GPS芯片的工作原理是一个涉及信号接收、信号处理和位置计算的复杂过程。通过不断优化芯片性能、改进算法以及提高天线的品质，可以进一步提高GPS芯片的定位精度和可靠性。