Telematics的应用模式与系统设计要领

GPS系统设计要领

在Telematics系统中，GPS接收器已是不可或缺的一个核心。评断GPS效能的指标主要有四项，分别是：第一次定位时间（Time to first fix；TTFF）、准确性（Position accuracy）、灵敏度（Sensitivity）及通道数量（channel number）。其中最被重视的指标为TTFF，在毫无卫星资料的冷启动状况下，目前市场上多数GPS接收器的首次定位时间至少需要35～38秒，若遇到收讯不良的环境，更动辄需要一分钟以上的时间。

GPS接收器包括射频（RF）及数位基频两大部分，更仔细地来看，它是由RF前端、GPS引擎、处理器（通常为ARM7）、记忆体（ROM／RAM）和即时时脉（RTC）IC等单元所组成；其外部还有被动或主动天线，以及搭配温度补偿型振荡器（TCXO）；如果有特殊的应用需求，还得使用到外部的Flash EPROM或Serial EEPROM等记忆体。

这些单元可以采离散式（discrete）的作法来提高设计上的弹性，也能采整合式的策略，即将多个单元整合为一颗系统单晶片（SoC）、单封装（SiP）或模组，以降低设计的难度及成本。以ST的Cartesio系统单晶片为例，它将基频与射频功能整合于小型的QFN-68封装之中。它在基频部分采用ARM7TDMI为核心，时脉可高达66MHz；在射频部分为主动天线系统，含有易与被动天线连接的介面；此外，它还内建ROM及SRAM记忆体。由于只需要用到少数的外部元件，因此能降低总体物料（BOM）成本；其小尺寸能让产品设计更为轻薄短小，而且具有低功耗的优势；不仅如此，此类整合性产品也让工程师省下调校射频与基频整合的研究心力，能加速产品上市时间。


《图二　整合GPS功能的汽車用应用处理器架构图》

此外，在系统设计上还有一些需注意的要领，包括功耗的降低和杂讯、干扰的抑制。以GPS接收器来说，相关器的运作是产生功耗的主要来源，因此最好能分别控制每个相关器通道，也就是当不需要启动所有通道的时候，系统能自动调整为仅启动所需的相关器通道，以降低功耗。此外，透过备用电池的使用，能将电源电压降低，这也有助于节省功耗。

从高频转低频的过程，是杂讯产生的主要环节，在此过程中必须妥善抑制杂讯的产生，例如将SAMP CLK的讯号谐波降到最小，以免混杂在中频（IF）链路当中，这可透过在射频前端与相关器之间配置适当的电阻器来达成抑制的目标。此外，各单元在电路上的布局和布线，也会影响干扰的状况，因此需要进行妥善的规划。


其他设计议题

多媒体系统

在车载多媒体系统的设计上，需要采用更为先进的处理架构来满足复杂的影音应用功能。除了主处理器核心外，特殊的硬体设计是有必要的，例如透过视讯加速器、音讯加速器、2D／3D绘图加速器、Java加速器、加速功能硬体（Acceleration hardware）等专属硬体来分散处理资源，并加速完成工作。

汽车的多媒体系统还是以音讯为主体，而今日的汽车音讯次系统必须支援多种音讯标准，如MP3、AAC、AAC+、WMA、Midi合成，以及高阶多通道音讯，如MP3Pro、MWA、DTS-ES、 AAC、Dolby Digital-EX等，还得提供杂讯抑制、回声消除、立体声强化与环绕音效等功能。此外，强化的3D绘图加速器，可用于地图绘制和人机介面的显示功能。

在车用音讯广播方面，目前全球存在多种类比与数位的规格，类比方面包括既有的AM及FM频道，以及美国的天气频道（weather band）。类比音讯广播仍是今日车载广播的主流应用，核心架构包括AM／FM接收器及播放机制、驱动多个喇叭的音讯功率放大器，其中接收器又包括RF的解调器（tuner）及讯号处理的音讯处理器。

数位音讯广播又可分为地面广播，包括DAB／DMB、Digital Radio Mondiale（DRM）、HD Radio，以及卫星广播，包括XM Radio、Sirius和WorldSpace。其中数位音讯广播让基地台能更有效的利用频谱、接收性能也能提升，也更容易使用，而且除了声音的传送外，它也能同时传送影像与数据服务，因此已是汽车娱乐的重要应用趋势。

在技术上，数位音讯广播将高频类比讯号转为中频后，再转为数位讯号，透过数位讯号处理（DSP）技术，包括声调（tone）、音量、渐大渐小和平衡，以及声音的参数性等化等音讯效果都能进行数位化的处理，可有效改善接收稳定性及音讯品质。


《图三　数字音频广播系统硬件架构图》

CAN总线协议

车机Telematics系统与PND等独立型设备的最大的差异之一，就是Telematics系统往往必须支援车内通讯协定。目前常见或发展中的车内通讯协定包括CAN、LIN、MOST、FlexRay、byteflight、In vehicle等等，对Telematics来说，CAN协定最为重要。 CAN具有极佳的容错能力，能够长时间在恶劣的温度、压力及粉尘环境下以高安全等级来支援分散式、关键性的即时控制，而且具备低成本和易建置的特色，因此广泛被车辆制造业所采用。