GPS智慧天线在系统整合中的选择和性能考量

GPS已从一种整合产品发展成整合系统解决方案的一部分。目前原始设备制造商(OEM)可以选择用GPS晶片组、GPS模组或智慧天线模组来实现系统整合。每种方案都有各自的利弊，OEM在选择之前需要根据其整个系统的要求做出评估。本文提供了智慧天线方案选择概念，并讨论了片状天线和螺旋天线的性能对比以及影响智慧天线模组在终端产品中嵌入应用的因素。

近年来，GPS已从一种整合产品发展成整合系统解决方案的一部分。这种转变的原因是GPS的小型化发展和对降低成本的追求。高度整合的讯号混合晶片完成RF前端功能，整个系统由包括GPS硬体、强大的处理核心、嵌入式记忆体的晶片以及小型电子元件构成，这些使得GPS小型化成为可能。OEM可以选择用GPS晶片组、GPS模组或智慧天线模组来实现系统整合。每种方案都有各自的利弊：基于晶片组的设计能提供高度的灵活性，但同时设计需要投入大量精力，并要求设计工程师掌握丰富的RF知识；而智慧天线模组是快速系统整合的正确选择，在快速系统整合应用中，基于这种充分设计GPS子系统，整合只需要最短的开发时间、最低的开发成本以及最小的开发风险。在开始量产的时候，采用智慧天线模组会显着简化物料采购储备工作和产品的测试流程。

GPS智慧天线模组在系统整合中的选择和性能考量

目前，市场上价格适中的GPS接收机种类丰富，可满足OEM的不同需求。GPS生产商提供不同性能和不同系统整合等级的产品。即使现在的GPS接收机看起来可以用于简单直接的系统整合，然而由于市场上存在大量可供选择的产品，使得OEM厂商仍然很难做出最恰当的选择。因此，建议OEM厂商在做出选择之前先确定GPS接收机需要满足的要求，包括技术和非技术因素，如图1中所示。

系统的技术或非技术性要求

技术性要求包括特性(如节能模式和支援SBAS)、易用性(特别是易配置性)和既要定性也要定量的性能标准。定量指标指可测参数，如准确度、启动性能、追踪灵敏度和功耗，定性指标包括由外场测试获得的可预期定位结果。有些GPS接收机在实验室里测得的技术指标可能很好，但很可能外场测试就不行。外场测试暴露出技术特性上的弱点或缺陷。不管GPS接收机技术怎样发展，都仍会存在由于某种权衡造成的性能上的折衷。对智慧天线模组来说，片状天线(patch antenna)及其地面层的小型化是以牺牲灵敏度为代价的。对低功耗的追求带来了另一种性能折衷：功耗的降低可以透过缩减硬体架构得以实现，例如减少通道数和时/频搜索窗口，但同时启动性能便会打折扣。

工程师往往侧重于关心技术性要求而忽视非技术性要求的重要性。有限的计画周期、预算和可利用的内部研发资源都会对产品设计产生影响。工程师需要谨慎地决定系统整合等级，这一等级最好被视为衡量自己研发工作技术深度的标尺。所选的系统整合等级会影响计画复杂度、进度、成本、产品和物料采备。在评估GPS接收机时，成本因素扮演了重要角色。对产品量小的计画来说，最初的开发成本在整个产品成本中占据了最大的一部分，必须着重考虑。对产品量大的计画来说，开发成本对计画本身的影响可以忽略，为了最佳化产品成本，需要在研发过程中投入充足的时间和资源。

GPS厂商间的激烈竞争造成GPS产品的低价，工程师和采购经理很容易被价格因素吸引而选择最便宜的那种。请注意，单纯地只关心产品成本而忽视其它要求很可能会导致令人失望的结果，例如计画延期和出现产品品质缺陷。性能差、品质达不到预期要求以及让用户不满意，都是GPS嵌入式产品最不希望见到的。

在计画进行的初期阶段就必须确定系统整合等级，它会影响对OEM GPS接收机的选择。选定的系统整合等级类似于在设计复杂度和有限的周期、技巧和可用资源之间进行的一种权衡。

基于GPS晶片组设计可以提供最大的灵活性和产品最佳化。基于晶片组的设计需要开发工程师具备RF设计方面的丰富技巧和经验，以完成产品开发并提供全面彻底的配套产品测试系统。基于晶片组的产品设计开发周期通常超过一年，成本较高，同时技术风险不容忽视。一般会进行三次或以上的产品原型测试，产品方可定型，在开发过程中强烈建议与GPS厂商紧密合作。总之，高昂的设计费用、较大风险和复杂的物料来源(20-40个来自不同半导体公司的元件)，使得这种方式仅适用于有大规模应用潜力的产品。

GPS模组可以作为晶片组的替代选择。模组包含完整的GPS功能，允许开发工程师进行快速系统整合，而无需面对在开发过程中RF和GPS设计缺陷的麻烦。开发工程师只需要具备基本的RF知识，指定天线类型并将天线设计到模组的链路上。模