GPS智能天线模块在系统集成中的选择和性能考量

摘要：GPS已从一种集成产品发展成综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芯片组、GPS模块或智能天线模块来实现系统集成。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。

中心论题：

· 智能天线方案选择思路
· 片状天线与螺旋天线的性能对比
· 影响智能天线模块在终端产品中应用的因素

解决方案：

· 选择GPS接收机时时考虑技术性以及非技术性要求
· 选择智能天线模块

GPS已从一种集成产品发展成综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芯片组、GPS模块或智能天线模块来实现系统集成。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。本文提供了智能天线方案选择思路，并讨论了片状天线和螺旋天线的性能对比以及影响智能天线模块在终端产品中嵌入应用的因素。

近年来，GPS已从一种集成产品发展成综合系统解决方案的一部分。这种转变的动因是GPS的小型化进程和对降低成本的追求。高度集成的信号混合芯片完成RF前端功能，整个系统由包括GPS硬件、强大的处理内核、嵌入式存储器的芯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芯片组、GPS模块或智能天线模块来实现系统集成。每种方案都有各自的利弊：基于芯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；而智能天线模块是快速系统集成的正确选择，在快速系统集成应用中，基于这种充分设计的GPS子系统，集成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。在开始批量生产的时候，采用智能天线模块会显著简化物料采购储备工作和产品的测试流程。

图1：GPS系统需求分析

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集成等级的产品。即使现在的GPS接收机看起来可以用于简单直接的系统集成，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(如节能模式和支持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、跟踪灵敏度和功耗，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。对智能天线模块来说，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：功耗的降低可以通过缩减硬件架构得以实现，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。有限的项目周期、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集成等级，这一等级最好被视为衡量自己研发工作技术深度的标尺。所选的系统集成等级会影响项目复杂度、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。对产品批量小的项目来说，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。对产品批量大的项目来说，开发成本对项目本身的影响可以忽略，为了优化产品成本，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，例如项目延期和出现产品质量缺陷。性能差、质量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。

在项目进行的初期阶段就必须确定系统集成等级，它会影响对OEM GPS接收机的选择。选定的系统集成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芯片组设计可以提供最大的灵活性和产品优化。基于芯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。基于芯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