專利名稱：針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的gps芯片構(gòu)架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于全球定位系統(tǒng)(例如GPS系統(tǒng))的接收機(jī)領(lǐng)域，尤其 是應(yīng)用于手持設(shè)備的超低功耗、低成本接收機(jī)基帶芯片領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星定位與導(dǎo)航系統(tǒng)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)，包括一組發(fā)送 GPS信號的一個衛(wèi)星星座(又被稱為Navstar衛(wèi)星)，該GPS信號能被接 收機(jī)用來確定該接收機(jī)的位置。衛(wèi)星軌道被安排在多個平面內(nèi)，以便在地 球上任何位置都能從至少四顆衛(wèi)星接收該種信號。更典型的情況是，在地 球上絕大多數(shù)地方都能從六顆以上衛(wèi)星接收該種信號。
每一顆GPS衛(wèi)星所傳送的GPS信號都是直接序列擴(kuò)展頻信號。商業(yè)上 使用的信號與標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPS)有關(guān)，而且被稱之為粗碼(C/A碼) 的直接序列二相擴(kuò)展信號，在1575.42MHz的載波下，具有每秒1.023兆 碼片的速率。偽隨機(jī)噪聲(PN)序列長度是1023個碼片，對應(yīng)于l毫秒 的時間周期。每一顆衛(wèi)星發(fā)射不同的PN碼(Gold碼)，使得信號能夠從 幾顆衛(wèi)星同時發(fā)送，并由一接收機(jī)同時接收，相互間幾乎無干擾。術(shù)語"衛(wèi) 星星號"和這個PN碼相關(guān)，可以用以標(biāo)示不同的GPS衛(wèi)星。
GPS的調(diào)制信號是導(dǎo)航電文(又被稱為D碼)和PN碼的組合碼。導(dǎo)航電 文的速率為每秒50比特。D碼的基本單位是一個1500比特的主幀，主幀 又分為5個300比特的子幀。其中子幀一包含了標(biāo)識碼，星種數(shù)據(jù)齡期， 衛(wèi)星時鐘修正參數(shù)信息。子幀二和子幀三包含了實(shí)時的GPS衛(wèi)星星歷 (ephemeris)，星歷是當(dāng)前導(dǎo)航定位信息的最主要內(nèi)容。子幀四和子幀五 包含了 1-32顆衛(wèi)星的健康狀況，UTC校準(zhǔn)信息和電離層修正參數(shù)及1-32 顆衛(wèi)星的歷書(alamanc)。歷書是衛(wèi)星星歷參數(shù)的簡化子集。其每12.5分鐘廣播一次，壽命為一周，可延長至2個月。
GPS接收機(jī)的主要目標(biāo)之一是確定PN碼的發(fā)射時間。術(shù)語"PN碼發(fā) 射時間"指GPS衛(wèi)星PN碼到從GPS衛(wèi)星發(fā)射的時間。這是通過將(每 一接收信號)本地產(chǎn)生的PN參考信號與接收的信號相比并且"滑動"本 地基準(zhǔn)直至與接收信號在時間上對齊來完成的。通過稱之為"相關(guān)"的相 乘和積分過程，將這兩個信號相互比較。當(dāng)兩個信號在時間上是對齊時， 輸出的結(jié)果為最大。通過這種方法可以使接收機(jī)時間和GPS時間同步上。
包含在導(dǎo)航電文中的，與絕對時間信號相關(guān)聯(lián)的周時間(TOW)數(shù)據(jù) 使GPS接收機(jī)能夠精確地和可靠地確定本地GPS時間。TOW數(shù)據(jù)由所 有的衛(wèi)星按6秒鐘的時間間隔傳送。GPS接收機(jī)可以使用絕對時間信號以 準(zhǔn)確地確定位置。 一旦知道了位置所在，可以通過利用接收機(jī)和衛(wèi)星之間 的，可計算的傳播延遲來補(bǔ)償接收機(jī)從衛(wèi)星導(dǎo)航電文中得到的明確的時間 得到。
GPS信號所包含的數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息可以在接口控制文件(Interface Con加l Document)ICD-GPS-200C中找到，該文件于1993年制定，于2003 年更§ ， 由Rockwell Internation Corporation出版。
GPS基帶處理芯片是GPS接收機(jī)的核心，其核心指標(biāo)為靈敏度，功 耗，首次定位時間TTFF，成本等。對于手持和移動設(shè)備而言，功耗和成 本是最為關(guān)鍵的兩項(xiàng)指標(biāo)。傳統(tǒng)的GPS基帶處理芯片主要包含了捕獲通 道、跟蹤通道、嵌入式微處理器及為其服務(wù)的內(nèi)部總線、片內(nèi)ROM 、片 內(nèi)RAM、片內(nèi)Flash 、實(shí)時時鐘和輸出接口等。其中嵌入式微處理器及 片內(nèi)ROM/Flash占據(jù)了相當(dāng)?shù)男酒娣e，而且由于嵌入式微處理的相對復(fù) 雜性，使得芯片功耗也居高不下。然而傳統(tǒng)GPS基帶處理芯片不是針對移 動和手持應(yīng)用設(shè)計，因此這兩方面的要求也不是非常迫切。新一代的GPS 基帶處理芯片已經(jīng)開始著手改進(jìn)這兩個方面的性能，例如引入常用的功耗 管理，自適應(yīng)變換工作頻率特別是搜索通道的頻率，脈沖式的搜索方式， 突發(fā)式的跟蹤維持等等，取得了良好的效果，有些產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)70mW以 下的平均功率。但是這類芯片往往只是從局限于基帶處理芯片本身，甚至 往往只是捕獲模塊，而沒有從系統(tǒng)整體的角度考慮，功耗降低步明顯。而 且隨著設(shè)計復(fù)雜性大大增加，廠家往往只能利用提高工藝的方式實(shí)現(xiàn)芯片面積的減小，使得芯片成本居高不下。
手持移動設(shè)備往往擁有一個相對強(qiáng)勁的主微處理器，其運(yùn)算和存儲資 源相對豐富，甚至通信模塊中的晶振精度都相對較高，如何充分利用這些 己有資源，降低整體成本和功耗是一個GPS基帶芯片構(gòu)架的一個重要研究 方向。
手持/移動設(shè)備(特別是手機(jī)設(shè)備)往往擁有一個通信模塊，利用額外
提供的輔助信息，如AGPS信息即可以提高GPS的定位速度和靈敏度。 利用何種結(jié)構(gòu)使得GPS結(jié)構(gòu)能夠更有效地接收和利用輔助信息提高GPS 性能也是GPS基帶芯片構(gòu)架乃至手持/移動設(shè)備構(gòu)架的一個重要研究方 向。己經(jīng)有些廠家做出了嘗試，例如有的產(chǎn)品將GPS基帶處理作為一個子 模塊融合進(jìn)通信基帶中，有成本低，系統(tǒng)應(yīng)用簡單等優(yōu)點(diǎn)，同時也有著 GPS相關(guān)性能不高，不能搭配第三方的處理芯片等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種針對移動/手持設(shè)備優(yōu)化的GPS接收機(jī)基帶處理芯片 構(gòu)架。
該構(gòu)架的基帶芯片和外部主控模塊及通信模塊一起工作?；鶐幚硇?片使用一個簡單的控制模塊代替復(fù)雜而龐大的嵌入式微處理器，完成GPS 信號的接收、捕獲、跟蹤、同步和解調(diào)等工作。用戶位置等信息由主控 微處理器通過各種接口獲取基帶處理芯片提供的中間解算信息解算獲得。 此外主控微處理器還負(fù)責(zé)基帶處理芯片的啟動和一些特殊情況的控制。主 控微處理器和基帶處理芯片由一個雙口 RAM實(shí)現(xiàn)同步和交互。同時主控 微處理器還可以利用通信模塊獲得的AGPS輔助信息提高系統(tǒng)靈敏度和降 低首次定位時間。
該系統(tǒng)包含
一個GPS處理模塊，負(fù)責(zé)信號的接收、捕獲、跟蹤、同步和導(dǎo)航電文 解調(diào)；
一個通信模塊，負(fù)責(zé)通信相關(guān)的語音，圖像，數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)流的編解碼、 調(diào)制解調(diào)和傳輸；
一個主控模塊，包含一主控微處理器，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制以及上層應(yīng)用，對GPS基帶處理芯片進(jìn)行控制以及用戶坐標(biāo)的解算。
進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊包含了一個高精度的實(shí)時時鐘。
進(jìn)一步地，所述實(shí)時時鐘能夠被接收機(jī)計算出的UTC時間校準(zhǔn)，并能
被接收機(jī)隨時讀取，同時該接收機(jī)能夠通過外部電池供電保證接收機(jī)掉電 后可以繼續(xù)工作。
進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊包含了一個雙口 RAM。
進(jìn)一步地，所述雙口RAM中存儲GPS處理模塊的全局控制變量、各 通道控制變量和中間解算信息三部分內(nèi)容。
進(jìn)一步地，主控模塊通過修改所述雙口 RAM中的全局控制變量實(shí)現(xiàn)和 各通道控制變量實(shí)現(xiàn)對GPS基帶處理模塊的控制。
進(jìn)一步地，主控模塊讀取所述雙口RAM中的中間解算信息，進(jìn)而在其 內(nèi)部實(shí)現(xiàn)用戶位置等信息的解算。
進(jìn)一步地，所述雙口RAM中的全局控制變量包括定時器周期、初始 化捕獲門限、環(huán)路濾波器系數(shù)、載波搜索頻點(diǎn)、PN碼碼初相位、各通道 星歷地址、計算常量和重置控制器。
進(jìn)一步地，所述雙口RAM中的各通道控制變量包括搜索引擎相關(guān)寄 存器、本通道捕獲門限、搜索空間索引、跟蹤引擎相關(guān)寄存器、碼環(huán)相關(guān) 寄存器、位同步寄存器、幀同步寄存器、載波相位量、重捕控制和通道使 能控制。
進(jìn)一步地，雙口RAM中的解算中間變量包括各通道衛(wèi)星星號強(qiáng)度、 時間寄存器堆、各通道星歷和歷書。
進(jìn)一步地，普通定位要求下，主控微處理器按照查詢的方式定期訪問 雙口 RAM。
進(jìn)一步地，在實(shí)時性要求高時， 一旦中間解算數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢即向主控 微處理器發(fā)出中斷請求信號實(shí)現(xiàn)快速定位。
進(jìn)一步地，所述主控微處理器通過DMA方式讀取中間解算信息。 進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊通過SPI接口和主控微處理器進(jìn)行通信。 進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊通過UART接口和主控微處理器進(jìn)行通信。
進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊通過I2C接口和主控微處理器進(jìn)行通信。進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊通過總線接口和主控微處理器進(jìn)行通信。
進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊通過HPI接口和主控微處理器進(jìn)行通信。 進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊通過SPI、 UART、 I2C、總線和HPI的 組合與主控微處理器進(jìn)行通信。
進(jìn)一步地，所述通信模塊還負(fù)責(zé)獲取AGPS的輔助信息。 進(jìn)一步地，所述主控微處理器對GPS基帶處理模塊的控制包括啟動控 制和特殊情況處理兩部分，主控微處理器在GPS基帶處理模塊啟動和出現(xiàn) 特殊情況時介入對GPS基帶處理模塊的控制。 進(jìn)一步地，所述啟動控制包括以下步驟 獲取先驗(yàn)信息； 預(yù)測啟動時的可見衛(wèi)星星號； 預(yù)測可見衛(wèi)星的多普勒頻偏； 預(yù)測可見衛(wèi)星的PN碼碼相位； 生成頻率搜索空間； 生成碼相位搜索空間；
利用上述信息初始化搜索通道，啟動GPS基帶處理模塊的捕獲過程。
進(jìn)一步地，所述先驗(yàn)信息是由GPS模塊計算獲得并存儲的先驗(yàn)信息。
進(jìn)一步地，所述先驗(yàn)信息是通信模塊獲得的輔助信息。
進(jìn)一步地，所述先驗(yàn)信息是GPS模塊計算獲得并存儲的先驗(yàn)信息和通
信模塊獲得的輔助信息的組合。
進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊計算結(jié)果存儲在主控模塊的Flash存儲器中。
進(jìn)一步地，所述特殊情況包括丟失衛(wèi)星、定位頻率變化、模式轉(zhuǎn)換、
功耗管理、晶振校準(zhǔn)。
進(jìn)一步地，所述GPS處理模塊和通信模塊通用一個外部晶振。 進(jìn)一步地，所述GPS基帶處理模塊內(nèi)部存在一個頻率生成器以適應(yīng)不
同通信模塊使用的不同晶振。
該構(gòu)架充分利用了移動/手持設(shè)備己有硬件資源，大大減小了 GPS芯片的面積和功耗，能夠有效簡化系統(tǒng)設(shè)計，降低系統(tǒng)功耗和成本。同時改進(jìn) 了基帶芯片和主控微處理器的交互，具有控制靈活多樣，擴(kuò)展性強(qiáng)，使用 方便，適用面廣等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是GPS接收機(jī)定位解算的一般流程；
圖2是一個針對移動/手持設(shè)備應(yīng)用的GPS接收機(jī)的典型系統(tǒng)組成框
圖3是一個典型的GPS處理模塊細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)框圖4是另一個針對移動/手持設(shè)備應(yīng)用GPS接收機(jī)已有設(shè)計的系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)框圖5是本發(fā)明的一個較優(yōu)實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖6是本發(fā)明的一個較優(yōu)實(shí)施例GPS處理模塊的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)框圖7是本發(fā)明的一個較優(yōu)實(shí)施例的雙口 RAM劃分圖8是本發(fā)明一個較優(yōu)實(shí)施例主控微處理器的工作流程框圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí) 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1描述了 GPS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的流程。該過程從接收機(jī)上電初始化 101開始，直至解算出接收機(jī)位置106結(jié)束，完成了一次定位解算，隨即 開始新一輪計算過程。這個過程是由Tick生成器生成的Tick信號觸發(fā)的。 Tick生成器由晶振驅(qū)動，兩次tick信號的間隔嚴(yán)格精準(zhǔn)只和晶振的頻率精 確度有關(guān)。通常接收機(jī)上電后進(jìn)入捕獲狀態(tài)102，搜索以確定視線內(nèi)的衛(wèi) 星、可見衛(wèi)星的載波頻率以及PN碼的碼相位。這個狀態(tài)下對載波頻率的 搜索是粗糙的，通常在數(shù)百赫茲的量級。之后進(jìn)入頻率牽引狀態(tài)103，把 本地頻率牽引到和衛(wèi)星載波頻率相差幾個赫茲的量級，同時進(jìn)行比特同
步。完成頻率牽引后，接收機(jī)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)104，完成幀同步，即可以進(jìn) 入解調(diào)電文狀態(tài)105，將載波上調(diào)制的電文解調(diào)出來用于在隨后的解算狀 態(tài)106下計算接收機(jī)位置。圖2描述了針對移動/手持設(shè)備應(yīng)用的GPS接收機(jī)的系統(tǒng)組成。目前市 面上大部分針對移動/手持設(shè)備應(yīng)用的GPS接收機(jī)都是用類似結(jié)構(gòu)，另外
一些針對其他應(yīng)用的GPS接收機(jī)，如無通信功能的車載GPS定位導(dǎo)航系 統(tǒng)，也采取了類似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，只是沒有缺少了通信模塊。整個GPS應(yīng)用 系統(tǒng)由GPS處理模塊210，通信處理模塊216和主控模塊224組成。GPS 處理模塊210主要負(fù)責(zé)GPS信號的接收、捕獲、跟蹤、同步、解調(diào)、解 算及輸出，即圖l所示的功能。通信處理模塊216主要負(fù)責(zé)通信部分的處 理，例如2G、 3G通話，數(shù)據(jù)流的處理。主控模塊主要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控 制、GPS和通信功能的應(yīng)用，以及一些其他應(yīng)用，例如多媒體應(yīng)用。下面 將分塊詳述。
GPS處理模塊210由GPS天線201，射頻前端202， GPS基帶處理模 塊225，和外部晶振211組成。GPS射頻RF信號由GPS天線接收后進(jìn)入 射頻前端，變換到數(shù)字中頻后迸入GPS基帶處理進(jìn)行處理，計算出定位坐 標(biāo)后輸出給主控微處理器做進(jìn)一步的應(yīng)用。GPS基帶處理包括GPS相關(guān) 邏輯203，嵌入式微處理器204，實(shí)時時鐘205，內(nèi)部ROM206，內(nèi)部Flash 207,內(nèi)部RAM208和輸出接口 209。外部晶振為射頻前端和基帶處理提 供頻率基準(zhǔn)，有的產(chǎn)品中射頻前端和GPS基帶處理共用一個晶振，也有的 產(chǎn)品射頻前端和GPS基帶處理使用不同的晶振。GPS相關(guān)邏輯包括了用 于捕獲、跟蹤、解擴(kuò)、解調(diào)功能的硬件邏輯，其細(xì)節(jié)將在圖3中詳述。嵌 入式微處理器負(fù)責(zé)控制整個基帶模塊，以及解算用戶坐標(biāo)。內(nèi)部ROM 206 用于存儲嵌入式微處理器使用的程序。也有些產(chǎn)品將這些程序也存儲在內(nèi) 部Flash 207中以便日后的升級，同時省去了內(nèi)部ROM。內(nèi)部Flash還用 于存儲一些需要在掉電后需要保留的信息，如GPS衛(wèi)星歷書等為快速啟動 服務(wù)的先驗(yàn)信息。內(nèi)部RAM 208供嵌入式處理器運(yùn)行程序使用。實(shí)時時 鐘205用以提供時間基準(zhǔn)。通常該時鐘可以由片外電池獨(dú)立供電，保證系 統(tǒng)掉電的情況下仍能正常工作。片內(nèi)RAM、片內(nèi)Flash和實(shí)時時鐘通過內(nèi) 部總線108和嵌入式處理器相連。另外一些產(chǎn)品將RAM、 Flash和實(shí)時時 鐘的一部分或者全部置于芯片之外，利用額外的芯片實(shí)現(xiàn)。輸出接口 209 將計算獲得用戶坐標(biāo)及其他信息按照規(guī)定的格式輸出給主控處理器。NMEA0183是一種被廣泛接受的輸出標(biāo)準(zhǔn)。 一些GPS基帶處理芯片廠商 也制定了自己專有的輸出格式，如SiRF公司的SiRF bin格式。
通信處理模塊主要有通信天線212，射頻前端214和基帶處理芯片215 以及外部晶振213組成，完成通信相關(guān)的語音，圖像，數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)流的編 解碼、調(diào)制解調(diào)和傳輸。本發(fā)明不涉及該部分內(nèi)容，且本行業(yè)內(nèi)熟練人員 皆熟知，因此不再贅述。
主控模塊224負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制以及各種應(yīng)用。 一個典型的例子為 接收并分析由GPS基帶處理芯片傳入的信息，結(jié)合電子地圖程序，將用戶 位置周圍的電子地圖顯示在LCD 222上，進(jìn)而利用用戶當(dāng)前位置坐標(biāo)和用 戶目的地坐標(biāo)為用戶提供導(dǎo)航服務(wù)。主控模塊由主控微處理器217， ROM 218， Flash219， RAM 220， LCD 222，其他外設(shè)223和總線218組成。主 控微處理器通過總線訪問ROM， RAM, LCD和其他外設(shè)。
該方案沒有充分利用主控模塊強(qiáng)大的計算資源和相對充裕的存儲資 源，整體成本和功耗較高，對于手持/移動設(shè)備的應(yīng)用存在一些制約。
圖3詳細(xì)描述了典型GPS處理模塊的細(xì)節(jié)。GPS射頻RF信號由GPS 天線301接收后進(jìn)入射頻前端302，首先經(jīng)過前置低噪聲放大器放大，然 后由下變頻器下變頻到模擬中頻IF。進(jìn)而，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換為 數(shù)字中頻交由基帶處理部分作基帶處理。
數(shù)字中頻進(jìn)入基帶處理模塊后首先進(jìn)入AD buffer進(jìn)行緩存，進(jìn)而進(jìn)入 捕獲通道306以搜索視野內(nèi)的GPS衛(wèi)星，確定各可見衛(wèi)星，及其發(fā)射信號 的載波多普勒和PN碼碼相位。在完成捕獲后，跟蹤通道307則對捕獲到 的衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，并與之同步，以便計算出PN碼的發(fā)射時間，同時解調(diào) 出導(dǎo)航電文用以定位。所述同步包括比特同步和幀同步。捕獲通道和跟蹤 通道通常都由不同數(shù)目的并行獨(dú)立通道組成，其捕獲通道和跟蹤通道的數(shù) 目是可以根據(jù)性能、成本、功耗等要求靈活改變的，也跟搜索策略有關(guān)。 如SiRF II & SiRF III芯片組使用了 12個捕獲通道和12個跟蹤通道；(i-box 公司的G5芯片組使用了 32個捕獲通道和18個跟蹤通道。各大GPS接收 芯片公司的捕獲通道和跟蹤通道的結(jié)構(gòu)不盡相同，但功能類似。嵌入式微 處理器308用于控制各個捕獲和跟蹤通道，同時完成解調(diào)電文、計算PN碼的到達(dá)時間，計算偽距，進(jìn)而解算接收機(jī)位置、速度和時間等工作。另
外嵌入式微處理器還通過經(jīng)過自動增益控制AGC 305控制射頻前端302 的輸出，以穩(wěn)定模擬中頻的增益。
嵌入式微處理器通過內(nèi)部總線309訪問片內(nèi)ROM 310、片內(nèi)RAM 311、 片內(nèi)Flash 312和實(shí)時時鐘313。內(nèi)部ROM 310用于存儲嵌入式微處理器 使用的程序。也有些產(chǎn)品將這些程序也存儲在可寫的內(nèi)部Flash 312中以 便日后的升級，同時省略了片內(nèi)ROM。內(nèi)部Flash還用于存儲一些需要在 掉電后需要保留的信息，如GPS衛(wèi)星歷書等為快速啟動服務(wù)的先驗(yàn)信息。 內(nèi)部RAM 208供嵌入式處理器運(yùn)行程序使用。實(shí)時時鐘313用以提供精 確的時間基準(zhǔn)。通常該時鐘可以由片外電池獨(dú)立供電，保證系統(tǒng)掉電的情 況下仍能正常工作。另外一些產(chǎn)品將ROM、 RAM、 Flash和實(shí)時時鐘的一 部分或者全部置于芯片之外，利用額外的芯片實(shí)現(xiàn)。通常將ROM、 RAM、 Flash和實(shí)時時鐘的一部分或者全部放置于芯片內(nèi)部會增加芯片面積和成 本，而放置于芯片之外會增加系統(tǒng)成本。
基帶處理部分通常還有重置控制(Reset) 314用于控制整個芯片的在 不同情況下的重置。以及功耗管理315用以降低整個芯片的功耗。
輸出接口 316將計算獲得用戶坐標(biāo)及其他信息按照規(guī)定的格式輸出給 主控處理器。NMEA0183是一種被廣泛接受的輸出標(biāo)準(zhǔn)。 一些GPS基帶 處理芯片廠商也制定了自己專有的輸出格式，如SiRF公司的SiRF bin格 式。
射頻前端302和基帶處理芯片都是利用外部晶振304作為頻率基準(zhǔn)， 也有一些產(chǎn)品設(shè)計成射頻前端和基帶處理使用不同的晶振。
通常，圖中所示的射頻前端和基帶處理各自被封裝成一個獨(dú)立的芯片。 但也有很多應(yīng)用將兩部分封裝在一起成為SIP系統(tǒng)。而更先進(jìn)的產(chǎn)品將兩 部分合二為一形成單一的SOC芯片。
圖4描述了另一個針對移動/手持設(shè)備應(yīng)用優(yōu)化GPS接收機(jī)已有設(shè)計的 系統(tǒng)組成。其最大的特點(diǎn)就是將GPS處理模塊融入通信模塊中。整個系統(tǒng) 由通信天線401， GPS天線402，通信及GPS模塊412，主控模塊420和 外部晶振421組成。通信及GPS模塊由分工器403，發(fā)射模塊404，接收模塊405和基帶 處理模塊407組成。發(fā)射模塊和接收模塊在處理通信數(shù)據(jù)需求時通過分工 器403共用通信天線401。接收模塊中除了包含通常通訊射頻模塊所有的 功能之外還擁有一個GPS射頻模塊406，用以完成圖2中所示的射頻前端 202的所有功能。GPS信號通過GPS天線402直接傳入接收模塊中的GPS 模塊進(jìn)行處理?；鶐幚砟K407包含了微處理器408，通信基帶處理模 塊409，多媒體應(yīng)用模塊410和GPS基帶處理模塊411。通信基帶處理模 負(fù)責(zé)通信相關(guān)的數(shù)據(jù)基帶處理；多媒體應(yīng)用模塊用于針對多媒體特殊應(yīng)用 增加的邏輯，如MP3/MP4的編解碼；GPS基帶處理模塊用于GPS信號的 基帶處理，完成圖2中基帶處理芯片相同的功能。其中通信基帶處理模塊 409，多媒體應(yīng)用模塊410和GPS基帶處理模塊411共用一個微處理器。
主控模塊420和圖2中的主控模塊類似，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制以及各 種應(yīng)用。 一個典型的例子為接收并分析由GPS基帶處理芯片傳入的信息， 結(jié)合電子地圖程序，將用戶位置周圍的電子地圖顯示在LCD418上，進(jìn)而 利用用戶當(dāng)前位置坐標(biāo)和用戶目的地坐標(biāo)為用戶提供導(dǎo)航服務(wù)。主控模塊 由主控微處理器413， ROM 415， RAM 416， Flash 417， LCD 418，其他
外設(shè)419和總線414組成。主控微處理器通過總線訪問ROM, RAM, LCD
和其他外設(shè)。
這種方案理論上擁有較好的系統(tǒng)成本優(yōu)勢，同時可以更方便地實(shí)現(xiàn)輔 助GPS (Assisted-GPS ，簡稱AGPS)，但是由于硬件上將GPS基帶處理 和通信基帶處理合二為一，因此不能和其他廠家的基帶處理芯片配合使 用，使得應(yīng)用不夠靈活。
圖5描述了本發(fā)明的一個針對移動/手持設(shè)備應(yīng)用優(yōu)化的較優(yōu)實(shí)施例的 系統(tǒng)組成。和圖2所示的系統(tǒng)類似，整個GPS應(yīng)用系統(tǒng)由GPS處理模塊 511，通信處理模塊517和主控模塊525組成。不同的是，GPS處理模塊 511主要負(fù)責(zé)GPS信號的接收、捕獲、跟蹤、同步和解調(diào)，不負(fù)責(zé)解算。 主控模塊除了負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制、GPS和通信功能的上層應(yīng)用，以及一 些其他應(yīng)用外，還負(fù)責(zé)控制GPS基帶處理芯片、獲取解算中間信息并解算 用戶位置等。換而言之，將部分控制任何和解算任務(wù)從基帶處理芯片轉(zhuǎn)移到了主控模塊，從而省去了基帶處理芯片內(nèi)的微處理器及為其服務(wù)的一系
列模塊。通信處理模塊516除負(fù)責(zé)通信部分的處理，例如2G、 3G通話， 數(shù)據(jù)流的處理外，還負(fù)責(zé)GPS輔助信息的獲取。下面將分塊詳述。
GPS處理模塊511由GPS天線501，射頻前端502，和GPS基帶處理 模塊組成，其細(xì)節(jié)將在圖6中詳述。GPS射頻RF信號由GPS天線接收 后進(jìn)入射頻前端，變換到數(shù)字中頻后進(jìn)入GPS基帶處理進(jìn)行處理，計算出 解算中間信息輸出給主控微處理器做進(jìn)一步的解算，而不是輸出最后的定 位結(jié)果。GPS基帶處理包括若干個捕獲通道503，若干個跟蹤通道504， 控制邏輯505，雙口 RAM 506，實(shí)時時鐘507， Reset控制508，功耗控制 509和輸入輸出接口 510。捕獲通道504以搜索視野內(nèi)的GPS衛(wèi)星，確定 各可見衛(wèi)星，及其發(fā)射信號的載波多普勒和PN碼碼相位。在完成捕獲后， 跟蹤通道505則對捕獲到的衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，并與之同步，以便計算出PN 碼的發(fā)射時間，同時解調(diào)出導(dǎo)航電文用以定位。所述同步包括比特同步和 幀同步?？刂七壿?05負(fù)責(zé)對整個芯片的控制，所有的控制變量都存儲在 雙口 RAM 506中，由主控微處理器在初始化時通過輸入輸出接口 510寫 入。所有的中間計算變量也存儲于雙口 RAM由控制邏輯更新。換而言之， 雙口 RAM是主控微處理器和基帶處理芯片通信的橋梁。輸入輸出接口 209將基帶處理芯片的解算中間信息輸出給主控處理器，同時也將主控微 處理器的控制信息傳遞給基帶處理芯片。解算中間信息包括所有可用衛(wèi)星 的發(fā)射時間，導(dǎo)航電文，信號強(qiáng)度等。DMA控制器512用于將雙口RAM 中解算中間信息快速的轉(zhuǎn)遞給主控RAM，方便下一步的計算，同時降低 功耗。輸入輸出接口提供了多種外部接口和主控微處理器通信，這些接口 包括SPI接口， UART接口， 12C接口，總線接口， HPI接口等。微處理 器可以選擇其中的一種或者幾種和GPS基帶處理模塊進(jìn)行通信。實(shí)時時鐘 507用以提供時間基準(zhǔn)。該時鐘可以由片外電池獨(dú)立供電，保證系統(tǒng)掉電 的情況下仍能正常工作。Reset控制508用于控制整個芯片的在不同情況 下的重置。以及功耗管理509用以管理和降低整個芯片的功耗。GPS處理 部分，包括GPS射頻前端和基帶處理，和通信處理模塊共用一個晶振以降 低系統(tǒng)成本。
通信處理模塊主要有通信天線513，射頻前端515和基帶處理芯片516以及外部晶振514組成，完成通信相關(guān)的語音，圖像，數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)流的編 解碼、調(diào)制解調(diào)和傳輸。同時通信處理模塊還負(fù)責(zé)接收用于AGPS的輔助曰息。
主控模塊525負(fù)責(zé)對GPS基帶處理芯片進(jìn)行控制以及用戶坐標(biāo)的解算。 對GPS基帶處理芯片的控制主要是在初始化和丟失信號等特殊情況。用戶 坐標(biāo)的解算是指利用接收到的可用衛(wèi)星信號強(qiáng)度、發(fā)射時間和導(dǎo)航電文， 計算出用戶的坐標(biāo)位置和UTC時間。另外，和圖2所示系統(tǒng)類似，主控 模塊525還負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制以及各種應(yīng)用外。 一個典型的例子為利用 計算獲得用戶坐標(biāo)等信息，結(jié)合電子地圖程序，將用戶位置周圍的電子地 圖顯示在LCD 523上，進(jìn)而利用用戶當(dāng)前位置坐標(biāo)和用戶目的地坐標(biāo)為用 戶提供導(dǎo)航服務(wù)。主控模塊由主控微處理器518， ROM 520， RAM 521， Flash 522， LCD 523，其他外設(shè)524和總線519組成。主控微處理器通過 總線訪問ROM， RAM, LCD和其他外設(shè)。GPS相關(guān)的程序以及需要掉電 后需要保留的信息，如GPS衛(wèi)星歷書等為快速啟動服務(wù)的先驗(yàn)信息都保留 在Flash 522中。
本發(fā)明針對其他應(yīng)用場合的定位導(dǎo)航系統(tǒng)，如無通信功能的車載GPS 定位導(dǎo)航系統(tǒng)，同樣適用。大多數(shù)情況下只需減去通信模塊。
圖6詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個較優(yōu)實(shí)施例GPS處理模塊的細(xì)節(jié)。和圖 3所示類似地，GPS射頻RF信號由GPS天線601接收后進(jìn)入射頻前端 602，首先經(jīng)過前置低噪聲放大器放大，然后由下變頻器下變頻到模擬中 頻IF。進(jìn)而，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字中頻交由基帶處理部分作 基帶處理。
數(shù)字中頻進(jìn)入基帶處理模塊后首先進(jìn)入AD buffer 603進(jìn)行緩存，進(jìn)而 進(jìn)入捕獲通道607以搜索視野內(nèi)的GPS衛(wèi)星，確定各可見衛(wèi)星，及其發(fā)射 信號的載波多普勒和PN碼碼相位。在完成捕獲后，跟蹤通道608則對捕 獲到的衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，并與之同步，以便計算出PN碼的發(fā)射時間，同時 解調(diào)出導(dǎo)航電文用以定位。所述同步包括比特同步和幀同步。捕獲通道和 跟蹤通道通常都由不同數(shù)目的并行獨(dú)立通道組成，其捕獲通道和跟蹤通道 的數(shù)目是可以根據(jù)性能、成本、功耗等要求靈活改變的，也跟搜索策略有關(guān)，不是限定性的。該實(shí)施例使用了 12個捕獲通道和12個跟蹤通道。本
發(fā)明的另一個較優(yōu)實(shí)施例使用了 32個捕獲通道和12個跟蹤通道?？刂七?輯609用于負(fù)責(zé)對整個芯片的控制，特別是各個捕獲和跟蹤通道的控制，
同時完成解調(diào)電文及校驗(yàn)等工作。另外控制邏輯還通過經(jīng)過自動增益控制
AGC 605控制射頻前端602的輸出，以穩(wěn)定模擬中頻的增益。
雙口 RAM是主控微處理器和基帶處理芯片通信的橋梁。所有的控制 變量都存儲在雙口 RAM 610中，由主控微處理器在初始化時通過輸入輸 出接口 620寫入。所有的中間計算變量也存儲于雙口 RAM,由控制邏輯 609更新，從而可以被主控微處理器訪問。輸入輸出接口 620將基帶處理 芯片的解算中間信息輸出給主控處理器，同時也將主控微處理器的控制信 息傳遞給基帶處理芯片。解算中間信息包括所有可用衛(wèi)星的發(fā)射時、導(dǎo)航 電文、信號強(qiáng)度等。輸入輸出接口提供了多種外部接口和主控微處理器通 信，這些接口包括SPI接口 612， UART接口613， 12C接口614，總線接 口 615， HPI接口 616等，這些接口由接口控制611統(tǒng)一控制。微處理器 可以選擇其中的一種或者幾種進(jìn)行通信。
基帶處理部分通常還有實(shí)時時鐘617用以提供精確的時間基準(zhǔn)。通常 該時鐘可以由片外電池獨(dú)立供電，保證系統(tǒng)掉電的情況下仍能正常工作。 Reset控制616用于控制整個芯片的在不同情況下的重置。以及功耗管理 619用以降低整個芯片的功耗。
主控微處理器一般情況下使用"査詢方式"定期對雙口 RAM進(jìn)行訪問， 獲取解算中間信息進(jìn)行解算。獲取的方式可以是普通的處理器訪問RAM 的方式，也可以是通過DMA控制器620的快速塊讀取的方式。上述方式 有主控微處理器占用率小，實(shí)時性要求低等優(yōu)點(diǎn)，另外DMA方式還有方 便快速，功耗低等優(yōu)點(diǎn)；但是該方法也有定位結(jié)果有可能延遲的缺點(diǎn)。為 解決該問題，基帶處理芯片還提供中斷模式，最大限度地減少輸出延遲。 一旦解算中間信息準(zhǔn)備完畢，邏輯控制609就發(fā)出一個中斷請求信號，通 過中斷管理621輸出給主控微處理器，使其優(yōu)先進(jìn)行解算定位工作。
射頻前端602和基帶處理芯片都是利用外部晶振604作為頻率基準(zhǔn)， 該晶振是和通信模塊中的晶振514共用的，以降低系統(tǒng)成本。通過可配置 的頻率生成器606， GPS處理部分可以適應(yīng)不同的晶振頻率。通常，圖中所示的射頻前端和基帶處理各自被封裝成一個獨(dú)立的芯片。 但也可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求將兩部分封裝在一起成為SIP系統(tǒng)，甚至將 兩部分合二為一形成單一的SOC芯片。
圖7描述了本發(fā)明的一個較優(yōu)實(shí)施例的雙口 RAM的劃分。整個雙口 RAM被劃分為三個區(qū)域全局控制變量區(qū)701，各通道控制變量區(qū)702 和解算中間變量數(shù)據(jù)區(qū)703。其中，全局控制變量是對全局的控制變量或 者對每個通道都相同的控制變量。全局控制變量包括定時器周期704， 用于控制內(nèi)部定時器的溢出周期；初始化捕獲門限705為捕獲通道的門限 初始值；環(huán)路濾波器系數(shù)706，為跟蹤環(huán)的濾波器系數(shù)；載波搜索頻點(diǎn)707 為載波搜索空間的各個點(diǎn)頻;PN碼碼初相位708為衛(wèi)星星號對應(yīng)的PN碼 碼相位；各通道星歷地址709為各通道星歷存儲空間的起始地址；計算常 量710為控制邏輯用以計算某些中間量時使用的常量；Reset控制器711， 用以控制整個基帶芯片的重啟。
各通道控制變量區(qū)域包含了每個通道獨(dú)立的控制變量，這些變量包括 搜索引擎相關(guān)寄存器712，本通道捕獲門限713，搜索空間索引714-，跟 蹤引擎相關(guān)寄存器715，碼環(huán)相關(guān)寄存器716，位同步寄存器717，幀同步 寄存器718，載波相位量720，重捕控制721和通道使能控制722組成。
解算中間變量區(qū)是本發(fā)明中基帶處理芯片計算的最終結(jié)果，專門開辟 區(qū)域是為了方便主控微處理器批量讀取或DMA讀取的需要。該區(qū)域包括 各通道衛(wèi)星星號強(qiáng)度723;時間寄存器堆724，各通道星歷725和歷書726。
雙口 RAM中各寄存器的排放順序不是限定性的，但是其寄存器的組成 是限定性的。
圖8描述了本發(fā)明一個較優(yōu)實(shí)施例主控微處理器的工作流程。主控微 處理器上電初始化801后，首先讀取從通信模塊517獲取的的AGPS輔助 信息802。當(dāng)然，只有在存在通信模塊和AGPS輔助信息的前提下，該過 程才會進(jìn)行。進(jìn)而讀取存儲在Flash中的快速啟動信息803。結(jié)合兩部分 的輔助信息，即可以計算出當(dāng)前可見衛(wèi)星的星號、載波多普勒頻偏和碼相 位804，進(jìn)而生成頻率搜索空間和碼相位搜索空間805。進(jìn)一步地，利用這些信息初始化基帶處理芯片806，使GPS處理模塊511開始工作。至此， GPS模塊的啟動工作完成。
隨后，主控微處理器進(jìn)入查詢階段，檢測查詢計數(shù)器是否溢出807，若 否，則繼續(xù)等待，若溢出，則讀取解算中間信息808。該步驟可以由等同 査詢功能的其它步驟代替，如操作系統(tǒng)后臺服務(wù)，軟件中斷等等。讀取解 算中間信息后檢測可用衛(wèi)星是否大于等于定位要求809，若否，則重新進(jìn) 入查詢階段，若是，則解算用戶位置等信息810，實(shí)現(xiàn)定位。
進(jìn)一步地，檢測是否出現(xiàn)特殊情況811，這些特殊情況包括丟失某一 顆衛(wèi)星；信號受到屏蔽，可用衛(wèi)星數(shù)小于定位要求；丟失所有衛(wèi)星；晶振 需要校準(zhǔn)等。這些時候主控微處理器需要進(jìn)行特殊情況處理812，修改基 帶處理芯片中的相關(guān)寄存器，以執(zhí)行相應(yīng)的對策，使用戶獲得最大體驗(yàn)。
盡管本發(fā)明的方法和裝置是參照GPS衛(wèi)星來描述的，但應(yīng)當(dāng)理解，這 些原理同樣適用于采用假衛(wèi)星(pseudolites)或衛(wèi)星與假衛(wèi)星的組合的定 位系統(tǒng)。假衛(wèi)星是一種基于地面的發(fā)射機(jī)，它傳播調(diào)制在L頻段在波信號 上PN碼(與GPS信號相似)，并且通常是與GPS時間同步的。每一發(fā)射 機(jī)可以被賦予一個獨(dú)特的PN碼，從而允許由遠(yuǎn)端接收機(jī)進(jìn)行識別。假衛(wèi) 星用在這樣的情況下，即，來自軌道衛(wèi)星的GPS信號缺失，如隧道、礦山、 建筑物或者其他的封閉區(qū)及明顯遮擋。這里所使用的術(shù)語"衛(wèi)星"包括假 衛(wèi)星或假衛(wèi)星的等效，而這里所使用的術(shù)語GPS信號包括來自假衛(wèi)星或者 假衛(wèi)星等效的類似GPS的信號。
在前面的討論中，本發(fā)明是參照美國全球定位系統(tǒng)(GPS)來描述的。 然而，應(yīng)當(dāng)理解，這些方法同樣適用于類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如俄羅斯的 格洛納斯(Glonass)系統(tǒng)，歐洲的伽利略(Galileo)系統(tǒng)和中國的北斗1 及北斗2系統(tǒng)。所使用的術(shù)語"GPS"還包括這樣一些衛(wèi)星定位系統(tǒng)，如 俄羅斯的格洛納斯(Glonass)系統(tǒng)，歐洲的伽利略(Galileo)系統(tǒng)和中國 的北斗1及北斗2系統(tǒng)。術(shù)語"GPS信號"包括來自另一些衛(wèi)星定位系統(tǒng) 的信號。
上文中，已經(jīng)描述了針對移動/手持設(shè)備優(yōu)化的GPS接收機(jī)基帶處理 芯片構(gòu)架的細(xì)節(jié)。盡管本發(fā)明是參照特定實(shí)施例來描述的，但很明顯，本領(lǐng)域熟練人員，在不偏移權(quán)利要求書所限定的發(fā)明范圍和精神的情況下， 還可以對這些實(shí)施例作各種修改和變更。因此，說明書和附圖是描述性的， 而不是限定性的。
權(quán)利要求
1. 一種針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS芯片構(gòu)架，其特征在于，該系統(tǒng)包含一個GPS處理模塊，負(fù)責(zé)信號的接收、捕獲、跟蹤、同步和導(dǎo)航電文解調(diào)；一個通信模塊，負(fù)責(zé)通信相關(guān)的語音，圖像，數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)流的編解碼、調(diào)制解調(diào)和傳輸；一個主控模塊，包含一主控微處理器，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制以及上層應(yīng)用，對GPS基帶處理芯片進(jìn)行控制以及用戶坐標(biāo)的解算。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊包含了 一個高精度的實(shí)時時鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述實(shí)時時鐘被接收機(jī)計算出的UTC時間校準(zhǔn)， 并被接收機(jī)隨時讀取，同時該接收機(jī)通過外部電池供電保證接收機(jī)掉電后 繼續(xù)工作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊包含了一個雙口 RAM。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述雙口RAM中存儲GPS處理模塊的全局控制 變量、各通道控制變量和中間解算信息三部分內(nèi)容。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，主控模塊通過修改所述雙口 RAM中的全局控制 變量實(shí)現(xiàn)和各通道控制變量實(shí)現(xiàn)對GPS基帶處理模塊的控制。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，主控模塊讀取所述雙口RAM中的中間解算信息， 進(jìn)而在其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)用戶位置等信息的解算。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述雙口 RAM中的全局控制變量包括定時器周期、初始化捕獲門限、環(huán)路濾波器系數(shù)、載波搜索頻點(diǎn)、PN碼碼初相 位、各通道星歷地址、計算常量和重置控制器。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述雙口 RAM中的各通道控制變量包括搜索 引擎相關(guān)寄存器、本通道捕獲門限、搜索空間索引、跟蹤引擎相關(guān)寄存器、 碼環(huán)相關(guān)寄存器、位同步寄存器、幀同步寄存器、載波相位量、重捕控制 和通道使能控制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述雙口 RAM中的解算中間變量包括各通道 衛(wèi)星星號強(qiáng)度、時間寄存器堆、各通道星歷和歷書。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，普通定位要求下，所述主控微處理器按照查詢的 方式定期訪問雙口RAM。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，在實(shí)時性要求高時， 一旦中間解算數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢 即向所述主控微處理器發(fā)出中斷請求信號實(shí)現(xiàn)快速定位。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述主控微處理器通過DMA方式讀取中間解算 樣自
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊通過SPI接口與所述主控微處 理器進(jìn)行通信。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊通過UART接口與所述主控 微處理器進(jìn)行通信。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊通過fC接口與所述主控微處 理器進(jìn)行通信。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊通過總線接口與所述主控微處理器進(jìn)行通信。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊通過HPI接口與所述主控微 處理器進(jìn)行通信。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊通過SPI、 UART、 I2C、總線 和HPI的組合與所述主控微處理器進(jìn)行通信。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述通信模塊還負(fù)責(zé)獲取AGPS的輔助信息。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述主控微處理器對GPS基帶處理模塊的控制包 括啟動控制和特殊情況處理兩部分，主控微處理器在GPS基帶處理模塊啟 動和出現(xiàn)特殊情況時介入對GPS基帶處理模塊的控制。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的 GPS芯片構(gòu)架，其特征在于，所述啟動控制包括以下步驟獲取先驗(yàn)信息；預(yù)測啟動時的可見衛(wèi)星星號；預(yù)測可見衛(wèi)星的多普勒頻偏；預(yù)測可見衛(wèi)星的PN碼碼相位；生成頻率搜索空間；生成碼相位搜索空間；利用上述信息初始化搜索通道，啟動GPS基帶處理模塊的捕獲過程。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的 GPS芯片構(gòu)架，其特征在于，所述先驗(yàn)信息是由GPS模塊計算獲得并存 儲的先驗(yàn)信息。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的 GPS芯片構(gòu)架，其特征在于，所述先驗(yàn)信息是通信模塊獲得的輔助信息。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的 GPS芯片構(gòu)架，其特征在于，所述先驗(yàn)信息是GPS模塊計算獲得并存儲 的先驗(yàn)信息和通信模塊獲得的輔助信息的組合。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊計算結(jié)果存儲在主控模塊的 Flash存儲器中。
27. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的 GPS芯片構(gòu)架，其特征在于，所述特殊情況包括丟失衛(wèi)星、定位頻率變 化、模式轉(zhuǎn)換、功耗管理、晶振校準(zhǔn)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS處理模塊和通信模塊通用一個外部晶振。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的針對移動設(shè)備的超低功耗、低成本的GPS 芯片構(gòu)架，其特征在于，所述GPS基帶處理模塊內(nèi)部存在一個頻率生成器 以適應(yīng)不同通信模塊使用的不同晶振。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于全球定位系統(tǒng)(例如GPS系統(tǒng))的接收機(jī)領(lǐng)域，尤其是針對移動設(shè)備優(yōu)化的GPS接收機(jī)基帶處理芯片領(lǐng)域。本發(fā)明提出一種針對移動/手持設(shè)備優(yōu)化的GPS接收機(jī)基帶處理芯片構(gòu)架。該構(gòu)架下GPS基帶芯片和外部主控模塊及通信模塊一起工作。基帶處理芯片使用一個簡單的控制模塊代替復(fù)雜而龐大的嵌入式微處理器，完成GPS信號的接收、捕獲、跟蹤、同步和解調(diào)等工作。用戶位置等信息由主控微處理器通過各種接口獲取基帶處理芯片提供的中間解算信息解算獲得。此外主控微處理器還負(fù)責(zé)基帶處理芯片的啟動和一些特殊情況的控制。主控微處理器和基帶處理芯片由一個雙口RAM實(shí)現(xiàn)同步和交互。同時主控微處理器還可以利用通信模塊獲得的AGPS輔助信息提高系統(tǒng)靈敏度和降低首次定位時間。該構(gòu)架充分利用了移動/手持設(shè)備已有硬件資源，大大減小了GPS芯片的面積和功耗，能夠有效簡化系統(tǒng)設(shè)計，降低系統(tǒng)功耗和成本。同時改進(jìn)了基帶芯片和主控微處理器的交互，具有控制靈活多樣，擴(kuò)展性強(qiáng)，使用方便，適用面廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01S19/37GK101446635SQ20071017831
公開日2009年6月3日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者健 李, 睿 鄭, 杰 陳, 魯振鵬 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所