GPS-модуль с высоким параметром чувствительности

Компания eRide известна российским разработчикам как производитель GPS-модулей eMD1100Z и eMD1000K, которые используются совместно с беспроводными процессорами WAVECOM в решении C-GPS. Решение C-GPS [1] предполагает применение упрощенных GPS-модулей, содержащих только высокочастотную часть (RF front end) и микросхему корреляторов (Baseband). Последующая обработка сигналов и вычисление координат производится силами внешнего хост-процессора, от которого требуются некоторые вычислительные ресурсы (~ 6 MIPs) и достаточный объем памяти (~ 200 кБ) для программы окончательной обработки. Данное решение является оптимальным в том случае, если в систему уже заложен процессор уровня ARM7 - оно позволяет избежать дублирования процессорных мощностей, снизить энергопотребление и себестоимость изделия. Однако для многих приложений необходим законченный GPS-приемник, выдающий координаты в виде стандартных NMEA-строк, обработка которых под силу даже 8-разрядному микроконтроллеру. Для подобных приложений компания eRide выпустила GPS-модуль EMD3622F.

Описание EMD3622F

Новый GPS-приемник EMD3622F/OPUS III ezRide-22 компании eRide (рис. 1) представляет собой высокочувствительный SMD-модуль разработанный специально для автомобильных применений, таких как навигаторы, охранные устройства и системы управления транспортным парком.

GPS-модуль EMD3622F

Рис. 1. GPS-модуль EMD3622F

EMD3622F обеспечивает быстрый захват сигналов спутников даже в условиях современного города с многоэтажной застройкой. Беспрецедентная чувствительность -161 дБм позволяет не терять сигнал в городских «каньонах», тоннелях и под мостами.

EMD3622F собран на базе радиочасти ePR3036/Prelude III RF Receiver IC и процессора основной обработки (baseband) ePV3600/OPUS IIIez IC (рис. 2).

Структурная схема EMD3622F

Рис. 2. Структурная схема EMD3622F

Эти микросхемы представляют собой новинку компании eRide - чипсет OPUS III, построенный на основе технологии CMOS 90 нм. Встроенный процессор на базе ядра ARM7TDMI (ROM+SRAM) осуществляет все вычисления, необходимые для получения навигационных данных в виде координат, времени, скорости, направления движения и т.д. GPS-приемник построен на базе архитектуры с одним преобразованием и низкой промежуточной частотой 1,276 МГц. Для улучшения селективности и повышения стойкости к блокированию в модуле применены два ПАВ-фильтра. Внутренний термокомпенсированный кварцевый генератор 27,456 МГц обеспечивает быстрый старт в различных условиях. Дополнительный работающий от батареи кварцевый генератор 32 кГц позволяет производить отсчет времени при отключении основного питания. EMD3622F имеет широкий набор интерфейсов: последовательные порты UART и SPI/I2C/UART, порты GPIO. Достаточно широкий шаг краевых контактных площадок (1,5 мм) не предъявляет особых требований к классу точности печатной платы. SMD-модуль имеет размеры 22 х 22 х 3 мм и заключен в экранированный корпус.

GPS-приемник осуществляет поиск спутников по 32-каналам, обеспечивая точность 1,3 метра на открытом пространстве и 12,5 метров в помещениях. Модуль работает от одного источника питания с напряжением от 3 до 3,6 В. Ток потребления в режиме слежения составляет 40 мА. EMD3622F поддерживает работу с 2 протоколами, NMEA-183 v.3.0 (1 Гц) и собственным протоколом eSIP (eRide's Serial Interface Protocol). По умолчанию UART модуля имеет скорость 9600 бит/сек, используется посылка 8-бит, без бита четности, одиночный стоп-бит. Приемник может работать как с активными, так и с пассивными GPS-антеннами. Схема включения с пассивной антенной требует минимума внешних элементов (рис. 3).

Схема включения и расположение выводов EMD3622F

Рис. 3. Схема включения и расположение выводов EMD3622F

При использовании активной антенны необходимо подать напряжение питания на линию VANT (вывод 1), при этом цепи развязки питания и схема защиты внешней активной антенны уже встроены в GPS-модуль. Технические характеристики модуля приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические параметры EMD3622F

Параметр	Значение
Тип приемника	Частота L1
	32 канала в режиме захвата
	12 каналов в режиме слежения
	2 канала SBAS (EGNOS, WWAS и MSAS)
Максимальная частота обновления информации, Гц	1
Точность позиционирования	Вне помещений¹: 2,5 м, 50% CEP
Точность позиционирования	Внутри помещений²: 10 м, 50% CEP
Время старта, с	Горячий старт: менее 1 вне помещений¹ , менее 15 внутри помещений²
	Теплый старт: 33 (тип.) при -135 дБм
	Холодный старт: 34 (тип.) при -135 дБм
Чувствительность, дБм	Захват: -145
Чувствительность, дБм	Слежение³: -161
Напряжение питания, В	3,0...3,6
Потребление энергии, мВт	0,025 в режиме RTC
	125 в режиме слежения вне помещений
	185 в режиме слежения внутри помещений
	195 в режиме поиска
Рабочая температура, °С	-40...80
Режим работы со вспомогательными данными	Загрузка сообщений через двунаправленный последовательный NMEA-порт (требуется доступ к сотовой сети)
Корпус, мм	22,0x22,0x3,0
Протоколы	NMEA 0183
Протоколы	Фирменный протокол eRide eSIP
Процессор	Встроенный на базе ядра ARM7
Последовательный порт	Одиночный последовательный UART
Цифровые входы/выходы	3 В CMOS-уровни
Антенный интерфейс	Пассивная RHCP GPS-антенна
¹ Вне помещений: все видимые спутники принимаются с уровнем не хуже -140 дБм ² Внутри помещений: все видимые спутники принимаются с уровнем не хуже -153 дБм ³ С внешним малошумящим усилителем.

Для нормальной работы модулю EMD3622F необходимо единственное напряжение питания. Для оптимизации потребляемой энергии разработчики модуля предусмотрели несколько аппаратных и программных режимов управления питанием. На аппаратном уровне это реализовано в виде отдельного вывода VBK для подачи напряжения питания памяти и часов реального времени. Дополнительно имеется возможность отключения внутреннего LDO и подачи внешнего напряжения питания 1,0 В непосредственно на ядро GPS-части (ePV3600). В процессе работы имеется возможность устанавливать один из четырех режимов функционирования модуля, существенным образом влияющих на потребляемый ток (таблица 2).

Таблица 2. Режимы работы EMD3622F

Режим	Состояние	VBK	VСС
0 - Off	Нет резервного питания, все данные потеряны	Выключен	Выключен
1 - RTC	Есть резервное питание, основной источник питания выключен. Работают часы реального времени и таймер, сохраняются данные в резервной памяти. EMD3622F может быть выведен из этого состояния подачей напряжения питания на вывод VCC	Включен	Выключен
2 - Standby	GPS-ядро и процессор отключены. Работают часы реального времени и таймер, сохраняются данные в резервной памяти. EMD3622F может быть выведен из этого состояния по событию RTC; сигналом ON/OFF/SBY; линией RXD; сигналом сброса NRST.	Включен или выключен	Включен
3 - MCU	GPS-ядро отключено. Процессор работает. GPS-ядро может быть запущено сигналом ON/OFF/SBY или приемом соответствующей команды по UART1	Включен или выключен	Включен
4 - GPS	Питание подается на все узлы устройства. GPS-ядро может выдавать координаты. GPS-ядро может быть отключено сигналом ON/OFF/SBY или приемом соответствующей команды по UART1	Включен или выключен	Включен

Протокол eSIP

Протокол NMEA 0183 является стандартом «де факто» и его описание можно найти на сайте Википедии [3]. На рисунке 4 приведен пример реальных NMEA-строк, выдаваемых по умолчанию модулем EMD3622F.

Набор NMEA-сообщений EMD3622F

Рис. 4. Набор NMEA-сообщений EMD3622F

Протокол eSIP является фирменным протоколом компании eRide. Этот ASCII-протокол совместим со стандартом NMEA 0183. В отличие от NMEA все предложения eSIP начинаются со строки "$PERD". Предусмотрено два типа предложений - «Запрос» и «Установка». Предложение «Запрос» (Query) позволяет считывать параметры модуля. Предложение «Установка» (Set) служит для конфигурирования параметров модуля или для передачи команды на исполнение модулем определенных действий. Для предложений «Установка» не предусмотрено автоматической отсылки подтверждения со стороны модуля. Все команды eSIP передаются в модуль по линии RXD (выв. 14).

Одной из интересных команд протокола eSIP является установка степени фильтрации разброса координат модуля в неподвижном состоянии. Команда «PIN - Set Static Pinning Strength» позволяет оптимальным образом настроить модуль как для работы в составе персонального навигационного устройства (рекомендуемая установка OFF), так и для автомобильного навигатора (рекомендуемая установка MED или STRONG). Данная команда может быть подана в любое время, и переключение режима фильтрации происходит немедленно.

По умолчанию модуль имеет настройки, которые подходят для большинства возможных приложений. После подачи питания EMD3622z начинает каждую секунду посылать навигационные данные по линии TXD (вывод 15). Набор и частоту выдаваемых NMEA-сообщений можно изменить, используя специальную команду «OUT - Configure the Standard NMEA Outputs GPQ». Допустимый набор NMEA-предложений: GGA, GLL, GSA, GSV, RMC и ZDA. Команда «COMCTRL - Configure Serial Communications» изменяет настройки порта UART. Для изменения настроек модуля рекомендуется сначала отключить GPS-часть с помощью команд STOP или STANDBY и после смены установок возобновить работу командой START.

Все команды протокола eSIP можно найти в описании [4], которое можно получить, отправив запрос по адресу wireless@compel.ru .

Литература

Всеволод Нестеров. Использование C-GPS-решения от компании Wavecom в бортовом мобильном навигационном контроллере. Новости Электроники, №19, 2007
Описание протокола NMEA http://ru.wikipedia.org/wiki/NMEA
Техническое описание OPUS III ezRide-22 Data Sheet
Описание протокола eRide Serial Interface Protocol (eSIP).

GPS-модуль с высоким параметром чувствительности

eRide » EMD3622F