GPS_设计与分析

东方拓宇GPS设计与分析GlobalPositioningSystem1.系统介绍2.硬件与软件设计要求3.量产要求4.问题debug5.GPSco-clock(TMS)6.GPS测试介绍7.如何捉取与分析GPSLog8.GPSFiledTest参数说明9.GPSSPMETA测试各项指标的含义以及参考范围GlobalPositioningSystem全球卫星定位系统，是美国国防部研制和维护的中距离圆型轨道卫星导航系统。它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准。该系统包括太空中的24颗GPS卫星；地面上1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度；所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。地区系统频点卫星美国GPS1575.42MHz24俄罗斯GLONASS1,602MHz+N*0.562524欧洲Galileo1563MHz-1591MHz30中国北斗1559.052MHz－1591.788MHz35SatelliteSystemPRNnumbersNMEA/PMTKSVIDGPS1~321~32WAAS120~13833~64GLONASS1~2465~8889~96reservedGALILEO1~5451~104QZSS183~187193~197reserved193~197BEIDOU1~30201~230硬件设计要点GPS在无辅助信息的条件下定位，需要捕获到至少四颗卫星，并且完整解调出其时间及星历数据，才能实现定位（不同卫星可以同时进行捕获和解调信息）。完整接收每颗卫星的星历至少需要18s，若错过星历子帧的起始或者其间有中断（比如信号变弱导致无法解调），那么都需要在下一帧（30s后）重新接收该不完整的子帧，这时定位时间将大大增加。在窄巷、高架桥下、车里等场景，信号较弱或时强时弱，GPS定位时间一般会比较长也正是这个缘故。GPS硬件性能将决定整机自主定位的定位时间及其弱信号下维持定位的能力，硬件性能的保证至关重要，而且需要在设计之初就考虑进去。针对各个chip的设计细节请参考相应的Designnote。指标决定因素影响改善措施传导CNRRFtrace、LNA卫星信号CNR低会造成解调难，定位慢，容易丢失定位。RFtrace做50欧阻抗控制，走线越短越好且严格包地保护。靠近天线端加LNA提升系统噪声系数。天线效率结构、天线形状天线效率低会造成接收卫星信号强度低，从而造成CNR低。设计结构之初就需要给GPS天线预留足够的空间。clockstatusclock走线、TCXO净空、热源与TCXO距离clockdrift太大会造成定位慢，clockdriftrate太大会造成即使在强信号下定位时间也长甚至无法定位。TCXO要远离2G/3GPA，且TCXO要留有足够的净空区以抵抗周围PA等热源因开关热冲击造成的clockdriftrate超标。Clock走线严格包地保护。GPSdesense干扰源离GPS天线和RF走线的距离干扰源工作时会造成GPSCNR下降。结构上，Menorychip、T卡、Camera、LCD/CTP连接器及任何FPC远离GPS天线，干扰源要有良好屏蔽。layout上，GPSRFtrace包地保护，远离任何数字信号线，远离WIFIRFtrace。指标spec备注传导CNR≥40dB-HzGPSsignal@-130dBm≥65dB-HzCWsignal@-105dBm天线效率40%总效率15%上半球效率clockdrift0.5ppm/2ppm依据所使用晶体规格配置软件Clockdriftrate(26MHz晶振)2.5ppb/s无热冲击10ppb/sWIFI/2G/3G等PA开关造成热冲击Clockdriftrate(TMSCo-Clock)5ppb/s无热冲击120ppb/sWIFI/2G/3G等PA开关造成热冲击GPSDesenseCNRdrop3dB亮灭屏、2G/3Gdatalink、Wi-Fionoff、T卡读写等情况下对GPS造成干扰软件设计要点GPS定位过程中，由于卫星的通信速率只有50bps，且解调星历所需的信号强度要求较高，所以很大部分的时间是用于等待接收完整的卫星星历。MTK提供了标准的在线辅助手段（A-GPS）和离线辅助手段（Hotstill和EPO）。Hotstill利用已解调的卫星星历预测其未来7天内的星历，EPO是事先通过网络下载30天内所有卫星星历。而A-GPS则是通过移动网络获取相关的辅助数据。A-GPS获取到的是当前的星历，它相对离线手段会更精确，但时效短，且与移动网络连网质量和连网速度有关。离线手段不需连网，但精度稍差。同时使能两种手段可以使其相互补充，得到更好的效果。辅助手段机理数据来源（流量）有效时间好处改善措施Hotstill利用解调出来的卫星星历预测其7天内的星历已解调卫星的星历（0KB）7天极大缩小定位时间、有助于弱信号环境的定位、无需连网打上最新的补丁、默认开启辅助手段。EPO从MTK服务器下载EPOfile，预测未来30天所有GPS卫星的星历网络（270KB/次，可利用有wifi链接时进行更新）30天极大缩小定位时间、有助于弱信号环境的定位、离线辅助（辅助数据有效时间内）AGPS从AGPS服务器获取辅助数据（包括参考时间，参考位置，星历和历书）网络（4KB）2小时极大缩小定位时间、有助于弱信号环境的定位量产要求为了保证量产手机的GPS性能，量产前需要确保硬件指标满足spec，软件打上最新patch，默认打开EPO及A-GPS。如有条件，可做外场对比测试。重要的GPSpatch都会发布到PMS系统上，在PMS系统中查询项目的GPSpatch的步骤如下图所示：量产要求备注硬件指标满足spec传导CNR有GPS模拟器，使用GPSsignal测试；无GPS模拟器，可以使用CWsignal测试。天线效率请天线厂商保证效率。Clockdrift/clockdriftrate请在强信号下定位后录制debuglog，使用GPSDoctor查看clockstatus。GPSDesense可根据关注程度，在desense列表中有选择地进行测试，必测项有：亮灭屏、2G/3Gdatalink、Wi-Fionoff、T卡读写软件保证Patch打上PMS系统发布的所有GPSPatch，PMSSystem辅助手段默认打开EPO、A-GPS外场测试TTFF车载导航有条件可做外场测试，需要有参考机作对比，需要注意对比的公平性，TTFF需要取多次测量结果作统计，车载导航通过录制NMEAlog，再转换成KMZ，利用googleearth观察其与道路吻合情况。问题类型现象预处理MTKsupport（若预处理无法解决，请提交e-service）咨询芯片功能、指标、SW配置等在FAQ上查找答案详细描述问题预约测试传导指标做板级性能确认利用GPS信号源或综测仪，自行测量板级CNRe-service标题为“预约GPS传导指标测试”辐射指标做整机性能确认准备整机和参考机e-service标题为“预约GPS辐射指标测试”调试协助功能故障无法打开GPS、无法搜星、搜到星长时间无法定位等硬件检查：检查射频通路、时钟通路上件是否正确，检查相关的供电电压是否正常软件检查：chip、GPIO、co-clock等配置详细描述故障现象及所做过的预处理结果，附上原理图、PCB图、预测试结果、mobilelog和gpsdebuglog性能不佳定位时间长、漂移、干扰等自行测量传导CNR、clockstatus、GPSde-sense、opensky收星对比（录制GPSdebuglog）详细描述故障现象及所做过的预处理结果，附上原理图、PCB图、预测试结果、mobilelog和gpsdebuglog问题类型及相应的处理方法现象rootcause检查实验GPS无法开启/无法搜星软件配置错误SW相关配置（如GPIO等）录制mobilelog和debuglog进行分析芯片未工作schchip及外围器件连接关系是否正确量测chip各供电压；若是小概率事件，请更换chip测试；RFpath不通PCBchip及外围器件封装是否正确从天线馈点向chip，分别跳过Diplexer/SAW/LNA接入信号测量CNR，判断哪一级不通天线效率低结构天线空间是否足够请天线厂提供天线效率报告PCB天线和馈点下方是否净空传导de-sensePCBGPSRFtrace/GPSpowertrace包地保护是否完整，是否有高速数字信号线相邻从天线馈点向chip，分别跳过Diplexer/SAW/LNA接入信号测量CNR，判断哪一级存在de-sense。使用外部直流电源为GPS供电信号比参考机弱，定位慢/漂移大辐射de-sense结构GPS天线周围是否有高速器件或FPC摘除嫌疑干扰源进行排查；用铜箔/导电胶带/导电海绵等对干扰源进行屏蔽并良好接地；屏蔽盖noise泄漏结构BB/RFshieldingcase是否良好接地，是否存在较大开缝补焊屏蔽盖接地点；用导电胶带/导电海绵屏蔽开缝信号足够强（多颗也卫星CNR35），但定位时间长甚至无法定位TCXOclock不稳定SW使用TCXO时，是否关闭co-clockoutput量测co-clock输出端是否有信号PCBTCXO和co-clockpath是否同时贴件；直接checkPCBTCXO净空是否满足MTKspec；TCXO与各PA距离是否满足MTK推荐值；强信号下测量静态clockstatus和各热源工作时的clockstatusco-clockTMS未校准或校准失败debuglog录制debuglog，查看PMTKTSX语句的最后两个字段是否为0（0表示未校准）重新进行校准，查看log确认校准参数在spec范围内GPSco-clock(TMS)MT6627/MT6625GPSco-clock(TMS)方案是：MT6166使用TMS(crystal+thermistor)，MT6627/MT6625省去TCXO，参考时钟由MT6166提供。使用co-clock方案需要注意以下几点：1.MT6572/MT6582使用MP版本芯片；2.MT6166使用TMS；3.SW修改成co-clock配置；4.使用前需要进行RF校准和co-clock校准；5.完全遵守TMSlayoutguide，26MHzclock全程保护。常见校准Fail原因：1.软件修改不完全：从TCXO改成TMS，软件总共有四处地方需要修改；2.校准步骤不完全：例如做RF/co-clock校准前没有使用RFtool生成升温参数并填入cfg文件。3.Database文件与当前load不配套；4.连续多次进行co-clock校准：连续多次校准后，cfg中的升温参数已不适应PCB当前温度状况，导致校准参数C0/C1超出spec。GPS测试----干扰测试GPS干扰主要是通过观察接收载噪比（CNR）在待测干扰源有无工作时的变化量来判断的。如果有GPS模拟器，则PC端可以利用MiniGPS实时显示卫星CNR情况，直观地观察干扰源开关的CNR变化。当然，也可利用录制debuglog的方式进行测试。GPSFieldTestlog捉取如何分析GPSLogGPSLog有两种类型的文件。文件内部存储的只是$GP开口的log，那么这种log称为NMEAlog；文件内部除了$GP的log，还有其他的一些log，例如$PMTK的log等等，这种log称为GPSDebugLog。NMEA分析方法GPGGA中可以得到UTC时间、经纬度、当前定位状态、使用的卫星数目、HDOP等等；GPGSA中可以得到定位类型、所使用到的卫星ID；GPGSV中可以得到可视卫星的数目，然后会一次列举出每科可视卫星的ID、方位角、仰角和信号强度；GPRMC中可以得到UTC时间、定位状态、经纬度、速度、UTC日期；GPACCURACY是MTK加入的获