面向北斗雙頻定位模塊的基帶芯片優(yōu)化設(shè)計(jì)

倪大江，陶全樂

（南京六九零二科技有限公司，江蘇 南京 210013）

1.引言

北斗雙頻定位模塊使用過程中要求功耗低、體積??；但是實(shí)際過程中由于功耗較大，影響了整機(jī)功耗指標(biāo)，并且長時(shí)間發(fā)熱導(dǎo)致手持終端溫度升高。

2.北斗雙頻定位模塊使用過程中存在的問題

北斗雙頻定位模塊需運(yùn)用到某手持終端項(xiàng)目中，使其具備北斗定位功能。但在使用過程中發(fā)現(xiàn)，此北斗模塊功耗較大，影響整機(jī)功耗指標(biāo)。且在長時(shí)間工作的情況下，由于模塊功耗大，產(chǎn)生大量的熱量，可導(dǎo)致手持終端表面溫度增加，給手持終端設(shè)備使用者的用戶體驗(yàn)將變差。

3.功耗過高的數(shù)據(jù)分析和問題定位

3.1 數(shù)據(jù)分析

北斗雙頻定位模塊對手持終端而言，可獨(dú)立工作（只提供電源和進(jìn)行串口數(shù)據(jù)交互）。故將北斗雙頻定位模塊進(jìn)行了分解和功耗實(shí)測。北斗雙頻定位模塊可分為天線、傳輸線和北斗模塊三部分，實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)、整理，并制作了功耗統(tǒng)計(jì)表，如表1所示：

表1 北斗雙頻定位模塊功耗統(tǒng)計(jì)表

從上表可以看出，模塊的總體功耗均在1.2W左右。表1的結(jié)果可以看出，北斗雙頻定位模塊的功耗主要由兩部分組成，天線部分和北斗模塊部分?？梢詮奶炀€部分和北斗模塊兩個(gè)方面同時(shí)著手解決雙頻定位模塊功耗高的問題。

3.2 問題定位

圖1 北斗雙頻定位模塊功耗影響因素樹圖

3.2.1 低噪放放大芯片選擇不合適

北斗雙頻定位模塊的主要包括北斗雙頻天線（含低噪放）、射頻連接線（功耗可忽略）和北斗模塊組成。北斗雙頻天線的功耗是總功耗中的一部分，對不同廠家的同款天線方案進(jìn)行了對比。通過對比測試不同的芯片方案對功耗的影響還是比較大的。選擇合適的低噪放設(shè)計(jì)方案對減低北斗雙頻定位模塊的整體功耗有明顯的效果。

3.2.2 基帶芯片選擇不合適

根據(jù)查找行業(yè)內(nèi)同類型的基帶芯片資料，不同芯片功耗有所差異。北京和芯星通科技有限公司生產(chǎn)的基帶芯片UC7120和上海復(fù)旦微電子科技有限公司基帶芯片JFM7205。通過對比，可以選擇功耗更低的基帶芯片來減低模塊的功耗。

3.2.3 基帶芯片工作電壓不合適

北斗雙頻定位模塊內(nèi)部選用的基帶芯片為UC7120，該芯片為模塊的核心器件，負(fù)責(zé)北斗衛(wèi)星信號的捕獲、跟蹤并對衛(wèi)星導(dǎo)航信號進(jìn)行信息處理，解算后輸出定位導(dǎo)航信息。模塊的主要功耗都由基帶芯片產(chǎn)生?；鶐酒闹饕氖?.2V的內(nèi)核電源，即1.2V電路的功耗?？稍谶m當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)調(diào)整基帶芯片的和電壓來降低基帶芯片功耗。

4.基帶芯片優(yōu)化設(shè)計(jì)

在降低北斗雙頻定位模塊功耗的活動過程中，在不改變天線和模塊外形尺寸及整體性能指標(biāo)的情況下，從以下三個(gè)方面實(shí)施了降低功耗的活動。

4.1 對策實(shí)施一：對天線低噪放中的放大電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)上文的測試數(shù)據(jù)可以看出，天線部分的功耗約占整體功耗20%左右，天線功耗的降低對整體功耗降低的效果起到一定的作用。因此，針對天線功耗的降低問題，通過借鑒同行業(yè)同類型天線的功耗對比測試，在保證天線性能指標(biāo)的要求下，采用天線功耗最低的芯片，并優(yōu)化此天線設(shè)計(jì)方案。

4.2 對策實(shí)施二：對模塊中的基帶芯片電路進(jìn)行優(yōu)化

對基帶芯片進(jìn)行更換以降低模塊功耗，將原方案的上海復(fù)旦微電子科技有限公司基帶芯片JFM7205更換為UC7120，優(yōu)化基帶芯片電路減低功耗。

4.3 對策實(shí)施三：對模塊中的基帶芯片核電壓進(jìn)行優(yōu)化

查閱CPU電路的相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)CPU工作電壓也影響電路的功耗，小組成員通過對電路進(jìn)行分析、調(diào)試及驗(yàn)證，選擇合適的基帶芯片核電壓可以降低CPU的功耗。

圖2 基帶芯片內(nèi)部原理框圖

從基帶芯片內(nèi)部原理圖可以看出，CPU（ARM926EJS）包含于基帶芯片中。目前CPU的工作電壓有一個(gè)非常明顯的下降趨勢，較低的工作電壓主要有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、采用較低的CPU芯片總功耗降低，系統(tǒng)的運(yùn)行成本就相應(yīng)降低，這對于便攜移動系統(tǒng)來說非常重要，使其現(xiàn)有的電池可以工作更長時(shí)間，使電池的使用壽命大大延長；2、功耗降低，致使器件發(fā)熱量減少，運(yùn)行溫度不過高的CPU可以與系統(tǒng)的更好的配合；3、降低電壓是CPU主頻提高的主要因素之一。

5.優(yōu)化設(shè)計(jì)的后的效果確認(rèn)

對按照對策實(shí)施后的北斗雙頻定位模塊進(jìn)行常溫功耗試驗(yàn)驗(yàn)證測試，各部分和總功耗的測試數(shù)據(jù)如下見表所示。

表2 功耗試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

活動前后北斗雙頻定位模塊（含天線）的功耗從1.2W下降到0.504W（平均值）范圍內(nèi)，設(shè)定的目標(biāo)值為0.6W，達(dá)到了設(shè)定目標(biāo)值。

6.結(jié)語

通過對天線低噪放中的放大電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、對模塊中的基帶芯片電路進(jìn)行優(yōu)化、對模塊中的基帶芯片核電壓進(jìn)行優(yōu)化的方式，將原功耗1.2W降到0.504W；滿足指標(biāo)的要求。