面向北斗双频定位模块的基带芯片优化设计

2021-02-01倪大江陶全乐

科技经济导刊 2021年2期

关键词：基带功耗北斗

倪大江，陶全乐

（南京六九零二科技有限公司，江苏南京 210013）

1.引言

北斗双频定位模块使用过程中要求功耗低、体积小；但是实际过程中由于功耗较大，影响了整机功耗指标，并且长时间发热导致手持终端温度升高。

2.北斗双频定位模块使用过程中存在的问题

北斗双频定位模块需运用到某手持终端项目中，使其具备北斗定位功能。但在使用过程中发现，此北斗模块功耗较大，影响整机功耗指标。且在长时间工作的情况下，由于模块功耗大，产生大量的热量，可导致手持终端表面温度增加，给手持终端设备使用者的用户体验将变差。

3.功耗过高的数据分析和问题定位

3.1 数据分析

北斗双频定位模块对手持终端而言，可独立工作（只提供电源和进行串口数据交互）。故将北斗双频定位模块进行了分解和功耗实测。北斗双频定位模块可分为天线、传输线和北斗模块三部分，实测数据进行了统计、整理，并制作了功耗统计表，如表1所示：

表1 北斗双频定位模块功耗统计表

从上表可以看出，模块的总体功耗均在1.2W左右。表1的结果可以看出，北斗双频定位模块的功耗主要由两部分组成，天线部分和北斗模块部分。可以从天线部分和北斗模块两个方面同时着手解决双频定位模块功耗高的问题。

3.2 问题定位

图1 北斗双频定位模块功耗影响因素树图

3.2.1 低噪放放大芯片选择不合适

北斗双频定位模块的主要包括北斗双频天线（含低噪放）、射频连接线（功耗可忽略）和北斗模块组成。北斗双频天线的功耗是总功耗中的一部分，对不同厂家的同款天线方案进行了对比。通过对比测试不同的芯片方案对功耗的影响还是比较大的。选择合适的低噪放设计方案对减低北斗双频定位模块的整体功耗有明显的效果。

3.2.2 基带芯片选择不合适

根据查找行业内同类型的基带芯片资料，不同芯片功耗有所差异。北京和芯星通科技有限公司生产的基带芯片UC7120和上海复旦微电子科技有限公司基带芯片JFM7205。通过对比，可以选择功耗更低的基带芯片来减低模块的功耗。

3.2.3 基带芯片工作电压不合适

北斗双频定位模块内部选用的基带芯片为UC7120，该芯片为模块的核心器件，负责北斗卫星信号的捕获、跟踪并对卫星导航信号进行信息处理，解算后输出定位导航信息。模块的主要功耗都由基带芯片产生。基带芯片的主要功耗是1.2V的内核电源，即1.2V电路的功耗。可在适当的范围内调整基带芯片的和电压来降低基带芯片功耗。

4.基带芯片优化设计

在降低北斗双频定位模块功耗的活动过程中，在不改变天线和模块外形尺寸及整体性能指标的情况下，从以下三个方面实施了降低功耗的活动。

4.1 对策实施一：对天线低噪放中的放大电路进行优化设计

根据上文的测试数据可以看出，天线部分的功耗约占整体功耗20%左右，天线功耗的降低对整体功耗降低的效果起到一定的作用。因此，针对天线功耗的降低问题，通过借鉴同行业同类型天线的功耗对比测试，在保证天线性能指标的要求下，采用天线功耗最低的芯片，并优化此天线设计方案。

4.2 对策实施二：对模块中的基带芯片电路进行优化

对基带芯片进行更换以降低模块功耗，将原方案的上海复旦微电子科技有限公司基带芯片JFM7205更换为UC7120，优化基带芯片电路减低功耗。

4.3 对策实施三：对模块中的基带芯片核电压进行优化

查阅CPU电路的相关资料，发现CPU工作电压也影响电路的功耗，小组成员通过对电路进行分析、调试及验证，选择合适的基带芯片核电压可以降低CPU的功耗。

图2 基带芯片内部原理框图

从基带芯片内部原理图可以看出，CPU（ARM926EJS）包含于基带芯片中。目前CPU的工作电压有一个非常明显的下降趋势，较低的工作电压主要有以下三个优点：1、采用较低的CPU芯片总功耗降低，系统的运行成本就相应降低，这对于便携移动系统来说非常重要，使其现有的电池可以工作更长时间，使电池的使用寿命大大延长；2、功耗降低，致使器件发热量减少，运行温度不过高的CPU可以与系统的更好的配合；3、降低电压是CPU主频提高的主要因素之一。