1、东东 方方 拓拓 宇宇GPS 设计与分析Global Positioning System1.系统介绍2.硬件与软件设计要求3.量产要求4.问题debug5.GPS co-clock(TMS)6.GPS 测试介绍7.如何捉取与分析GPSLog8.GPS Filed Test 参数说明9.GPS SP META 测试各项指标的含义以及参考范围Global Positioning System 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
2、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1559.052MHz1591.788MHz35Satellite SystemPRN numbersNMEA/PMTK SVIDGPS1 321 32WAAS120 13833 64GLONASS1 2465 888996 reservedGALILEO1 5
3、451104QZSS183 187193 197reserved193197BEIDOU130201230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
4、，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Design note。指标决定因素影响改善措施传导CNR RF trace、LNA卫星信号CNR低会造成解调难，定位慢，容易丢失定位。RF trace 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。clock statusclock走线、TCXO净空、热源与TCXO距离clock drift 太大会造成定位慢，clock drift rate
5、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/3G PA，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 clock drift rate 超标。Clock走线严格包地保护。GPS desense干扰源离GPS天线和RF走线的距离干扰源工作时会造成GPS CNR下降。结构上，Menory chip、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，GPS RF trace 包地保护，远离任何数字信号线，远离WIFI RF trace。指标spec备注传导CNR40 dB-HzGPS signal
6、-130 dBm65 dB-HzCW signal-105dBm天线效率 40%总效率 15%上半球效率clock drift0.5ppm/2ppm依据所使用晶体规格配置软件Clock drift rate(26MHz晶振)2.5ppb/s无热冲击10ppb/sWIFI/2G/3G等PA 开关造成热冲击Clock drift rate(TMS Co-Clock)5ppb/s无热冲击120ppb/sWIFI/2G/3G等PA 开关造成热冲击GPS DesenseCNR drop35），但定位时间长甚至无法定位TCXO clock 不稳定SW使用TCXO时，是否关闭co-clock output量
7、测co-clock输出端是否有信号PCBTCXO和co-clock path是否同时贴件；直接check PCBTCXO净空是否满足MTK spec；TCXO与各PA距离是否满足MTK推荐值；强信号下测量静态clock status和各热源工作时的clock statusco-clock TMS未校准或校准失败debug log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GPS co-clock(TMS)MT6627/MT6625 GPS co-clock(TMS)方案是：MT6166使用TMS(crys
8、tal+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TMS layout guide，26MHz clock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RF tool生成升温参数并填入cfg文件。3.Database
9、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。GPS Field Test log 捉取如何分析GPSLogGPSLog有两种类型的文件。文件内部存储的只是$GP开口的log，那么这种log称为NMEA log；文件内部
10、除了$GP的log，还有其他的一些log，例如$PMTK的log等等，这种log称为GPS DebugLog。NMEA 分析方法GPGGA中可以得到UTC时间、经纬度、当前定位状态、使用的卫星数目、HDOP等等；GPGSA中可以得到定位类型、所使用到的卫星ID；GPGSV中可以得到可视卫星的数目，然后会一次列举出每科可视卫星的ID、方位角、仰角和信号强度；GPRMC中可以得到UTC时间、定位状态、经纬度、速度、UTC日期；GPACCURACY是MTK加入的获取定位精度的语句。缺少哪些辅助资讯如果产看是否触发AGPS，需要从GPS debug Log中分析，搜索PMTK730这个语句，因为辅助数
11、据主要是看时间、位置、星历这三个。$PMTK730,0,0,0,1,0,1,1,0：从这个语句中的一个1表示缺少星历、第二个1表示缺少位置、第三个1表示缺少时间。PMTK710表示获取星历辅助数据，PMTK712表示获取时间辅助资讯，PMTK713表示缺少位置辅助资讯。查看卫星分布如何通过看GPGSV里的卫星的方位角和仰角可以判断卫星的位置，通过判断GPGSA里的卫星可以知道当前定位使用了哪些卫星，这样就可以知道当前使用定位计算的这些卫星的卫星分布如何、信号强度如何。通过GPGGA里的HDOP来判断当前卫星的分布如何，这个值越小越好。卫星分布越好，越有可能产生的定位精度越高。所以HDOP是定位
12、精度的充分但非必要条件。当前有哪些星历被保存通过搜索GPS Debug Log文件中PMTKEPH，该关键词会告诉你当前有哪些卫星是已经解析下来辅助资讯的。例如PMTKEPH,3,12,15,18表示有3颗卫星已经解析下来了星历数据，他们的卫星ID 是12、15、18.如何判断GPS已经正常工作GPS工作起来首先会在GPS debug Log中打印出来PMTK010的字样，所以通过判断这个可以知道GPS是否有正常工作起来。星历数据是来自EPO、HotStill还是实时解算如果知道当前使用到的卫星星历数据是来自实时接收解算下来的星历、还是EPP,或者是HotStill，同样也是通过判断PMTKE
13、PH。如果该关键字后面跟着的卫星ID是正整数，那么是实时接收解算下来的星历；如果是浮点数，而且是负数，但是小数点后都是0，表示的是EPO；如果是浮点数，而且是负数，但是小数点后的是非0，表示的是Hotstill；判断AGPS/EPO/HotStill是否工作从GPS Debug log中搜索到wk，epo表示EPO有工作；从GPS debug log中搜索到wkbee表示Hotstill有工作；从GPS Debug log中搜索到wkssi表示AGPS有工作。H/W/C/F GPS Start通过从打开GPS的第一条GPGGA语句来确认是什么启动方式，如果该语句中的时间是235944，那么表示
14、没有时间辅助资讯，这是完全冷启动；如果有时间信息，但是位置是8960.0000，N，0000.0000，E，这表示是冷启动；如果既有时间也有位置，可以看第一条PMTKEPH中是几颗有卫星的星历，如果一颗没有，那么这是暖启动；如果发现也有位置、时间、而且至少4颗以上的星历，那么这是热启动。DESCRIPTIONGPS 搜星慢，信号弱，定位慢，定位漂移问题 SOLUTION1.若客户有遇到该类GPS Performance issue，请到DCC上下载以下文档，参考文档进行检查。MTK_GPS_Phone_SQC_Test_20120220_Sim.pdf。2.若确定跟测试环境无关，仍有问题的话，
15、请提交eservice,并附上复现问题的gps debug log and mobile log.3.抓取gps debug log and mobile log的方法请到DCC上下载以下文档。GPS-Logs-SOP.pptx.GPS Filed Test 参数说明CEP和RMS是GPS的定位精度单位，也是个概率单位。就拿5M CEP说吧，意思是以5M为半径画圆，有50%的点能打在圆内，也就是说，GPS定位在5M精度的概率是50%，相应的RMS（66.7%）2DRMS（95%）当然很多商家愿意给出CEP，因为单位大了，前面的数就小了，好看。水平精度以圆概率误差(CEP)意味着 50%的结果在
16、给出的圆直径内，50%的结果在圆外。RMS是1 sigma或1倍标准差，如果结果是无偏的，概率为67%。2dRMS是2 sigma或2倍标准差，概率为95%。他们的相互转换可以按照下面的规则：CEP 乘以1.2能转换为RMS，CEP 乘以2.4能转换为2drms。GPS SP META 测试各项指标的含义以及参考范围Phase Ratio测试信号锁定的能力，检验TCXO的品质，以-130 dBm的信号强度而言，Phase Ratio须在0.85以上 TCXO Offset测试TCXO的品质，在-130 dBm信号强度，以0.5ppm 的16.368 MHz TCXO而言Offset需在+/-4
17、0.92 Hz之內。CNR Mean测试信号强度和稳定性，以-130 dBm的信号强度而言，CNR须在40 dB/Hz TCXO Drift测试TCXO的品质，在-130 dBm信号强度，以0.5ppm的16.368 MHz TCXO而言,Drift为0.8184 Hz(0.05ppm)Update 测试 NMEA的 update 频率,是否符合每秒作一次定位信息之更新CNR Sigma 测试信号强度和稳定性，以-130 dBm的信号强度而言,CNR RMS必须不能大于1。Bit Sync 测试Decode GPS 信号的能力，以-130 dBm 的信号强度而言，须在5秒內达到Bit Sync。Acquisition测试捉取卫星信号的能力，检验GPS Chip是否work。以-130 dBm 无 Doppler 的信号强度而言，须在10秒內捉到卫星信号
