GPS设计与分析精讲

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
有 效 数据来源（流量） 时 间
结构上，Menory chip、T卡、 Camera、LCD/CTP连接器及任何FPC GPS 干扰源离GPS天线和 干扰源工作时会造成GPS CNR 远离GPS天线，干扰 源要有良好屏蔽。 desense RF走线的距离 下降。 layout上，GPS RF trace 包地保护， 远离任何数字信号线，远离WIFI RF trace。
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
已解调卫星的星历 （0 KB）
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
极大缩小定位时间、有 7天 助于弱信号环境的定位、 无需连网
EPO
从MTK 服务器下载 网络（270KB/次， EPO file，预测未来 可利用有wifi链接时 30天所有GPS卫星 进行更新） 的星历
软件配置错误 芯片未工作
检查
SW 相关配置（如GPIO等） sch
实验
录制mobile log和debug log 进行分析
chip及外围器件连接关系是 量测chip各供电压； 否正确 若是小概率事件，请更换chip测试；
RF path不通 GPS无法 开启/无 法搜星
从天线馈点向chip，分别跳过 chip及外围器件封装是否正 PCB Diplexer/SAW/LNA接入信号测量CNR， 确 判断哪一级不通 结构 天线空间是否足够
备注
GPS signal@-130 dBm CW signal@-105dBm 总效率 上半球效率 依据所使用晶体规格配置软件 无热冲击 WIFI /2G/3G等PA 开关造成热冲击 无热冲击
<120ppb/s
WIFI /2G/3G等PA 开关造成热冲击
亮灭屏、2G/3G data link、Wi-Fi on off、T卡读写等情况下对GPS造 成干扰
指标
决定因素
影响
改善措施
传导CNR RF trace、LNA
RF trace 做50欧阻抗控制，走线越短 卫星信号CNR低会造成解调难， 越好且严格包地保护。靠近天线端加 定位慢，容易丢失定位。 LNA提升系统噪声系数。 天线效率低会造成接收卫星信号 设计结构之初就需要给GPS天线预留 强度低，从而造成CNR低。 足够的空间。
性能不佳
自行测量传导CNR、clock 详细描述故障现象及所做过的预 定位时间长、漂移、干扰 status、GPS de-sense、open 处理结果，附上原理图、PCB图、 sky收星对比（录制GPS 预测试结果、mobile log和gps 等 debug log debug log）
现象
root cause
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Mini GPS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debug log的方式进行测试。
天线效率 结构、天线形状
clock status
clock drift 太大会造成定位慢， TCXO要远离2G/3G PA，且TCXO要 clock走线、TCXO净 clock drift rate太大会造成即使 留有足够的净空区以抵抗周围PA等热 空、热源与TCXO距 在强信号下定位时间也长甚至无 源因开关热冲击造成的 clock drift 离 法定位。 rate 超标。Clock走线严格包地保护。
SW
使用TCXO时，是否 关闭co-clock output TCXO和co-clo输出端 是否有信号
信号足够强（多颗也 卫星CNR>35），但 定位时间长甚至无法 定位
TCXO clock 不稳定
PCB
直接check PCB
强信号下测量静态 TCXO净空是否满足MTK clock status和各热 spec；TCXO与各PA距离是 源工作时的clock 否满足MTK推荐值； status co-clock debug TMS未校准或 log 校准失败
预约 测试
传导指标
利用GPS信号源或综测仪， 自行测量板级CNR 准备整机和参考机
e-service标题 为“预约GPS传导指标测试”
e-service标题 为“预约GPS辐射指标测试”
辐射指标
做整机性能确认
功能故障 调试 协助
硬件检查：检查射频通路、 详细描述故障现象及所做过的预 时钟通路上件是否正确，检 无法打开GPS、无法搜星、 处理结果，附上原理图、PCB图、 查相关的供电电压是否正常 预测试结果、mobile log和gps 搜到星长时间无法定位等 软件检查：chip、GPIO、codebug log clock等配置
指标
传导CNR 天线效率 clock drift Clock drift rate (26MHz晶振) Clock drift rate (TMS Co-Clock)
spec
≥40 dB-Hz ≥65 dB-Hz > 40 % > 15% 0.5ppm/2ppm <2.5ppb/s <10ppb/s <5ppb/s
GPS 设计与分析
东 方 拓 宇
Global Positioning System
1. 系统介绍
2. 硬件与软件设计要求
3. 量产要求 4. 问题debug
5. GPS co-clock(TMS)
6. GPS 测试介绍 7. 如何捉取与分析GPSLog 8. 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
GPS Desense
CNR drop<3dB
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（Hot still和 EPO）。Hot still利用已解调的卫星星历预测其未来7天内的星历，EPO是事
信号比参考 机弱，定位 慢/漂移大
辐射 de-sense
摘除嫌疑干扰源进行排查； GPS 天线周围是否 有 结构 用铜箔/导电胶带/导电海绵等对干 高速器件或FPC 扰源进行屏蔽并良好接地；
BB/RF shielding case 屏蔽盖 补焊屏蔽盖接地点； 结构 是否良好接地，是否存 noise泄漏 用导电胶带/导电海绵屏蔽开缝 在较大开缝
GPS patch的步骤如下图所示：
量产要求
传导CNR 天线效率 硬件指标满足 spec
备注
有GPS模拟器，使用GPS signal测试； 无GPS模拟器，可以使用CW signal测 试。 请天线厂商保证效率。 请在强信号下定位后录制debug log， 使用GPS Doctor查看clock status。 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/3G data link、Wi-Fi on off、T卡 读写 打上PMS系统发布的所有GPS Patch， PMS System 默认打开EPO、A-GPS 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NMEA log，再转换成KMZ，利 用google earth观察其与道路吻合情况。
极大缩小定位时间、有 打上最新的 30 助于弱信号环境的定位、 补丁、默认 天 离线辅助（辅助数据有 开启辅助手 效时间内） 段。
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GPS patch都会发布到PMS系统上，在PMS 系统中查询项目的
星数越多，解码出来的位置就越精确。
地区 美国
系统 GPS
频点 1575.42MHz
卫星 24
俄罗斯
GLONASS
1,602MHz+N*0.5625
24
欧洲
Galileo
1563MHz-1591MHz
30
中国
北斗
1559.052MHz－1591.788MHz
35
Satellite System GPS WAAS
录制debuglog，查看 重新进行校准，查看 PMTKTSX语句的最后两个 log确认校准参数在 字段是否为0（0表示未校 spec范围内 准）
GPS co-clock(TMS)
MT6627/MT6625 GPS co-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；
天线效率低
PCB 天线和馈点下方是否净空
请天线厂提供天线效率报告
传导 de-sense
从天线馈点向chip，分别跳过 GPS RF trace/GPS power Diplexer/SAW/LNA接入信号测量CNR PCB trace 包地保护是否完整， ，判断哪一级存在de-sense。 是否有高速数字信号线相邻 使用外部直流电源为GPS供电
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。
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Design note。
PRN numbers 1 ~ 32 120 ~ 138
NMEA/PMTK SVID 1 ~ 32 33 ~ 64 65 ~ 88 89~96 reserved 51~104 reserved 193~197
GLONASS
GALILEO QZSS
1 ~ 24
1 ~ 54 183 ~ 187 193 ~ 197
Clock drift/clock drift rate
GPS Desense
软件保证
Patch
辅助手段
外场测试
TTFF 车载导航
问题类型及相应的处理方法
问题类型 咨询 现象 芯片功能、指标、SW配置 等 做板级性能确认 预处理 在FAQ上查找答案 MTK support （若预处理无法解决，请提交eservice） 详细描述问题
BEIDOU
1~30
201~230
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