u-blox6GPS模塊

1、u-blox 6 GPS 模塊1 硬件描述1.2 結構圖 1 u-blox 6 模塊結構由兩個功能部分組成：射頻（RF ）和基帶（Baseband ）部分。RF 前端包括輸入匹配元件、SAW（聲表面波）帶通濾波器、u-blox 6 RF-IC （帶集成的LNA）和頻率源?；鶐Р糠?，包括u-blox 6 基帶處理器、RTC 晶體振蕩器和附加的元件如：用于擴展編程和靈活性的可選FLASH 內存1.3 電源管理1.3.1 電源連接u-blox6 接收器有三個電源腳：VCC、 V_BCKP 和 VDDUSB 。l VCC ：主電源主電源接到VCC 腳。在運行期間，u-blox 6 GPS 模塊的消耗的

2、電流變化非常大，特別是節(jié)電模式的時候。系統(tǒng)電源應該能提供短時的峰值電流。當從備份模式切換到正常模式或者啟動時u-blox6 模塊先給內核域的內部電容充電，這時會產生一個很大的電流，對于低功耗的應用，使用節(jié)電或備份模式，電源或在模塊輸入的低ESR 電容擔負著這個充電電流。l V_BCKP ：備份電源在 VCC 失去的時候，實時時鐘和備份RAM 的供電通過V_BCKP 腳。這個備份電源使得 u_blox6 接收器能夠以若啟動或溫啟動方式（取決于VCC 掉電的時間長度）從掉電中恢復過來，可以保持配置信息存儲在備份RAM 中不丟失。如果無備份電池連接，接收器上電的時候會執(zhí)行冷啟動。如果無備份電池，V_

3、BCKP 腳應該連接到GND 。只要 VCC 維持對 u-blox6 接收器的供電，備份電池就不會為RTC 和備份 RAM 供電， 這樣可以節(jié)省電池消耗，見圖2。此時RTC 和 BBR 的供電來自于VCC 腳。應當避免在V_BCKP 腳上的高阻：在從主電源切換到備份電源期間，一個短時電流峰值能在這個腳上引起較大的電壓降，這可能會出現(xiàn)問題。2 備份電池和電壓l VDD_USB ： USB 接口電源在 LEA-6 和 NEO-6 中， VDD_USB 電源提供給USB 接口， 如果不使用USB 接口， VDD_USB腳必須連接到GND 。更詳細的信息參考1.6.2.1 節(jié)的內容。1.3.2 工作模

4、式有兩個連續(xù)運行模式（最大性能模式和ECO 模式）和一個間歇運行模式（節(jié)電模式）。最大性能模式自由使用捕獲引擎，導致最好的可能的TTFF （ Time To First Fix ），然而Eco模式優(yōu)化捕獲引擎的使用以降低電流消耗。在中等和強信號時，這些模式的捕獲跟蹤性能幾乎沒什么不同。l 最大性能模式：在最大性能模式，u-blox6 接收器以全部性能使用捕獲引擎來搜索可能的衛(wèi)星，直到星歷完全下載下來。結果，在下面的時候，會達到跟蹤的當前功耗：n 一個有效的GPS 位置是固定的n 星歷完全被下載下來 n 可看到的所有衛(wèi)星的星圖是有效的。l Eco 模式： 在 Eco 模式下， 僅在需要導航的時候

5、，u-blox 6 接收器使用捕獲引擎搜索新的衛(wèi)星：n 在冷啟動時，u-blox 6 搜索足夠的衛(wèi)星，用來導航和優(yōu)化捕獲引擎的使用以便下載它們的星圖。n 在非冷啟動時，u-blox6 著重于搜索可用的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星的軌道按星歷是已知的。在 Eco 模式， u-blox6 捕獲引擎限制它的搜索資源的使用，以減少功耗，結果是發(fā)現(xiàn)最微弱信號的那些衛(wèi)星的時間可能相對于最大性能模式稍微長一些。u-blox6 只要定位固定，就會撤銷捕獲引擎，足夠數(shù)目(至少4 個)的衛(wèi)星正被跟蹤，跟蹤引擎聯(lián)系搜索和跟蹤新的沒有任何軌道信息的衛(wèi)星。l 節(jié)電模式：u-blox 6 接收器包括節(jié)電模式。它以周期跟蹤方式運行，從而

6、達到顯著降低平均功耗的目的。節(jié)電模式能被配置成不同的更新周期，為了最佳的GPS 性能， u-blox 推薦更新周期是1s ，更多的信息見u-blox6 的通訊協(xié)議中關于接收器的描述。航位推測(Dead Reckoning )、 PPP 和精確定時特征不應該在節(jié)電模式下使用。1.4 天線電源：V_ANT( LEA-6 )LEA-6 模塊支持有源天線，監(jiān)視電路使用V_ANT 腳為有源天線供電，在V_ANT 前使用一個 10 歐姆的電阻。更詳細的信息見2.6 節(jié)。如果不使用這個腳，應該將V_ANT 腳接地。1.5 系統(tǒng)功能u-blox 6 接收器模塊具有系統(tǒng)監(jiān)視功能，便于嵌入式 處理器和相關的外設監(jiān)

7、視管理其運行，這些系統(tǒng)監(jiān)視功能是UBX 協(xié)議 “ MO”N類的一部分。詳細見接收器通訊規(guī)范。1.6 接口1.6.1 UARTu-blox 6 具有 UART 接口( RxD1/TxD1 )，支持波特率4.8 到 115.2kBit/s ，但注意這個信號輸入輸出電平是0V 到 VCC 范圍， 而不是標準的RS232 接口電平，所以需要有電平轉換IC，如 MAX3232 。不支持硬件握手信號和同步操作。更多的信息見LEA-6/NEO-6/MAX-6的數(shù)據(jù)手冊。1.6.2 USB ( LEA-6/NEO-6 )u-blox 6 的 USB 接口支持12Mbit/s 全速數(shù)據(jù)速率。USB 接口需要一些

8、外部元件以實現(xiàn)USB2.0 規(guī)范要求的物理特性。這些外部元件如圖3 和表 1 所示。為了兼容USB 規(guī)范， VBUS 必須通過LDO（ U1 ）將 5V 的 VBUS 降為 3.3V 再連接到模塊的 VDD_USB 腳。如果模塊是作為自供電的USB 設備，那么當VCC 電源沒有，基帶IC 核可能沒有供電的時候，因為VBUS 依然有效，它仍然會向USB Host 表示模塊依然存在并準備好通訊，這種情況是不希望的，所以應當通過VCC-LDO 使能信號（EN ）或一個電壓監(jiān)視器輸出來禁止LDO （ U1 ）。按照LDO（ U1 ）的特性，推薦在它的輸出端接一個下拉電阻R11 ，以確保VDD_USB

9、不會浮空。如果模塊采用總線供電，則LDO（ U1 ）不需要進行使能控制。圖 3 USB 接口表一 USB 外部元件小結代號元件功能注釋U1LDO將 VBUS 的( 4.4V-5.25V ) 轉換為3.3V如果GPS 接收器作為一個USB 自供電器件操作，幾乎不需要電流（約1mA），但是如果總線供電，U1 必須使能，以提供最大約70mA 的電流，可以使用廉價的 LDO，如LTC3410 。C23 ，C24電容滿足LDO （ U1 ）的要求D2保護 二極 管連接的時候，起到過載電壓 /ESD 保護使用低容抗的ESD 保護，如ST 微電子公司的USBLC6-2R4， R5終端 電阻建立全速驅動器的2

10、8-44 歐姆阻抗推薦使用22 歐姆R11電阻推薦值為10K ， 用做USB 自供電設置，對于總線供電，R11 可以不用。1.6.3 顯示數(shù)據(jù)通道（DDC ）在 LEA-6 、 NEO-6 和 MAX-6 模塊上，有一個I2C 接口，用做串行通訊，作為現(xiàn)實數(shù)據(jù)通道接口 （ DDC ） 。 關于 DDC 實現(xiàn)的更多信息參考通訊規(guī)范里的u-blox 6 接收器表述關于DDC接口的背景知識見附錄C.1 。l u-blox 6 接收器通常運行在I2C 從模式，主模式僅在外部EEPROM 作為存儲配置時才支持， 任何節(jié)點都不可以連接到這個總線上，此時， 接收器企圖通過對一個特定地址的寫和讀操作來檢測這樣

11、的非掉電易失內存元件是否存在。l TX 準備好指示信號用于FW7.0x ，見 1.7.6l U-blox 6 DDC 接口支持與u-blox 無線模塊間的串行通訊。見可用的無線模塊的手冊。l 對于 u-blox 6 ，當讀 DDC 內部寄存器地址0xFF（信息發(fā)送緩沖），主器件在每個字節(jié)被存取之前一定不要設置讀地址，因為這樣會導致一個錯誤行為。因為在每個字節(jié)被從寄存器0xFF 讀出之后，內部寄存器地址被加1 ，而在 0xFF 處飽和，隨后讀可以連續(xù)執(zhí)行。腳 SDA2 和 SCL2 內部有一個13k 的上拉電阻，如果容性總線負載很大，可能需要附加外部上拉電阻。表2 列出最大上拉電阻值。對于僅連接

12、外部EEPROM ，內置的上拉電阻舊足夠了。表 2 DDC 接口的上拉電阻值負載電容上來電阻R20 、 R2150pFN/A100pF18k250pF4.7kl 與 I2C EEPROM 通訊，作為I2C 主器件串行 I2C 內存可以連接到DDC 接口，這可以用做保存永久配置，它會由固件自動識別，內存地址必須設為0b10100000 （ 0xA0 ）且尺寸固定為4KB4 GPS 接收模塊連接一個外部串行I2C 內存圖 5 外部 Host 連接外部串行I2C 內存注意圖 5 與圖 4 的不同，在圖5 中，存在EEPROM ，但是這個EEPROM 由 Host/CPU 使用，這是允許的，但是需要預

13、防確保GPS 接收器不檢測EEPROM 器件，有效地配置GPS接收器成總線的MASTER ，從而引起與外部HOST 沖突。為了確保EEPROM 期間不被GPS 接收器檢測，最重要的是設置EEPROM 地址不為0xA0,這種方式，EEPROM 保持自由地被用作其它目的，GPS 接收器會表現(xiàn)為SLAVE 。l 確保在啟動的時候，HOST 允許足夠的時間用于GPS 接收器通過總線通訊以確定EEPROM 的存在，僅當這個質詢過程結束，HOST 才能作為對總線全部控制的MASTER器件使用。l 還要注意，F(xiàn)LASH 版的模塊不企圖存儲任何信息在外部EEPROM 中，這樣也不企圖與外部 EEPROM 通訊

14、， ROM 版的模塊在啟動的時候總是查詢外部EEPROM ， 查詢過程在啟動的 250ms 之內完成，這個時間內，外部HOST 必須給 ROM 版的 GPS 接收器完成其查詢。l 盡管 FLASH 版的模塊在啟動時不企圖檢測EEPROM ，但是并不建議在250ms 內通過DDC 與 GPS 通訊，因為由于忙于啟動的其他事物，GPS 接收器并不能做出響應。表 3 推薦的 I2C EEPROM 器件列表廠家型號STM24C32-RMicrochip24AA32ACatalystCAT24C32Samsung S524AB0X911.6.4 SPI （ NEO-6 ， LEA-6R ）u-blox

15、6 NEO 模塊有 SPI 接口， SPI 允許外部設備的連接，如FLASH 存儲器、 A/D 轉換器或與 HOST CPU 連接。LEA-6R 具有 SPI 接口用于連接外部傳感器，這個接口僅能作為SPI MASTER 模式操作，兩個片選可用于外部從設備，見2.2.3.1 。TX 準備好指示用于LEA-6H （ FW7.0 ），見1.7.6SPI 的背景知識見附錄C.2。l 連接 SPI FLASH 存儲器（NEO-6 模塊）圖 6 連接外部SPI 內存到 u-blox GPS 接收器SPI FLASH 內存連接到SPI 接口，用于存儲Assist Now Offline 數(shù)據(jù)或者接收器的配

16、置，當連接到SS_N 上，固件會自動識別。最小 SPI FLASH 內存尺寸是1Mbit 。表 4 支持的 SPI FLASH 內存器件廠家型號WinbondW25X10AWinbondW25X20AAMICA25L010AMICA25L020l 通過 SPI 與 NEO-6 通訊，將NEO-6 連接到一個SPI MASTER 上緩沖器 NC7SZ125 由 CS_N 使能。通過這個緩沖器，使得在上電的時候確保GPS 啟動的配置讀取正確。因為SPI 的 MOSI 、 MISO 、 SCK 啟動的時候用作配置腳。7 連接到 SPI MASTER為了使接收器上電的時候能正確地讀取配置（因為SPI

17、的 MOSI 、 MISO 、 SCK 啟動的時候用作配置腳），必須保證在啟動的時候使SS_N 為高。之后，SPI 功能不會影響配置腳。l 管腳配置為作為從器件之一。1.7 I/O 腳1.7.1 RESET_NLEA-6 具有這個模塊的系統(tǒng)硬件復位輸入腳，低電平有效。使用開漏輸出的元件來驅動。在模塊內部有一個3.3K 的上拉電阻，上拉到VCC， 這要求復位電路應當有一定的驅動能力（ 1mA）。NEO-6 和 MAX-6 沒有這個RESET_N 腳，但這個功能可以被實現(xiàn)，方法是用一個3.3K 的電阻將 NEO-6/MAX-6 的 8 腳連接到9 腳。這樣NEO-6 的 8 腳或 MAX-6 的

18、9 腳可以作為RESET_N 來使用。1.7.2 EXTINT 外部中斷腳EXTINT0 是一個外部中斷腳，具有固定的相對VCC 的輸入電壓閾值（詳見數(shù)據(jù)手冊），在LEA-6T 模塊上它可以用做時間標記功能，在所有的u-blox LCC 模塊上，作為節(jié)電模式的喚醒功能。如果不用這個腳，就讓這個腳浮空。1.7.3 AADET_N （ LEA-6 ）AADET_N 是一個輸入腳，用做報告外部電路是否檢測到一個外部天線。低電平表示檢測到天線，高電平表示沒檢測到外部天線。見2.6.4 節(jié)的實現(xiàn)實例。1.7.4 配置腳（LEA-6S/6A ， NEO-6 ）ROM 版模塊提供3 個配置腳（CFG_COM

19、0 、 CFG_COM1 、 CFG_GPS0 ）用作啟動時的配置，這些配置在啟動后立刻有效，一旦模塊啟動，配置可以通過UBX 配置信息修改，這些修改的配置信息保持有效直到掉電或復位。如果這些配置存儲在電池保護的RAM 中，那么修改的配置會保持，除非電池沒電了。模塊的數(shù)據(jù)手冊上會說明這些配置腳的配置方法，實際上所有的配置腳都不需要上拉，因為內部都有上拉電阻，因此缺省就是1 ，除非需要，你才需要下拉它。某些配置腳與其它功能共享，在啟動期間，模塊讀配置腳的狀態(tài)，之后，才轉換為其他功能。MAX-6 沒有配置腳。更詳細的信息，見模塊的數(shù)據(jù)手冊。1.7.5 秒脈沖（LEA-6T ）LEA-6T 有秒脈沖

20、信號腳（TIMEPULSE2 ），更詳細的信息和配置見LEA-6 的數(shù)據(jù)手冊，以及通訊規(guī)程里的u-blox 6 接收器描述。1.7.6 TX 準備好信號（FW7.0x ）TX 準備好信號，表示接收器有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，聽者可以等待TX 準備好信號，以代替查詢 DDC 或 SPI 接口， UBX_CFG_PRT 信息允許你配置TX 準備好信號有效前的極性和緩沖器里的字節(jié)數(shù)。TX 準備好信號可以映射到GPIO05 （ TXD1 ）腳， TX 準備好信號缺省是禁止的。u-blox 無線模塊（LEON 和 LISA）自動配置和使能TX 準備好功能。更多信息見LEA-6 數(shù)據(jù)手冊及通訊規(guī)范里的u-blox 6 接收器的描述。