u-blox6GPS模塊

1、u-blox 6 GPS模塊1 硬件描述1.2 結(jié)構(gòu)圖1 u-blox 6 模塊結(jié)構(gòu)由兩個(gè)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。基帶部分，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(kuò)展編程和靈活性的可選FLASH內(nèi)存1.3 電源管理1.3.1 電源連接u-blox6接收器有三個(gè)電源腳：VCC、V_BCKP和VDDUSB。l VCC：主電源 主電源接到VCC腳。在運(yùn)行期間，u-blox 6 GPS模塊的消耗的電流變化非常大，特別是節(jié)電模式的

2、時(shí)候。系統(tǒng)電源應(yīng)該能提供短時(shí)的峰值電流。當(dāng)從備份模式切換到正常模式或者啟動(dòng)時(shí)u-blox6模塊先給內(nèi)核域的內(nèi)部電容充電，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的電流，對(duì)于低功耗的應(yīng)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(dān)負(fù)著這個(gè)充電電流。l V_BCKP：備份電源 在VCC失去的時(shí)候，實(shí)時(shí)時(shí)鐘和備份RAM的供電通過V_BCKP腳。這個(gè)備份電源使得u_blox6接收器能夠以若啟動(dòng)或溫啟動(dòng)方式（取決于VCC掉電的時(shí)間長度）從掉電中恢復(fù)過來， 可以保持配置信息存儲(chǔ)在備份RAM中不丟失。如果無備份電池連接，接收器上電的時(shí)候會(huì)執(zhí)行冷啟動(dòng)。 如果無備份電池，V_BCKP腳應(yīng)該連接到GND。 只要VCC維持對(duì)u

3、-blox6接收器的供電，備份電池就不會(huì)為RTC和備份RAM供電，這樣可以節(jié)省電池消耗，見圖2。此時(shí)RTC和BBR的供電來自于VCC腳。 應(yīng)當(dāng)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(gè)短時(shí)電流峰值能在這個(gè)腳上引起較大的電壓降，這可能會(huì)出現(xiàn)問題。圖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(xì)的信息參考1.6.2.1節(jié)的內(nèi)容。1.3.2 工作模式有兩個(gè)連續(xù)運(yùn)行模式（最大性能模式和ECO模式）和一個(gè)間歇運(yùn)行模式（節(jié)電模式）。最大性能模式自由使用捕獲

4、引擎，導(dǎo)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(qiáng)信號(hào)時(shí)，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(jié)果，在下面的時(shí)候，會(huì)達(dá)到跟蹤的當(dāng)前功耗：n 一個(gè)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(dǎo)航的時(shí)候，u-blox 6接收器使用捕獲引擎搜索新的衛(wèi)星：n 在冷啟動(dòng)時(shí)，u-blox 6搜索足夠的衛(wèi)星，用來導(dǎo)航和優(yōu)化捕獲引擎的使用以

5、便下載它們的星圖。n 在非冷啟動(dòng)時(shí)，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(jié)果是發(fā)現(xiàn)最微弱信號(hào)的那些衛(wèi)星的時(shí)間可能相對(duì)于最大性能模式稍微長一些。u-blox6只要定位固定，就會(huì)撤銷捕獲引擎，足夠數(shù)目（至少4個(gè)）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(yùn)行，從而達(dá)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

6、協(xié)議中關(guān)于接收器的描述。航位推測（Dead Reckoning）、PPP和精確定時(shí)特征不應(yīng)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(gè)10歐姆的電阻。更詳細(xì)的信息見2.6節(jié)。如果不使用這個(gè)腳，應(yīng)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(guān)的外設(shè)監(jiān)視管理其運(yùn)行，這些系統(tǒng)監(jiān)視功能是UBX協(xié)議“MON”類的一部分。詳細(xì)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

7、.8到115.2kBit/s，但注意這個(gè)信號(hào)輸入輸出電平是0V到VCC范圍，而不是標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口電平，所以需要有電平轉(zhuǎn)換IC，如MAX3232。不支持硬件握手信號(hào)和同步操作。更多的信息見LEA-6/NEO-6/MAX-6的數(shù)據(jù)手冊(cè)。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接口需要一些外部元件以實(shí)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(shè)備，那么當(dāng)VCC電源沒

8、有，基帶IC核可能沒有供電的時(shí)候，因?yàn)閂BUS依然有效，它仍然會(huì)向USB Host表示模塊依然存在并準(zhǔn)備好通訊，這種情況是不希望的，所以應(yīng)當(dāng)通過VCC-LDO使能信號(hào)（EN）或一個(gè)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(gè)下拉電阻R11，以確保VDD_USB不會(huì)浮空。如果模塊采用總線供電，則LDO（U1）不需要進(jìn)行使能控制。圖3 USB接口表一 USB外部元件小結(jié)代號(hào)元件功能注釋U1LDO將VBUS的（4.4V-5.25V）轉(zhuǎn)換為3.3V如果GPS接收器作為一個(gè)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

9、約70mA的電流，可以使用廉價(jià)的LDO，如LTC3410。C23，C24電容滿足LDO（U1）的要求D2保護(hù)二極管連接的時(shí)候，起到過載電壓/ESD保護(hù)使用低容抗的ESD保護(hù)，如ST微電子公司的USBLC6-2R4，R5終端電阻建立全速驅(qū)動(dòng)器的28-44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(shè)置，對(duì)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(gè)I2C接口，用做串行通訊，作為現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)通道接口（DDC）。關(guān)于DDC實(shí)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(guān)于DDC接口的背景知識(shí)見附錄C.1。

10、l u-blox 6接收器通常運(yùn)行在I2C從模式，主模式僅在外部EEPROM作為存儲(chǔ)配置時(shí)才支持，任何節(jié)點(diǎn)都不可以連接到這個(gè)總線上，此時(shí)，接收器企圖通過對(duì)一個(gè)特定地址的寫和讀操作來檢測這樣的非掉電易失內(nèi)存元件是否存在。l TX準(zhǔn)備好指示信號(hào)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(cè)。l 對(duì)于u-blox 6，當(dāng)讀DDC內(nèi)部寄存器地址0xFF（信息發(fā)送緩沖），主器件在每個(gè)字節(jié)被存取之前一定不要設(shè)置讀地址，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤行為。因?yàn)樵诿總€(gè)字節(jié)被從寄存器0xFF讀出之后，內(nèi)部寄存器地址被加1，而在0xFF處飽和，

11、隨后讀可以連續(xù)執(zhí)行。腳SDA2和SCL2內(nèi)部有一個(gè)13k的上拉電阻，如果容性總線負(fù)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(duì)于僅連接外部EEPROM，內(nèi)置的上拉電阻舊足夠了。表2 DDC接口的上拉電阻值負(fù)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(nèi)存可以連接到DDC接口，這可以用做保存永久配置，它會(huì)由固件自動(dòng)識(shí)別，內(nèi)存地址必須設(shè)為0b10100000（0xA0）且尺寸固定為4KB圖4 GPS接收模塊連接一個(gè)外部串行I2C內(nèi)存圖5 外部Host連接外部串行I2C內(nèi)存注意圖5與圖4的不同，

12、在圖5中，存在EEPROM，但是這個(gè)EEPROM由Host/CPU使用，這是允許的，但是需要預(yù)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(shè)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(huì)表現(xiàn)為SLAVE。l 確保在啟動(dòng)的時(shí)候，HOST允許足夠的時(shí)間用于GPS接收器通過總線通訊以確定EEPROM的存在，僅當(dāng)這個(gè)質(zhì)詢過程結(jié)束，HOST才能作為對(duì)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(chǔ)任何信

13、息在外部EEPROM中，這樣也不企圖與外部EEPROM通訊，ROM版的模塊在啟動(dòng)的時(shí)候總是查詢外部EEPROM，查詢過程在啟動(dòng)的250ms之內(nèi)完成，這個(gè)時(shí)間內(nèi)，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(dòng)時(shí)不企圖檢測EEPROM，但是并不建議在250ms內(nèi)通過DDC與GPS通訊，因?yàn)橛捎诿τ趩?dòng)的其他事物，GPS接收器并不能做出響應(yīng)。表3 推薦的I2C EEPROM器件列表廠家型號(hào)STM24C32-RMicrochip24AA32ACatalystCAT24C32SamsungS524AB0X911.6.4 SPI（NEO-6，LEA-6R）u-blox

14、 6 NEO模塊有SPI接口，SPI允許外部設(shè)備的連接，如FLASH存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)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(gè)接口僅能作為SPI MASTER模式操作，兩個(gè)片選可用于外部從設(shè)備，見2.2.3.1。TX準(zhǔn)備好指示用于LEA-6H（FW7.0），見1.7.6SPI的背景知識(shí)見附錄C.2。l 連接SPI FLASH存儲(chǔ)器（NEO-6模塊）圖6 連接外部SPI內(nèi)存到u-blox GPS接收器SPI FLASH內(nèi)存連接到SPI接口，用于存儲(chǔ)Assist Now Offline數(shù)據(jù)或者接收器的配置，當(dāng)連接到SS_N上，固件會(huì)自動(dòng)識(shí)別。最小SPI FLA

15、SH內(nèi)存尺寸是1Mbit。表4支持的SPI FLASH內(nèi)存器件廠家型號(hào)WinbondW25X10AWinbondW25X20AAMICA25L010AMICA25L020l 通過SPI與NEO-6通訊，將NEO-6連接到一個(gè)SPI MASTER上圖7 連接到SPI MASTER為了使接收器上電的時(shí)候能正確地讀取配置（因?yàn)镾PI的MOSI、MISO、SCK啟動(dòng)的時(shí)候用作配置腳），必須保證在啟動(dòng)的時(shí)候使SS_N為高。之后，SPI功能不會(huì)影響配置腳。l 管腳配置為作為從器件之一。緩沖器NC7SZ125由CS_N使能。通過這個(gè)緩沖器，使得在上電的時(shí)候確保GPS啟動(dòng)的配置讀取正確。因?yàn)镾PI的MOSI、

16、MISO、SCK啟動(dòng)的時(shí)候用作配置腳。1.7 I/O腳1.7.1 RESET_NLEA-6具有這個(gè)模塊的系統(tǒng)硬件復(fù)位輸入腳，低電平有效。使用開漏輸出的元件來驅(qū)動(dòng)。在模塊內(nèi)部有一個(gè)3.3K的上拉電阻，上拉到VCC，這要求復(fù)位電路應(yīng)當(dāng)有一定的驅(qū)動(dòng)能力（1mA）。NEO-6和MAX-6沒有這個(gè)RESET_N腳，但這個(gè)功能可以被實(shí)現(xiàn)，方法是用一個(gè)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9腳可以作為RESET_N來使用。1.7.2 EXTINT外部中斷腳EXTINT0是一個(gè)外部中斷腳，具有固定的相對(duì)VCC的輸入電壓閾值（詳見數(shù)據(jù)手冊(cè)），在LEA-6T模塊

17、上它可以用做時(shí)間標(biāo)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(gè)腳，就讓這個(gè)腳浮空。1.7.3 AADET_N（LEA-6）AADET_N是一個(gè)輸入腳，用做報(bào)告外部電路是否檢測到一個(gè)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(shí)現(xiàn)實(shí)例。1.7.4 配置腳（LEA-6S/6A，NEO-6） ROM版模塊提供3個(gè)配置腳（CFG_COM0、CFG_COM1、CFG_GPS0）用作啟動(dòng)時(shí)的配置，這些配置在啟動(dòng)后立刻有效，一旦模塊啟動(dòng)，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(fù)位。如果這些配置存儲(chǔ)在電池保護(hù)的R

18、AM中，那么修改的配置會(huì)保持，除非電池沒電了。 模塊的數(shù)據(jù)手冊(cè)上會(huì)說明這些配置腳的配置方法，實(shí)際上所有的配置腳都不需要上拉，因?yàn)閮?nèi)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(dòng)期間，模塊讀配置腳的狀態(tài)，之后，才轉(zhuǎn)換為其他功能。 MAX-6沒有配置腳。 更詳細(xì)的信息，見模塊的數(shù)據(jù)手冊(cè)。1.7.5 秒脈沖（LEA-6T）LEA-6T有秒脈沖信號(hào)腳（TIMEPULSE2），更詳細(xì)的信息和配置見LEA-6的數(shù)據(jù)手冊(cè)，以及通訊規(guī)程里的u-blox 6接收器描述。1.7.6 TX準(zhǔn)備好信號(hào)（FW7.0x） TX準(zhǔn)備好信號(hào)，表示接收器有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，聽者可以等待TX準(zhǔn)備好信號(hào)，以代替查詢DDC或SPI接口，UBX_CFG_PRT信息允許你配置TX準(zhǔn)備好信號(hào)有效前的極性和緩沖器里的字節(jié)數(shù)。TX準(zhǔn)備好信號(hào)可以映射到GPIO05（TXD1）腳，TX準(zhǔn)備好信號(hào)缺省是禁止的。 u-blox無線模塊（LEON和LISA）自動(dòng)配置和使能TX準(zhǔn)備好功能。 更多信息見LEA-6數(shù)據(jù)手冊(cè)及通訊規(guī)范里的u-blox 6接收器的描述。1.7.7 ANTOFF（NEO_6）