目前，市場(chǎng)上價(jià)格適中的GPS接收機(jī)種類豐富，可滿足OEM的不同需求。GPS生產(chǎn)商提供不同性能和不同系統(tǒng)整合等級(jí)的產(chǎn)品。即使現(xiàn)在的GPS接收機(jī)看起來(lái)可以用于簡(jiǎn)單直接的系統(tǒng)整合，然而由于市場(chǎng)上存在大量可供選擇的產(chǎn)品，使得OEM廠商仍然很難做出最恰當(dāng)?shù)倪x擇。因此，建議OEM廠商在做出選擇之前先確定GPS接收機(jī)需要滿足的要求，包括技術(shù)和非技術(shù)因素，如圖1中所示。

系統(tǒng)的技術(shù)或非技術(shù)性要求

技術(shù)性要求包括特性(如節(jié)能模式和支援SBAS)、易用性(特別是易配置性)和既要定性也要定量的性能標(biāo)準(zhǔn)。定量指標(biāo)指可測(cè)參數(shù)，如準(zhǔn)確度、啟動(dòng)性能、追蹤靈敏度和功耗，定性指標(biāo)包括由外場(chǎng)測(cè)試獲得的可預(yù)期定位結(jié)果。有些GPS接收機(jī)在實(shí)驗(yàn)室里測(cè)得的技術(shù)指標(biāo)可能很好，但很可能外場(chǎng)測(cè)試就不行。外場(chǎng)測(cè)試暴露出技術(shù)特性上的弱點(diǎn)或缺陷。不管GPS接收機(jī)技術(shù)怎樣發(fā)展，都仍會(huì)存在由于某種權(quán)衡造成的性能上的折衷。對(duì)智慧天線模組來(lái)說(shuō)，片狀天線(patch antenna)及其地面層的小型化是以犧牲靈敏度為代價(jià)的。對(duì)低功耗的追求帶來(lái)了另一種性能折衷：功耗的降低可以透過(guò)縮減硬體架構(gòu)得以實(shí)現(xiàn)，例如減少通道數(shù)和時(shí)/頻搜索窗口，但同時(shí)啟動(dòng)性能便會(huì)打折扣。

工程師往往側(cè)重于關(guān)心技術(shù)性要求而忽視非技術(shù)性要求的重要性。有限的計(jì)畫周期、預(yù)算和可利用的內(nèi)部研發(fā)資源都會(huì)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。工程師需要謹(jǐn)慎地決定系統(tǒng)整合等級(jí)，這一等級(jí)最好被視為衡量自己研發(fā)工作技術(shù)深度的標(biāo)尺。所選的系統(tǒng)整合等級(jí)會(huì)影響計(jì)畫復(fù)雜度、進(jìn)度、成本、產(chǎn)品和物料采備。在評(píng)估GPS接收機(jī)時(shí)，成本因素扮演了重要角色。對(duì)產(chǎn)品量小的計(jì)畫來(lái)說(shuō)，最初的開發(fā)成本在整個(gè)產(chǎn)品成本中占據(jù)了最大的一部分，必須著重考慮。對(duì)產(chǎn)品量大的計(jì)畫來(lái)說(shuō)，開發(fā)成本對(duì)計(jì)畫本身的影響可以忽略，為了最佳化產(chǎn)品成本，需要在研發(fā)過(guò)程中投入充足的時(shí)間和資源。

GPS廠商間的激烈競(jìng)爭(zhēng)造成GPS產(chǎn)品的低價(jià)，工程師和采購(gòu)經(jīng)理很容易被價(jià)格因素吸引而選擇最便宜的那種。請(qǐng)注意，單純地只關(guān)心產(chǎn)品成本而忽視其它要求很可能會(huì)導(dǎo)致令人失望的結(jié)果，例如計(jì)畫延期和出現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)缺陷。性能差、品質(zhì)達(dá)不到預(yù)期要求以及讓用戶不滿意，都是GPS嵌入式產(chǎn)品最不希望見(jiàn)到的。

在計(jì)畫進(jìn)行的初期階段就必須確定系統(tǒng)整合等級(jí)，它會(huì)影響對(duì)OEM GPS接收機(jī)的選擇。選定的系統(tǒng)整合等級(jí)類似于在設(shè)計(jì)復(fù)雜度和有限的周期、技巧和可用資源之間進(jìn)行的一種權(quán)衡。

基于GPS晶片組設(shè)計(jì)可以提供最大的靈活性和產(chǎn)品最佳化。基于晶片組的設(shè)計(jì)需要開發(fā)工程師具備RF設(shè)計(jì)方面的豐富技巧和經(jīng)驗(yàn)，以完成產(chǎn)品開發(fā)并提供全面徹底的配套產(chǎn)品測(cè)試系統(tǒng)。基于晶片組的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期通常超過(guò)一年，成本較高，同時(shí)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。一般會(huì)進(jìn)行三次或以上的產(chǎn)品原型測(cè)試，產(chǎn)品方可定型，在開發(fā)過(guò)程中強(qiáng)烈建議與GPS廠商緊密合作。總之，高昂的設(shè)計(jì)費(fèi)用、較大風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜的物料來(lái)源(20-40個(gè)來(lái)自不同半導(dǎo)體公司的元件)，使得這種方式僅適用于有大規(guī)模應(yīng)用潛力的產(chǎn)品。

GPS模組可以作為晶片組的替代選擇。模組包含完整的GPS功能，允許開發(fā)工程師進(jìn)行快速系統(tǒng)整合，而無(wú)需面對(duì)在開發(fā)過(guò)程中RF和GPS設(shè)計(jì)缺陷的麻煩。開發(fā)工程師只需要具備基本的RF知識(shí)，指定天線類型并將天線設(shè)計(jì)到模組的鏈路上。模組采用表面安裝焊盤，可適用于自動(dòng)黏著和焊接管線，因而對(duì)于中等和大量產(chǎn)計(jì)畫來(lái)說(shuō)是一種很有吸引力的選擇。從備料角度來(lái)看，使用模組比采購(gòu)數(shù)量眾多的元件更為容易，同時(shí)，由于供應(yīng)商已經(jīng)對(duì)GPS模組做過(guò)全面測(cè)試，因此只需要進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的產(chǎn)品測(cè)試。

GPS接收板本身帶專用RF和I/O接頭，體積雖然大于GPS模組，但卻進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng)整合工作。使用過(guò)程中除了選擇一款帶合適連接電纜和接頭的主動(dòng)GPS天線外，不需要做其它與RF相關(guān)的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)易用性和劃算的產(chǎn)品可靠性是重點(diǎn)考慮的因素時(shí)，插入式接收板是最佳的選擇方案。

當(dāng)能否迅速完成產(chǎn)品定型或迅速將產(chǎn)品投入市場(chǎng)成為產(chǎn)品成功與否的決定因素時(shí)，GPS智慧天線模組是最佳的選擇。智慧天線模組包含完整的GPS接收機(jī)，帶內(nèi)建天線。智慧天線模組有兩種應(yīng)用形式：一種是OEM智慧天線模組，用于終端整合，另一種是將智慧天線封裝到某個(gè)組件中。

設(shè)計(jì)中選擇使用智慧天線模組

由于具有系統(tǒng)整合快速和風(fēng)險(xiǎn)低的特點(diǎn)，在要求實(shí)現(xiàn)迅速產(chǎn)品定型、小量產(chǎn)和對(duì)進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)合，GPS智慧天線模組是最適當(dāng)?shù)倪x擇。即使智慧天線模組包含了完全獨(dú)立的GPS功能，在使用過(guò)程中仍有一些設(shè)計(jì)工作有待進(jìn)行，包括天線類型(片狀天線或螺旋天線)的選擇和將智慧天線模組嵌入到終端產(chǎn)品中去。

大多數(shù)智慧天線模組不是采用陶瓷片狀天線就是螺旋天線。片狀天線具有方向性，在輻射元的正交面上有最大增益。換句話說(shuō)，水準(zhǔn)面上的輻射元對(duì)從天穹頂點(diǎn)發(fā)來(lái)的訊號(hào)具有最大增益。當(dāng)水準(zhǔn)面上接收仰角范圍很窄的時(shí)候，對(duì)這種高度中心式的靈敏性會(huì)造成較大影響。片狀天線適合用于主要朝向上方的終端產(chǎn)品中，例如用在車載導(dǎo)航中，靠著擋風(fēng)玻璃安裝在排氣罩上。另外，由輻射元尺寸和它下方輻射經(jīng)過(guò)的接地面尺寸共同決定的天線孔徑(antenna aperture)大小，也會(huì)影響訊號(hào)接收靈敏性。

圖2:GPS的系統(tǒng)整合等級(jí)。

螺旋天線有相對(duì)較寬的方向特性：具有更寬的接收仰角，但峰值增益也相對(duì)較低。螺旋天線適合用于各個(gè)方向都要求能自由使用的終端產(chǎn)品中，如行動(dòng)手持設(shè)備。由于靠近人體時(shí)會(huì)干擾訊號(hào)接收，在這種情況下使用螺旋天線造成的影響也相對(duì)較小，因而在距離人體組織或遠(yuǎn)或近的位置、在各個(gè)方向手持終端產(chǎn)品時(shí)都能實(shí)現(xiàn)GPS接收。不過(guò)螺旋天線也存在一個(gè)缺點(diǎn)：天線孔徑小，限制了整體的接收靈敏度。

下面列出的幾點(diǎn)影響智慧天線模組在終端產(chǎn)品中嵌入應(yīng)用的因素：

1.在選擇智慧天線模組前應(yīng)了解終端產(chǎn)品的主要定位方向和使用方式：例如，電子設(shè)備是被放置在平面上工作還是被拿在手里、與水準(zhǔn)面呈一定傾角貼近人體頭部使用。
2.天線整合的位置不能靠近噪音源，如內(nèi)部處理器和發(fā)光LCD顯示螢?zāi)弧?
3.終端產(chǎn)品的外殼材料對(duì)天線性能有影響。外殼或屏蔽層材料的介電常數(shù)、厚度以及到天線表面的間距都會(huì)影響片狀天線的諧振頻率。因此，良好設(shè)計(jì)OEM智慧天線模組都按照廠商規(guī)格使用封裝外殼，已經(jīng)對(duì)偏移諧振頻率進(jìn)行了歸零校準(zhǔn)。

封裝式智慧天線

封裝式智慧天線是OEM智慧天線模組的一種替代選擇。在要求嵌入GPS的產(chǎn)品不做硬體改動(dòng)的情況下，選擇封裝式智慧天線有一定優(yōu)勢(shì)。封裝式智慧天線有兩種：分離式智慧天線和密耦合智慧天線。分離式智慧天線可以放在有較好天空視野的位置上，(例如GPS mice)。它們之間可透過(guò)RS-232、USB或藍(lán)芽進(jìn)行通訊，由主機(jī)(例如透過(guò)USB電源線)或充電電池供電。密耦合智慧天線可直接插入終端產(chǎn)品中去，例如透過(guò)CF插槽(Compact Flash slot)。

封裝式智慧天線是在像可攜PC和PDA這樣的標(biāo)準(zhǔn)可攜硬體平臺(tái)上執(zhí)行的系統(tǒng)解決方案的理想選擇。

本文結(jié)論

在整合設(shè)計(jì)工作中使用經(jīng)過(guò)良好設(shè)計(jì)智慧天線，可以提供與使用GPS模組和晶片組同樣高的性能等級(jí)。在日本，Shinjuku(日本東京)是路測(cè)環(huán)境最苛刻的城市之一。市內(nèi)道路兩側(cè)高樓林立，天空視野有限，對(duì)接收機(jī)的多徑抑制能力提出了嚴(yán)格考驗(yàn)。智慧天線模組內(nèi)含16通道ANTARIS定位技術(shù)，在如此惡劣的定位環(huán)境下仍能提供出色性能。

當(dāng)要求快速實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，要求降低開發(fā)成本或者內(nèi)部研發(fā)資源有限的時(shí)候，智慧天線模組是切實(shí)可行的選擇方案。經(jīng)過(guò)仔細(xì)挑選的智慧天線模組可以提供能與傳統(tǒng)GPS晶片組和模組整合相比的性能。