GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)要領(lǐng)

　　在Telematics系統(tǒng)中，GPS接收器已是不可或缺的一個(gè)核心。評斷GPS效能的指標(biāo)主要有四項(xiàng)，分別是：第一次定位時(shí)間（Time to first fix；TTFF）、準(zhǔn)確性（Position accuracy）、靈敏度（Sensitivity）及通道數(shù)量（channel number）。其中最被重視的指標(biāo)為TTFF，在毫無衛(wèi)星資料的冷啟動(dòng)狀況下，目前市場上多數(shù)GPS接收器的首次定位時(shí)間至少需要35～38秒，若遇到收訊不良的環(huán)境，更動(dòng)輒需要一分鐘以上的時(shí)間。

　　GPS接收器包括射頻（RF）及數(shù)位基頻兩大部分，更仔細(xì)地來看，它是由RF前端、GPS引擎、處理器（通常為ARM7）、記憶體（ROM／RAM）和即時(shí)時(shí)脈（RTC）IC等單元所組成；其外部還有被動(dòng)或主動(dòng)天線，以及搭配溫度補(bǔ)償型振蕩器（TCXO）；如果有特殊的應(yīng)用需求，還得使用到外部的Flash EPROM或Serial EEPROM等記憶體。

　　這些單元可以采離散式（discrete）的作法來提高設(shè)計(jì)上的彈性，也能采整合式的策略，即將多個(gè)單元整合為一顆系統(tǒng)單晶片（SoC）、單封裝（SiP）或模組，以降低設(shè)計(jì)的難度及成本。以ST的Cartesio系統(tǒng)單晶片為例，它將基頻與射頻功能整合于小型的QFN-68封裝之中。它在基頻部分采用ARM7TDMI為核心，時(shí)脈可高達(dá)66MHz；在射頻部分為主動(dòng)天線系統(tǒng)，含有易與被動(dòng)天線連接的介面；此外，它還內(nèi)建ROM及SRAM記憶體。由于只需要用到少數(shù)的外部元件，因此能降低總體物料（BOM）成本；其小尺寸能讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)更為輕薄短小，而且具有低功耗的優(yōu)勢；不僅如此，此類整合性產(chǎn)品也讓工程師省下調(diào)校射頻與基頻整合的研究心力，能加速產(chǎn)品上市時(shí)間。

《圖二　整合GPS功能的汽車用應(yīng)用處理器架構(gòu)圖》

　　此外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上還有一些需注意的要領(lǐng)，包括功耗的降低和雜訊、干擾的抑制。以GPS接收器來說，相關(guān)器的運(yùn)作是產(chǎn)生功耗的主要來源，因此最好能分別控制每個(gè)相關(guān)器通道，也就是當(dāng)不需要啟動(dòng)所有通道的時(shí)候，系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)整為僅啟動(dòng)所需的相關(guān)器通道，以降低功耗。此外，透過備用電池的使用，能將電源電壓降低，這也有助于節(jié)省功耗。

　　從高頻轉(zhuǎn)低頻的過程，是雜訊產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)，在此過程中必須妥善抑制雜訊的產(chǎn)生，例如將SAMP CLK的訊號諧波降到最小，以免混雜在中頻（IF）鏈路當(dāng)中，這可透過在射頻前端與相關(guān)器之間配置適當(dāng)?shù)碾娮杵鱽磉_(dá)成抑制的目標(biāo)。此外，各單元在電路上的布局和布線，也會(huì)影響干擾的狀況，因此需要進(jìn)行妥善的規(guī)劃。

其他設(shè)計(jì)議題

多媒體系統(tǒng)

　　在車載多媒體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，需要采用更為先進(jìn)的處理架構(gòu)來滿足復(fù)雜的影音應(yīng)用功能。除了主處理器核心外，特殊的硬體設(shè)計(jì)是有必要的，例如透過視訊加速器、音訊加速器、2D／3D繪圖加速器、Java加速器、加速功能硬體（Acceleration hardware）等專屬硬體來分散處理資源，并加速完成工作。

　　汽車的多媒體系統(tǒng)還是以音訊為主體，而今日的汽車音訊次系統(tǒng)必須支援多種音訊標(biāo)準(zhǔn)，如MP3、AAC、AAC+、WMA、Midi合成，以及高階多通道音訊，如MP3Pro、MWA、DTS-ES、 AAC、Dolby Digital-EX等，還得提供雜訊抑制、回聲消除、立體聲強(qiáng)化與環(huán)繞音效等功能。此外，強(qiáng)化的3D繪圖加速器，可用于地圖繪制和人機(jī)介面的顯示功能。

　　在車用音訊廣播方面，目前全球存在多種類比與數(shù)位的規(guī)格，類比方面包括既有的AM及FM頻道，以及美國的天氣頻道（weather band）。類比音訊廣播仍是今日車載廣播的主流應(yīng)用，核心架構(gòu)包括AM／FM接收器及播放機(jī)制、驅(qū)動(dòng)多個(gè)喇叭的音訊功率放大器，其中接收器又包括RF的解調(diào)器（tuner）及訊號處理的音訊處理器。

　　數(shù)位音訊廣播又可分為地面廣播，包括DAB／DMB、Digital Radio Mondiale（DRM）、HD Radio，以及衛(wèi)星廣播，包括XM Radio、Sirius和WorldSpace。其中數(shù)位音訊廣播讓基地臺能更有效的利用頻譜、接收性能也能提升，也更容易使用，而且除了聲音的傳送外，它也能同時(shí)傳送影像與數(shù)據(jù)服務(wù)，因此已是汽車娛樂的重要應(yīng)用趨勢。

　　在技術(shù)上，數(shù)位音訊廣播將高頻類比訊號轉(zhuǎn)為中頻后，再轉(zhuǎn)為數(shù)位訊號，透過數(shù)位訊號處理（DSP）技術(shù)，包括聲調(diào)（tone）、音量、漸大漸小和平衡，以及聲音的參數(shù)性等化等音訊效果都能進(jìn)行數(shù)位化的處理，可有效改善接收穩(wěn)定性及音訊品質(zhì)。

《圖三　數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖》