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单片BD2/GPS双模导航芯片

技术简介

       随着我国北斗卫星导航系统完成东南亚的覆盖,于2012年12月进入试运行阶段,为我国开展北斗导航芯片的研制和产业化提供了必要条件。

       目前北斗导航终端基本建立在两片机(射频前端+基带处理)的基础上,其射频前端利用传统的超外差接收方式将导航信号下变频至中频进行采样,这种体系架构的不足之处:一是集成度不高,电路构成复杂,芯片内部电路种类和数量相对较多。二是芯片内部模拟电路规模相对较大,不利于利用先进制造工艺来改善芯片的功耗。为了解决上述问题,在充分调研目前GPS芯片的体系架构和未来发展方向,同时结合中国电科38所多年从事数字阵列雷达技术积累,在此基础上,提出了基于射频直接采样技术的单片BD2/GPS双模导航芯片设计。其体系架构如图所示:




       导航信号通过天线接收耦合经片外的低噪声放大器放大,实现低灵敏度接收;通过声表滤波器滤除带外干扰,再进入片内的射频放大器放大,其放大增益要确保ADC采样时可以实现噪声分层,ADC采样的信号进入ASIC电路进行数字下变频处理得到基带信号,进行捕获和跟踪处理得到导航电文,在CPU中进行位置解算,最后通过串口输出PVT信息。


技术指标

     ●单芯片SOC体系架构

     ●支持BD2(B1)/GPS(L1)单模/双模联合定位

     ●定位精度:3米(GDOP≤3,CEP 95%)

     ●捕获灵敏度:-145dBm

     ●跟踪灵敏度:-160dBm

     ●测速精度:0.1米/秒

     ●授时精度:100ns

     ●冷启动:≤35秒

     ●热启动:≤1秒

     ●工作电压:2.5V/1.2V

     ●平均功耗:160mW

     ●输出接口和协议:RS-232/NEMA-0183

     ●封装形式:BGA121(8mm×8mm)


技术特点

       受客观条件限制,目前市场上的民用北斗导航终端基本建立在两片机(射频前端+基带处理)基础上。基于两片机的终端架构技术相对成熟,难度较小。但随着民用北斗ICD文件的公布,国外从事卫星导航芯片的厂商凭借其成熟技术会很快推出北斗导航芯片冲击国内市场,民用市场关心的是性价比,而目前国内导航芯片由于集成度有限,在成本和性能上很难和国外基于单芯片的导航终端形成竞争,因此为了提高民用产品的性价比,必须研制基于单芯片的北斗导航终端是开展未来民用北斗导航终端产业化的必由之路。

      随着超大规模集成电路设计水平和先进制造工艺的发展,为基于射频直接采样的单片北斗芯片研制提供了可能。采用射频直接采样技术主要是利用“模拟最小化,数字最大化”,通过“摩尔定律”来降低芯片的面积和功耗,因为数字电路的功耗会随着先进制造工艺下降,而模拟电路则不能。目前中国电科38所已完成了基于55nm CMOS工艺的单片BD2/GPS双模导航芯片的样片研制,相对业内同一制造工艺的芯片,在功耗和成本方面有一定的优势。为了提高产品的市场竞争力,后期拟在此基础上,研制28nm制造工艺的单片北斗导航芯片,通过工艺升级,进一步提高功耗和降低面积,提升产品性能。


预期效益

       目前全球卫星导航终端主要是GPS市场,其终端使用的芯片基本上被U-Blox和SiRF为代表的国外几大厂商所占据,我国是GPS导航系统应用的大国,《国家中长期卫星导航发展规划》中指出:2020年中国卫星导航产业预计可达4000亿元,因此其未来市场空间难以想象。
北斗导航芯片民用产品主要集中在智能手机和车载终端。根据工信部电信研究院公布的数据,2012年上半年国内智能机总体出货量达9485.5万部,占同期手机市场出货量的48.66%。在智能手机突飞猛进的同时,导航已成为标配功能,随着北斗导航系统建设的完善,在中国,北斗导航取代GPS导航是必然趋势。智能手机如果按照平均增长率20%计算,2015年达1.8亿部,2017年达2.5亿部,如果到2017年智能手机的北斗导航成为标配,假设内嵌北斗导航的IP按1美金来算,总计2.5亿个美金。如果项目后续28nm的导航IP占领智能手机市场的10%,则销售额可达2500万美金,约1.5亿人民币。

       目前我国已进入汽车发展大国,受汽车保有量不断增多的影响,车载导航前装市场销售总量也呈现不断增长的趋势,据易观智库统计:2010年,中国汽车销量在1800多万辆,共计600多个车型,从汽车的总数来看,前装渗透率大概是5%,约90万台; 2011年前装车载导航市场月104万台,2012年是130万台;在前装导航渗透率不断提升的同时,后装车载市场也在蓬勃发展。据易观智库统计:2011年后装车载导航市场月550万台,2012年是673万台;如果前后装车载导航市场按照22%的增长考虑,到2015年年后装车载导航市场达1452万台,2017年达2160万台,假设一个北斗导航模组40元,总计市场份额8.6亿,如果本项目的北斗导航芯片占领车载导航市场的15%,则销售额可达1.3亿元人民币。再考虑其它民用市场支持,因此未来经济效益十分可观。