面向北斗雙頻定位模塊的基帶芯片優化設計

倪大江，陶全樂

（南京六九零二科技有限公司，江蘇 南京 210013）

1.引言

北斗雙頻定位模塊使用過程中要求功耗低、體積?。坏菍嶋H過程中由于功耗較大，影響了整機功耗指標，并且長時間發熱導致手持終端溫度升高。

2.北斗雙頻定位模塊使用過程中存在的問題

北斗雙頻定位模塊需運用到某手持終端項目中，使其具備北斗定位功能。但在使用過程中發現，此北斗模塊功耗較大，影響整機功耗指標。且在長時間工作的情況下，由于模塊功耗大，產生大量的熱量，可導致手持終端表面溫度增加，給手持終端設備使用者的用戶體驗將變差。

3.功耗過高的數據分析和問題定位

3.1 數據分析

北斗雙頻定位模塊對手持終端而言，可獨立工作（只提供電源和進行串口數據交互）。故將北斗雙頻定位模塊進行了分解和功耗實測。北斗雙頻定位模塊可分為天線、傳輸線和北斗模塊三部分，實測數據進行了統計、整理，并制作了功耗統計表，如表1所示：

表1 北斗雙頻定位模塊功耗統計表

從上表可以看出，模塊的總體功耗均在1.2W左右。表1的結果可以看出，北斗雙頻定位模塊的功耗主要由兩部分組成，天線部分和北斗模塊部分?？梢詮奶炀€部分和北斗模塊兩個方面同時著手解決雙頻定位模塊功耗高的問題。

3.2 問題定位

圖1 北斗雙頻定位模塊功耗影響因素樹圖

3.2.1 低噪放放大芯片選擇不合適

北斗雙頻定位模塊的主要包括北斗雙頻天線（含低噪放）、射頻連接線（功耗可忽略）和北斗模塊組成。北斗雙頻天線的功耗是總功耗中的一部分，對不同廠家的同款天線方案進行了對比。通過對比測試不同的芯片方案對功耗的影響還是比較大的。選擇合適的低噪放設計方案對減低北斗雙頻定位模塊的整體功耗有明顯的效果。

3.2.2 基帶芯片選擇不合適

根據查找行業內同類型的基帶芯片資料，不同芯片功耗有所差異。北京和芯星通科技有限公司生產的基帶芯片UC7120和上海復旦微電子科技有限公司基帶芯片JFM7205。通過對比，可以選擇功耗更低的基帶芯片來減低模塊的功耗。

3.2.3 基帶芯片工作電壓不合適

北斗雙頻定位模塊內部選用的基帶芯片為UC7120，該芯片為模塊的核心器件，負責北斗衛星信號的捕獲、跟蹤并對衛星導航信號進行信息處理，解算后輸出定位導航信息。模塊的主要功耗都由基帶芯片產生?；鶐酒闹饕氖?.2V的內核電源，即1.2V電路的功耗?？稍谶m當的范圍內調整基帶芯片的和電壓來降低基帶芯片功耗。

4.基帶芯片優化設計

在降低北斗雙頻定位模塊功耗的活動過程中，在不改變天線和模塊外形尺寸及整體性能指標的情況下，從以下三個方面實施了降低功耗的活動。

4.1 對策實施一：對天線低噪放中的放大電路進行優化設計

根據上文的測試數據可以看出，天線部分的功耗約占整體功耗20%左右，天線功耗的降低對整體功耗降低的效果起到一定的作用。因此，針對天線功耗的降低問題，通過借鑒同行業同類型天線的功耗對比測試，在保證天線性能指標的要求下，采用天線功耗最低的芯片，并優化此天線設計方案。

4.2 對策實施二：對模塊中的基帶芯片電路進行優化

對基帶芯片進行更換以降低模塊功耗，將原方案的上海復旦微電子科技有限公司基帶芯片JFM7205更換為UC7120，優化基帶芯片電路減低功耗。

4.3 對策實施三：對模塊中的基帶芯片核電壓進行優化

查閱CPU電路的相關資料，發現CPU工作電壓也影響電路的功耗，小組成員通過對電路進行分析、調試及驗證，選擇合適的基帶芯片核電壓可以降低CPU的功耗。

圖2 基帶芯片內部原理框圖

從基帶芯片內部原理圖可以看出，CPU（ARM926EJS）包含于基帶芯片中。目前CPU的工作電壓有一個非常明顯的下降趨勢，較低的工作電壓主要有以下三個優點：1、采用較低的CPU芯片總功耗降低，系統的運行成本就相應降低，這對于便攜移動系統來說非常重要，使其現有的電池可以工作更長時間，使電池的使用壽命大大延長；2、功耗降低，致使器件發熱量減少，運行溫度不過高的CPU可以與系統的更好的配合；3、降低電壓是CPU主頻提高的主要因素之一。

5.優化設計的后的效果確認

對按照對策實施后的北斗雙頻定位模塊進行常溫功耗試驗驗證測試，各部分和總功耗的測試數據如下見表所示。

表2 功耗試驗統計表

活動前后北斗雙頻定位模塊（含天線）的功耗從1.2W下降到0.504W（平均值）范圍內，設定的目標值為0.6W，達到了設定目標值。

6.結語

通過對天線低噪放中的放大電路進行優化設計、對模塊中的基帶芯片電路進行優化、對模塊中的基帶芯片核電壓進行優化的方式，將原功耗1.2W降到0.504W；滿足指標的要求。