TD303導(dǎo)航協(xié)議 N303-3雙模導(dǎo)航定位軟件協(xié)議與硬件手冊(cè)下載

ID:425419 · 發(fā)表于 2018-11-13 08:05

TD303導(dǎo)航協(xié)議
TD1030是一款高性能、高集成度的BDS/GPS/GLONASS/QZSS/SBAS衛(wèi)星定位導(dǎo)航授時(shí)芯片。該芯片采用了射頻基帶一體化設(shè)計(jì)，單片集成了DC-DC、 LDO、電源管理、 POR、射頻處理、衛(wèi)星定位導(dǎo)航授時(shí)數(shù)字基帶處理、 32位RISC CPU、RAM、FLASH存儲(chǔ)、Watchdog、Timer、RTC、天線狀態(tài)檢測(cè)與短路保護(hù)電路等。 TD1030芯片可通過(guò)不同的硬件外圍配置：采用內(nèi)部集成DCDC供電、使用內(nèi)部ROM來(lái)提供低功耗解決方案；同樣也可通過(guò)不同的硬件外圍配置：內(nèi)部集成DCDC旁路、使用內(nèi)部ROM、無(wú)源天線、單時(shí)鐘的設(shè)置來(lái)提供低成本解決方案。
最小BOM應(yīng)用可以選擇DCDC、LDO、LNA內(nèi)部集成及內(nèi)部ROM方案，該解決方案不支持firmware升級(jí)能力。  如需要組合導(dǎo)航功能、輸出原始觀測(cè)量等功能的需求請(qǐng)選擇flash解決方案，該解決方案支持firmware升級(jí)功能。應(yīng)用上TD1030芯片支持多種選擇方式：
  可選擇是否使用芯片內(nèi)部集成 DCDC給TD1030芯片供電
  可選擇RTC 晶振或內(nèi)部時(shí)鐘
  可選擇內(nèi)部集成天線檢測(cè)電路
可選擇外部SQI flash或SIP集成flash，推薦優(yōu)先考慮SIP集成flash方案，成本更低，空間尺寸更小。

3.1.4  工作模式
TD1030芯片支持持續(xù)定位模式、睡眠模式和待機(jī)模式。
持續(xù)定位模式是捕獲引擎全程打開，當(dāng)搜索到所有衛(wèi)星信息和星歷數(shù)據(jù)后，將自動(dòng)切換到跟蹤模式，以減少工作電流，也就是當(dāng)獲取到有效的位置信息、獲取全部的歷書數(shù)據(jù)、有效的衛(wèi)星位置信息后開始進(jìn)入跟蹤模式。睡眠模式是保留 RTC 備份區(qū)正常工作外，內(nèi)核電路有電，但是內(nèi)核部分時(shí)鐘關(guān)閉，其他功能模塊電源和時(shí)鐘全部關(guān)閉。進(jìn)入睡眠模式后，可以通過(guò)外部喚醒管腳（詳細(xì)見“3.5.8喚醒管腳”章節(jié)）和定時(shí)器喚醒，為支持熱啟動(dòng)和溫啟動(dòng)功能，要求主電掉電后必須備份區(qū)一直有電。
待機(jī)模式是只保留 RTC備份區(qū)正常工作，其他功能模塊電源和時(shí)鐘全部關(guān)閉，只支持上電恢復(fù)工作。為支持熱啟動(dòng)和溫啟動(dòng)功能，要求主電掉電后必須備份區(qū)一直有電，若需快速定位，建議接備份電。

3.2  時(shí)鐘
一個(gè)干凈和穩(wěn)定的時(shí)鐘源是保證 GNSS定位導(dǎo)航性能的關(guān)鍵，因此方案設(shè)計(jì)時(shí)請(qǐng)考慮高穩(wěn)定度的參考時(shí)鐘源。為了保證能得到更好系統(tǒng)時(shí)鐘質(zhì)量，穩(wěn)定的電源供電無(wú)疑是基本需求。TCXO支持由外部供電和芯片VLDO_TCXO_O供電兩種方式。若通過(guò)外部直接給 TCXO供電，需考慮給 TCXO供電能力要達(dá)到4mA以上，紋波在輸入電壓的5%之內(nèi)為佳；若通過(guò)芯片 VLDO_TCXO_O輸出給時(shí)鐘源供電，則需要注意在VLDO_TCXO_O 輸出加不小于2.2uF的濾波電容，且在應(yīng)用中請(qǐng)確認(rèn)選用的 TCXO器件工作功耗不可過(guò)高，需在VLDO_TCXO_O 的供電能力范圍。時(shí)鐘源是個(gè)溫度敏感器件，PCB layout布局時(shí)，需考慮將TCXO盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱源端，如遠(yuǎn)離片外DCDC。為了避免引入噪聲，TCXO的時(shí)鐘輸出到T3芯片的參考時(shí)鐘輸入端信號(hào)走線盡可能的短，并盡可能有地包圍，更詳細(xì)的描述請(qǐng)見本文檔PCB layout注意事項(xiàng)“3.8.2布線”章節(jié)。
3.2.1  TCXO
TCXO指標(biāo)要求見“應(yīng)用外圍器件選擇”說(shuō)明。
3.2.1.1  TCXO 應(yīng)用電路

TCXO支持由外部供電和芯片內(nèi)部的 VLDO_TCXO_O供電兩種方式：
方式一：如果外部條件允許，支持由外部直接給 TCXO供電，如與 VDD_IO_IN相同的供電，此時(shí)需考慮TCXO的工作電壓和 VDD_IO_IN的工作電壓要相匹配，避免出現(xiàn)兩者電壓不一致（例如 VDD_IO_IN為 3.3V 而TCXO器件為
2.8V）的情況。
方式二：為了提供更好的電給 TCXO，一般采用VLDO_TCXO_O輸出給TCXO器件供電，供電電壓可由軟件配置
輸出。
除了可以通過(guò) VLDO_TCXO_O端給 TCXO供電外，也可以通過(guò)該管腳控制TCXO的使能或禁能（要求 TCXO帶有使能端口），如圖3-7所示。此時(shí)，要考慮 VLDO_TCXO_O端口的電壓要低于 TCXO的供電電壓，一般推薦配置的電壓值為 TCXO供電電壓的  80%~90%。
方案應(yīng)用中，為提高 TCXO的兼容性，參考電路在 TCXO的輸出端增加1nF的隔直電容。
3.2.1.2  TCXO 選用型號(hào)推薦
選擇 TCXO的時(shí)候，必須首先考慮基本指標(biāo)，詳細(xì)見“應(yīng)用外圍器件選擇”說(shuō)明，一般建議使用0.5PPM初始頻率誤差的 TCXO，對(duì)于選取的TCXO,  需要小心留意它在需要的最高最低工作溫度下是否穩(wěn)定。
3.2.2  RTC
為了支持熱啟動(dòng)、溫啟動(dòng)、星歷推算等功能，當(dāng)主電源掉電后為保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)、星歷數(shù)據(jù)等，此時(shí)需要 RTC 域保持有電源及時(shí)鐘。RTC時(shí)鐘支持外部接 32.768KHz 晶體方案、單時(shí)鐘支持 RTC 方案和RTC使用外部時(shí)鐘方案。 TCXO指標(biāo)要求見“應(yīng)用外圍器件選擇”說(shuō)明。

為更低成本考慮，該方案的 RTC 時(shí)鐘從內(nèi)部電路的TCXO進(jìn)行分頻得到 26KHz，此時(shí)只支持 TCXO參考時(shí)鐘為26MHz 的情況，其他頻率的TCXO不支持。當(dāng)使用“單時(shí)鐘支持 RTC”方案時(shí)，RTC_I管腳必須接地，RTC_O管腳懸空。
為保證系統(tǒng)能支持熱啟動(dòng)、溫啟動(dòng)功能，得到 26KHz 相關(guān)的分頻電路必須保持供電，當(dāng)VDD_IO_IN掉電時(shí)，該供電部分由 V_BACKUP_IN（備份電源）供電，此時(shí)，睡眠、待機(jī)功耗會(huì)加大。
3.2.2.3  RTC使用外部時(shí)鐘
本芯片支持使用外部時(shí)鐘，輸入給 RTC_I端口，頻率為32.768KHz。信號(hào)幅度大于100mV，最大為 990mV，方波輸入，duty約50%。
3.2.2.4  RTC 晶體選用型號(hào)推薦
詳細(xì)見“應(yīng)用外圍器件選擇”說(shuō)明。
3.3  復(fù)位
3.3.1  硬件復(fù)位
RESETn管腳為硬件復(fù)位管腳，內(nèi)部集成上拉電阻，電平標(biāo)準(zhǔn)為 VDD_IO電平，當(dāng)該管腳為低時(shí)，復(fù)位有效，最小復(fù)位脈沖為4uS。當(dāng)不使用時(shí)，將該管腳懸空。
3.3.2  軟件及WatchDog復(fù)位
芯片還支持軟件復(fù)位、WatchDog復(fù)位，硬件端口不可見。

通常在 GPS波段，單級(jí)LNA 較難達(dá)到 20dB以上的增益，高于20dB 的增益通常需要用兩級(jí)或多級(jí) LNA級(jí)聯(lián)得到。一般而言，前級(jí)的 LNA 增益越大，  后級(jí)的放大器噪聲系數(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響越小，所以選取前級(jí) LNA 時(shí)基本原則是增益越大越好，噪聲系數(shù)越小越好。需要注意的是芯片外部的 LNA總增益不得大于一個(gè)門限值，超過(guò)這個(gè)門限值，將可能導(dǎo)致后級(jí)的電路工作性能變差。
一般來(lái)說(shuō)，為改善射頻鏈路前端噪聲系數(shù)、抑制帶外噪聲，提升GNSS的性能，通常在前端增加外部 LNA 和 SAW濾波器，如圖3-17所示。
SAW在前還是LNA 在前的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表格3-8 所示。

對(duì)于LNA而言，前級(jí)如果加入SAW濾波器，插損會(huì)對(duì)信號(hào)有所衰減，但對(duì)噪聲影響不大，所以，會(huì)造成整體載噪比下降。但這種方案的好處在于對(duì)于輸入的強(qiáng)烈?guī)飧蓴_，效果比較好，常用于使用環(huán)境比較嚴(yán)苛的條件下。如果LNA在前，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大以后，再經(jīng)過(guò)SAW濾波器，則插損帶來(lái)的影響可以忽略，但LNA通常是寬帶的，對(duì)衛(wèi)星信號(hào)帶外的噪音也會(huì)一并放大，噪聲經(jīng)過(guò)LNA放大后，SAW只有提供-40dB左右的帶外抑制能力，  對(duì)于較強(qiáng)的帶外干擾信號(hào)，LNA輸出可能飽和導(dǎo)致后級(jí)無(wú)法正常工作。假設(shè)LNA對(duì)于-18dBm強(qiáng)度的帶外干擾信號(hào)會(huì)飽和，前面加一個(gè)帶外抑制-40dB的SAW，就能確保LNA在22dBm強(qiáng)度的帶外干擾信號(hào)下不會(huì)飽和。  相比較而言，SAW在前級(jí)對(duì)于帶外干擾的抑制效果沒有SAW在LNA前級(jí)的效果好。

3.5  IO 接口
總共有 20個(gè) GPIO，由VDD_IO_IN 供電，即GPIO的電平標(biāo)準(zhǔn)直接與 VDD_IO_IN 關(guān)聯(lián)，即支持 3.3V的GPIO，使用時(shí)需注意提供相對(duì)應(yīng)電壓（即VDD_IO_IN 電壓）值。所有GPIO默認(rèn)為input，且內(nèi)部上拉；上拉功能可以通過(guò)軟件配置進(jìn)行設(shè)置。
由于芯片管腳限制，GPIO功能結(jié)合系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，GPIO與 SQI flash 接口、通信接口、配置接口、外部中斷輸入、授時(shí)信號(hào)、天線檢測(cè)、外部管腳喚醒、車速檢測(cè)脈沖功能等進(jìn)行復(fù)用。

由于選用的數(shù)字 IO不支持防倒灌功能，在實(shí)際方案開發(fā)和應(yīng)用中，需要明確與本芯片 UART、SPI、I2C通信的主機(jī)端口掉電后的信號(hào)狀態(tài)，當(dāng)上位機(jī)要控制本芯片的主電源掉電時(shí)，應(yīng)先把這些與本芯片有連接的端口設(shè)置為高阻態(tài)，以防止本芯片在關(guān)閉后還一直消耗上位機(jī)的電。
3.5.1  特殊定義管腳
包含三類特殊定義：
1.  GPIO[5:0]  配置管腳功能；
2.  GPIO[10]  通信切換功能；
3.  GPIO[12] safeboot使能功能。
GPIO[5:0]為配置管腳功能。GPIO[5]為配置使能，GPIO[4:2]為 TCXO的類型配置，GPIO[1]為 DCDC 的使用配置。

3.8  PCB Layout注意事項(xiàng)
3.8.1  焊盤設(shè)計(jì)
QFN40/QFN36 的元器件封裝，封裝底面金屬為整個(gè)芯片的大地，layout時(shí)建議在元器件封裝的地端位置上加入過(guò)孔，并 PCB 板其他層上增加一層地，有利于增加散熱效果。PCB上焊接芯片管腳的器件封裝 pin要稍微大于芯片管腳實(shí)際面積，以確保焊接時(shí)有足夠的接觸面積。 QFN40 封裝的機(jī)械特性，詳細(xì)見《TD1030芯片手冊(cè)》。
3.8.2  布線
為達(dá)到 GNSS最佳性能，PCB layout的布局布線方面需要考慮以下方面：
  電源：
  內(nèi)部集成DCDC旁路時(shí)要求：當(dāng)不使用 DCDC時(shí)（即 DCDC 旁路），需將DCDC_IN 和 DCDC_OUT 短接。由于DCDC_IN與DCDC_OUT 短路，DCDC_IN 流過(guò)的電流比較大，PCB layout時(shí)需要注意該走線阻抗要盡量短。
  V_CORE 要求：該電源連接LDO_CORE和 LDO_RF的輸入端，是整個(gè)芯片的主要耗電端，其中 LDO_CORE供電給內(nèi)核電源，LDO_RF供電給RF  域供電。為能提供一個(gè)低噪聲的電源，V_CORE 輸入端 PCB layout走線要確保阻抗小于0.2歐姆。
  時(shí)鐘：
  TCXO是溫度敏感器件，注意避免高溫區(qū)。在 PCB layout時(shí)要特別注意接地、屏蔽和信號(hào)干擾方面，以確保鏈路上的干凈，為減少干擾，走線時(shí)要靠近芯片輸入端，時(shí)鐘輸入信號(hào)建議有地包圍，且 PCB其他層盡量不要有信號(hào)穿過(guò)。
  如果通過(guò)VLDO_TCXO_O給TCXO供電，其濾波電容（C2）應(yīng)靠近TCXO器件。
  射頻前端：
  很重要的一點(diǎn)是為達(dá)到GNSS最佳性能，PCB layout的布局方面需要注意在接收信號(hào)鏈路相關(guān)的地方，關(guān)鍵包含RF信號(hào)、LNA、天線本身等，在layout時(shí)要特別注意接地、屏蔽和信號(hào)干擾方面，以確保鏈路上的干凈，為減少干擾，走線時(shí)RF連接天線到RF_IN 輸入端要盡可能的短，以避免帶來(lái)更多的干擾。
  走線50 歐姆的阻抗必須優(yōu)先保證，其次包地線要有連續(xù)。
  需要確保RF環(huán)路電路遠(yuǎn)離系統(tǒng)板上的數(shù)字電路區(qū)域，要遠(yuǎn)離 TCXO和32.768KHz晶體，在RF走線區(qū)其他層面上不能有其他信號(hào)走線穿過(guò)，同時(shí)需要有地包圍減少?gòu)臄?shù)字地串?dāng)_進(jìn)來(lái)的干擾，并確保做好明確的阻抗要求。
  同時(shí)需要注意，RF接收部分對(duì)溫度變化引起的性能破壞非常敏感，RF鏈路盡可能遠(yuǎn)離系統(tǒng)的熱發(fā)生
  外加LNA器件走線要求：為了得到干凈的信號(hào)，減少板內(nèi)信號(hào)輻射和其他地方竄進(jìn)來(lái)的干擾，走線盡
量短且走直線，如圖3-23所示。如果因?yàn)镻CB 布局的限制，走線無(wú)法走直線，則不能走“U”型甚“回”型走線，必須“L”型走線，如圖3-24所示。匹配電路器件擺放，要靠近芯片，串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)必須無(wú)分叉。

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ID:427787 · 發(fā)表于 2020-4-5 06:47

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