TD303导航协议 N303-3双模导航定位软件协议与硬件手册下载 -

标题: TD303导航协议 N303-3双模导航定位软件协议与硬件手册下载 [打印本页]

作者: 雷佳杰 时间: 2018-11-13 08:05
标题: TD303导航协议 N303-3双模导航定位软件协议与硬件手册下载
TD303导航协议
TD1030是一款高性能、高集成度的BDS/GPS/GLONASS/QZSS/SBAS卫星定位导航授时芯片。该芯片采用了射频基带一体化设计，单片集成了DC-DC、 LDO、电源管理、 POR、射频处理、卫星定位导航授时数字基带处理、 32位RISC CPU、RAM、FLASH存储、Watchdog、Timer、RTC、天线状态检测与短路保护电路等。 TD1030芯片可通过不同的硬件外围配置：采用内部集成DCDC供电、使用内部ROM来提供低功耗解决方案；同样也可通过不同的硬件外围配置：内部集成DCDC旁路、使用内部ROM、无源天线、单时钟的设置来提供低成本解决方案。
最小BOM应用可以选择DCDC、LDO、LNA内部集成及内部ROM方案，该解决方案不支持firmware升级能力。  如需要组合导航功能、输出原始观测量等功能的需求请选择flash解决方案，该解决方案支持firmware升级功能。应用上TD1030芯片支持多种选择方式：
  可选择是否使用芯片内部集成 DCDC给TD1030芯片供电
  可选择RTC 晶振或内部时钟
  可选择内部集成天线检测电路
可选择外部SQI flash或SIP集成flash，推荐优先考虑SIP集成flash方案，成本更低，空间尺寸更小。

3.1.4  工作模式
TD1030芯片支持持续定位模式、睡眠模式和待机模式。
持续定位模式是捕获引擎全程打开，当搜索到所有卫星信息和星历数据后，将自动切换到跟踪模式，以减少工作电流，也就是当获取到有效的位置信息、获取全部的历书数据、有效的卫星位置信息后开始进入跟踪模式。睡眠模式是保留 RTC 备份区正常工作外，内核电路有电，但是内核部分时钟关闭，其他功能模块电源和时钟全部关闭。进入睡眠模式后，可以通过外部唤醒管脚（详细见“3.5.8唤醒管脚”章节）和定时器唤醒，为支持热启动和温启动功能，要求主电掉电后必须备份区一直有电。
待机模式是只保留 RTC备份区正常工作，其他功能模块电源和时钟全部关闭，只支持上电恢复工作。为支持热启动和温启动功能，要求主电掉电后必须备份区一直有电，若需快速定位，建议接备份电。

3.2  时钟
一个干净和稳定的时钟源是保证 GNSS定位导航性能的关键，因此方案设计时请考虑高稳定度的参考时钟源。为了保证能得到更好系统时钟质量，稳定的电源供电无疑是基本需求。TCXO支持由外部供电和芯片VLDO_TCXO_O供电两种方式。若通过外部直接给 TCXO供电，需考虑给 TCXO供电能力要达到4mA以上，纹波在输入电压的5%之内为佳；若通过芯片 VLDO_TCXO_O输出给时钟源供电，则需要注意在VLDO_TCXO_O 输出加不小于2.2uF的滤波电容，且在应用中请确认选用的 TCXO器件工作功耗不可过高，需在VLDO_TCXO_O 的供电能力范围。时钟源是个温度敏感器件，PCB layout布局时，需考虑将TCXO尽量远离发热源端，如远离片外DCDC。为了避免引入噪声，TCXO的时钟输出到T3芯片的参考时钟输入端信号走线尽可能的短，并尽可能有地包围，更详细的描述请见本文档PCB layout注意事项“3.8.2布线”章节。
3.2.1  TCXO
TCXO指标要求见“应用外围器件选择”说明。
3.2.1.1  TCXO 应用电路

TCXO支持由外部供电和芯片内部的 VLDO_TCXO_O供电两种方式：
方式一：如果外部条件允许，支持由外部直接给 TCXO供电，如与 VDD_IO_IN相同的供电，此时需考虑TCXO的工作电压和 VDD_IO_IN的工作电压要相匹配，避免出现两者电压不一致（例如 VDD_IO_IN为 3.3V 而TCXO器件为
2.8V）的情况。
方式二：为了提供更好的电给 TCXO，一般采用VLDO_TCXO_O输出给TCXO器件供电，供电电压可由软件配置
输出。
除了可以通过 VLDO_TCXO_O端给 TCXO供电外，也可以通过该管脚控制TCXO的使能或禁能（要求 TCXO带有使能端口），如图3-7所示。此时，要考虑 VLDO_TCXO_O端口的电压要低于 TCXO的供电电压，一般推荐配置的电压值为 TCXO供电电压的  80%~90%。
方案应用中，为提高 TCXO的兼容性，参考电路在 TCXO的输出端增加1nF的隔直电容。
3.2.1.2  TCXO 选用型号推荐
选择 TCXO的时候，必须首先考虑基本指标，详细见“应用外围器件选择”说明，一般建议使用0.5PPM初始频率误差的 TCXO，对于选取的TCXO,  需要小心留意它在需要的最高最低工作温度下是否稳定。
3.2.2  RTC
为了支持热启动、温启动、星历推算等功能，当主电源掉电后为保存系统数据、星历数据等，此时需要 RTC 域保持有电源及时钟。RTC时钟支持外部接 32.768KHz 晶体方案、单时钟支持 RTC 方案和RTC使用外部时钟方案。 TCXO指标要求见“应用外围器件选择”说明。

为更低成本考虑，该方案的 RTC 时钟从内部电路的TCXO进行分频得到 26KHz，此时只支持 TCXO参考时钟为26MHz 的情况，其他频率的TCXO不支持。当使用“单时钟支持 RTC”方案时，RTC_I管脚必须接地，RTC_O管脚悬空。
为保证系统能支持热启动、温启动功能，得到 26KHz 相关的分频电路必须保持供电，当VDD_IO_IN掉电时，该供电部分由 V_BACKUP_IN（备份电源）供电，此时，睡眠、待机功耗会加大。
3.2.2.3  RTC使用外部时钟
本芯片支持使用外部时钟，输入给 RTC_I端口，频率为32.768KHz。信号幅度大于100mV，最大为 990mV，方波输入，duty约50%。
3.2.2.4  RTC 晶体选用型号推荐
详细见“应用外围器件选择”说明。
3.3  复位
3.3.1  硬件复位
RESETn管脚为硬件复位管脚，内部集成上拉电阻，电平标准为 VDD_IO电平，当该管脚为低时，复位有效，最小复位脉冲为4uS。当不使用时，将该管脚悬空。
3.3.2  软件及WatchDog复位
芯片还支持软件复位、WatchDog复位，硬件端口不可见。

通常在 GPS波段，单级LNA 较难达到 20dB以上的增益，高于20dB 的增益通常需要用两级或多级 LNA级联得到。一般而言，前级的 LNA 增益越大，  后级的放大器噪声系数对整个系统的影响越小，所以选取前级 LNA 时基本原则是增益越大越好，噪声系数越小越好。需要注意的是芯片外部的 LNA总增益不得大于一个门限值，超过这个门限值，将可能导致后级的电路工作性能变差。
一般来说，为改善射频链路前端噪声系数、抑制带外噪声，提升GNSS的性能，通常在前端增加外部 LNA 和 SAW滤波器，如图3-17所示。
SAW在前还是LNA 在前的优缺点对比见表格3-8 所示。

对于LNA而言，前级如果加入SAW滤波器，插损会对信号有所衰减，但对噪声影响不大，所以，会造成整体载噪比下降。但这种方案的好处在于对于输入的强烈带外干扰，效果比较好，常用于使用环境比较严苛的条件下。如果LNA在前，信号经过放大以后，再经过SAW滤波器，则插损带来的影响可以忽略，但LNA通常是宽带的，对卫星信号带外的噪音也会一并放大，噪声经过LNA放大后，SAW只有提供-40dB左右的带外抑制能力，  对于较强的带外干扰信号，LNA输出可能饱和导致后级无法正常工作。假设LNA对于-18dBm强度的带外干扰信号会饱和，前面加一个带外抑制-40dB的SAW，就能确保LNA在22dBm强度的带外干扰信号下不会饱和。  相比较而言，SAW在前级对于带外干扰的抑制效果没有SAW在LNA前级的效果好。

3.5  IO 接口
总共有 20个 GPIO，由VDD_IO_IN 供电，即GPIO的电平标准直接与 VDD_IO_IN 关联，即支持 3.3V的GPIO，使用时需注意提供相对应电压（即VDD_IO_IN 电压）值。所有GPIO默认为input，且内部上拉；上拉功能可以通过软件配置进行设置。
由于芯片管脚限制，GPIO功能结合系统软件设计，GPIO与 SQI flash 接口、通信接口、配置接口、外部中断输入、授时信号、天线检测、外部管脚唤醒、车速检测脉冲功能等进行复用。

由于选用的数字 IO不支持防倒灌功能，在实际方案开发和应用中，需要明确与本芯片 UART、SPI、I2C通信的主机端口掉电后的信号状态，当上位机要控制本芯片的主电源掉电时，应先把这些与本芯片有连接的端口设置为高阻态，以防止本芯片在关闭后还一直消耗上位机的电。
3.5.1  特殊定义管脚
包含三类特殊定义：
1.  GPIO[5:0]  配置管脚功能；
2.  GPIO[10]  通信切换功能；
3.  GPIO[12] safeboot使能功能。
GPIO[5:0]为配置管脚功能。GPIO[5]为配置使能，GPIO[4:2]为 TCXO的类型配置，GPIO[1]为 DCDC 的使用配置。

3.8  PCB Layout注意事项
3.8.1  焊盘设计
QFN40/QFN36 的元器件封装，封装底面金属为整个芯片的大地，layout时建议在元器件封装的地端位置上加入过孔，并 PCB 板其他层上增加一层地，有利于增加散热效果。PCB上焊接芯片管脚的器件封装 pin要稍微大于芯片管脚实际面积，以确保焊接时有足够的接触面积。 QFN40 封装的机械特性，详细见《TD1030芯片手册》。
3.8.2  布线
为达到 GNSS最佳性能，PCB layout的布局布线方面需要考虑以下方面：
  电源：
  内部集成DCDC旁路时要求：当不使用 DCDC时（即 DCDC 旁路），需将DCDC_IN 和 DCDC_OUT 短接。由于DCDC_IN与DCDC_OUT 短路，DCDC_IN 流过的电流比较大，PCB layout时需要注意该走线阻抗要尽量短。
  V_CORE 要求：该电源连接LDO_CORE和 LDO_RF的输入端，是整个芯片的主要耗电端，其中 LDO_CORE供电给内核电源，LDO_RF供电给RF  域供电。为能提供一个低噪声的电源，V_CORE 输入端 PCB layout走线要确保阻抗小于0.2欧姆。
  时钟：
  TCXO是温度敏感器件，注意避免高温区。在 PCB layout时要特别注意接地、屏蔽和信号干扰方面，以确保链路上的干净，为减少干扰，走线时要靠近芯片输入端，时钟输入信号建议有地包围，且 PCB其他层尽量不要有信号穿过。
  如果通过VLDO_TCXO_O给TCXO供电，其滤波电容（C2）应靠近TCXO器件。
  射频前端：
  很重要的一点是为达到GNSS最佳性能，PCB layout的布局方面需要注意在接收信号链路相关的地方，关键包含RF信号、LNA、天线本身等，在layout时要特别注意接地、屏蔽和信号干扰方面，以确保链路上的干净，为减少干扰，走线时RF连接天线到RF_IN 输入端要尽可能的短，以避免带来更多的干扰。
  走线50 欧姆的阻抗必须优先保证，其次包地线要有连续。
  需要确保RF环路电路远离系统板上的数字电路区域，要远离 TCXO和32.768KHz晶体，在RF走线区其他层面上不能有其他信号走线穿过，同时需要有地包围减少从数字地串扰进来的干扰，并确保做好明确的阻抗要求。
  同时需要注意，RF接收部分对温度变化引起的性能破坏非常敏感，RF链路尽可能远离系统的热发生
  外加LNA器件走线要求：为了得到干净的信号，减少板内信号辐射和其他地方窜进来的干扰，走线尽
量短且走直线，如图3-23所示。如果因为PCB 布局的限制，走线无法走直线，则不能走“U”型甚“回”型走线，必须“L”型走线，如图3-24所示。匹配电路器件摆放，要靠近芯片，串联网络必须无分叉。

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作者: maduidui 时间: 2020-4-5 06:47
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