u-blox-6-GPS模-块

u blox 6 GPS 模块模块 1 硬件描述硬件描述 1 2 结构结构 图 1 u blox 6 模块结构 由两个功能部分组成 射频 RF 和基带 Baseband 部分 RF 前端包括输入匹配元件 SAW 声表面波 带通滤波器 u blox 6 RF IC 带集成的 LNA 和频率源 基带部分 包括 u blox 6 基带处理器 RTC 晶体振荡器和附加的元件如 用于扩展编程和 灵活性的可选 FLASH 内存 1 3 电源管理电源管理 1 3 1 电源连接电源连接 u blox6 接收器有三个电源脚 VCC V BCKP 和 VDDUSB l VCC 主电源 主电源接到 VCC 脚 在运行期间 u blox 6 GPS 模块的消耗的电流变化非常大 特别 是节电模式的时候 系统电源应该能提供短时的峰值电流 当从备份模式切换到正常模式 或者启动时 u blox6 模块先给内核域的内部电容充电 这时会产生一个很大的电流 对于 低功耗的应用 使用节电或备份模式 电源或在模块输入的低 ESR 电容担负着这个充电 电流 l V BCKP 备份电源 在 VCC 失去的时候 实时时钟和备份 RAM 的供电通过 V BCKP 脚 这个备份电源使 得 u blox6 接收器能够以若启动或温启动方式 取决于 VCC 掉电的时间长度 从掉电中 恢复过来 可以保持配置信息存储在备份 RAM 中不丢失 如果无备份电池连接 接收器 上电的时候会执行冷启动 如果无备份电池 V BCKP 脚应该连接到 GND 只要 VCC 维持对 u blox6 接收器的供电 备份电池就不会为 RTC 和备份 RAM 供电 这样可以节省电池消耗 见图 2 此时 RTC 和 BBR 的供电来自于 VCC 脚 应当避免在 V BCKP 脚上的高阻 在从主电源切换到备份电源期间 一个短时电流峰 值能在这个脚上引起较大的电压降 这可能会出现问题 图 2 备份电池和电压 l VDD USB USB 接口电源 在 LEA 6 和 NEO 6 中 VDD USB 电源提供给 USB 接口 如果不使用 USB 接口 VDD USB 脚必须连接到 GND 更详细的信息参考 1 6 2 1 节的内容 1 3 2 工作模式工作模式 有两个连续运行模式 最大性能模式和 ECO 模式 和一个间歇运行模式 节电模式 最大性能模式自由使用捕获引擎 导致最好的可能的 TTFF Time To First Fix 然而 Eco 模式优化捕获引擎的使用以降低电流消耗 在中等和强信号时 这些模式的捕获跟踪 性能几乎没什么不同 l 最大性能模式 在最大性能模式 u blox6 接收器以全部性能使用捕获引擎来搜索可能的 卫星 直到星历完全下载下来 结果 在下面的时候 会达到跟踪的当前功耗 n 一个有效的 GPS 位置是固定的 n 星历完全被下载下来 n 可看到的所有卫星的星图是有效的 l Eco 模式 在 Eco 模式下 仅在需要导航的时候 u blox 6 接收器使用捕获引擎搜索新 的卫星 n 在冷启动时 u blox 6 搜索足够的卫星 用来导航和优化捕获引擎的使用以便下载它们 的星图 n 在非冷启动时 u blox6 着重于搜索可用的卫星 这些卫星的轨道按星历是已知的 在 Eco 模式 u blox6 捕获引擎限制它的搜索资源的使用 以减少功耗 结果是发现最微 弱信号的那些卫星的时间可能相对于最大性能模式稍微长一些 u blox6 只要定位固定 就会撤销捕获引擎 足够数目 至少 4 个 的卫星正被跟踪 跟 踪引擎联系搜索和跟踪新的没有任何轨道信息的卫星 l 节电模式 u blox 6 接收器包括节电模式 它以周期跟踪方式运行 从而达到显著降低 平均功耗的目的 节电模式能被配置成不同的更新周期 为了最佳的 GPS 性能 u blox 推荐更新周期是 1s 更多的信息见 u blox6 的通讯协议中关于接收器的描述 航位推测 Dead Reckoning PPP 和精确定时特征不应该在节电模式下使用 1 4 天线电源 天线电源 V ANT LEA 6 LEA 6 模块支持有源天线 监视电路使用 V ANT 脚为有源天线供电 在 V ANT 前使用一 个 10 欧姆的电阻 更详细的信息见 2 6 节 如果不使用这个脚 应该将 V ANT 脚接地 1 5 系统功能系统功能 u blox 6 接收器模块具有系统监视功能 便于嵌入式嵌入式处理器和相关的外设监视管理其运行 这些系统监视功能是 UBX 协议 MON 类的一部分 详细见接收器通讯规范 1 6 接口接口 1 6 1 UART u blox 6 具有 UART 接口 RxD1 TxD1 支持波特率 4 8 到 115 2kBit s 但注意这个信 号输入输出电平是 0V 到 VCC 范围 而不是标准的 RS232 接口电平 所以需要有电平转 换 IC 如 MAX3232 不支持硬件握手信号和同步操作 更多的信息见 LEA 6 NEO 6 MAX 6 的数据手册 1 6 2 USB LEA 6 NEO 6 u blox 6 的 USB 接口支持 12Mbit s 全速数据速率 USB 接口需要一些外部元件以实现 USB2 0 规范要求的物理特性 这些外部元件如图 3 和 表 1 所示 为了兼容 USB 规范 VBUS 必须通过 LDO U1 将 5V 的 VBUS 降为 3 3V 再连接到模 块的 VDD USB 脚 如果模块是作为自供电的 USB 设备 那么当 VCC 电源没有 基带 IC 核可能没有供电的 时候 因为 VBUS 依然有效 它仍然会向 USB Host 表示模块依然存在并准备好通讯 这 种情况是不希望的 所以应当通过 VCC LDO 使能信号 EN 或一个电压监视器输出来禁 止 LDO U1 按照 LDO U1 的特性 推荐在它的输出端接一个下拉电阻 R11 以确 保 VDD USB 不会浮空 如果模块采用总线供电 则 LDO U1 不需要进行使能控制 图 3 USB 接口 表一 USB 外部元件小结 代号元件功能注释 U1LDO将 VBUS 的 4 4V 5 25V 转换为 3 3V 如果 GPS 接收器作为一个 USB 自供电器件操作 几 乎不需要电流 约 1mA 但是如果总线供电 U1 必须使能 以提供最大约 70mA 的电流 可以使用廉 价的 LDO 如 LTC3410 C23 C24 电容 满足 LDO U1 的要求 D2保护 二极 管 连接的时候 起到过 载电压 ESD 保护 使用低容抗的 ESD 保护 如 ST 微电子公司的 USBLC6 2 R4 R 5 终端 电阻 建立全速驱动器的 28 44 欧姆阻抗 推荐使用 22 欧姆 R11电阻 推荐值为 10K 用做 USB 自供电设置 对于总线供电 R11 可以不用 1 6 3 显示数据通道 显示数据通道 DDC 在 LEA 6 NEO 6 和 MAX 6 模块上 有一个 I2C 接口 用做串行通讯 作为现实数据通 道接口 DDC 关于 DDC 实现的更多信息参考通讯规范里的 u blox 6 接收器表述关于 DDC 接口的背景知识见附录 C 1 l u blox 6 接收器通常运行在 I2C 从模式 主模式仅在外部 EEPROM 作为存储配置时才支 持 任何节点都不可以连接到这个总线上 此时 接收器企图通过对一个特定地址的写和 读操作来检测这样的非掉电易失内存元件是否存在 l TX 准备好指示信号用于 FW7 0 x 见 1 7 6 l U blox 6 DDC 接口支持与 u blox 无线模块间的串行通讯 见可用的无线模块的手册 l 对于 u blox 6 当读 DDC 内部寄存器地址 0 xFF 信息发送缓冲 主器件在每个字节 被存取之前一定不要设置读地址 因为这样会导致一个错误行为 因为在每个字节被从寄 存器 0 xFF 读出之后 内部寄存器地址被加 1 而在 0 xFF 处饱和 随后读可以连续执行 脚 SDA2 和 SCL2 内部有一个 13k 的上拉电阻 如果容性总线负载很大 可能需要附加外 部上拉电阻 表 2 列出最大上拉电阻值 对于仅连接外部 EEPROM 内置的上拉电阻旧 足够了 表 2 DDC 接口的上拉电阻值 负载电容上来电阻 R20 R21 50pFN A 100pF18k 250pF4 7k l 与与 I2C EEPROM 通讯 作为通讯 作为 I2C 主器件主器件 串行 I2C 内存可以连接到 DDC 接口 这可以用做保存永久配置 它会由固件自动识别 内存地址必须设为 0b10100000 0 xA0 且尺寸固定为 4KB 图 4 GPS 接收模块连接一个外部串行 I2C 内存 图 5 外部 Host 连接外部串行 I2C 内存 注意图 5 与图 4 的不同 在图 5 中 存在 EEPROM 但是这个 EEPROM 由 Host CPU 使 用 这是允许的 但是需要预防确保 GPS 接收器不检测 EEPROM 器件 有效地配置 GPS 接收器成总线的 MASTER 从而引起与外部 HOST 冲突 为了确保 EEPROM 期间不被 GPS 接收器检测 最重要的是设置 EEPROM 地址不为 0 xA0 这种方式 EEPROM 保持自由地被用作其它目的 GPS 接收器会表现为 SLAVE l 确保在启动的时候 HOST 允许足够的时间用于 GPS 接收器通过总线通讯以确定 EEPROM 的存在 仅当这个质询过程结束 HOST 才能作为对总线全部控制的 MASTER 器件使用 l 还要注意 FLASH 版的模块不企图存储任何信息在外部 EEPROM 中 这样也不企图与 外部 EEPROM 通讯 ROM 版的模块在启动的时候总是查询外部 EEPROM 查询过程在 启动的 250ms 之内完成 这个时间内 外部 HOST 必须给 ROM 版的 GPS 接收器完成其 查询 l 尽管 FLASH 版的模块在启动时不企图检测 EEPROM 但是并不建议在 250ms 内通过 DDC 与 GPS 通讯 因为由于忙于启动的其他事物 GPS 接收器并不能做出响应 表 3 推荐的 I2C EEPROM 器件列表 厂家型号 STM24C32 R Microchip24AA32A CatalystCAT24C32 SamsungS524AB0X91 1 6 4 SPI NEO 6 LEA 6R u blox 6 NEO 模块有 SPI 接口 SPI 允许外部设备的连接 如 FLASH 存储器 A D 转换 器或与 HOST CPU 连接 LEA 6R 具有 SPI 接口用于连接外部传感器 这个接口仅能作为 SPI MASTER 模式操作 两个片选可用于外部从设备 见 2 2 3 1 TX 准备好指示用于 LEA 6H FW7 0 见 1 7 6 SPI 的背景知识见附录 C 2 l 连接 SPI FLASH 存储器 NEO 6 模块 图 6 连接外部 SPI 内存到 u blox GPS 接收器 SPI FLASH 内存连接到 SPI 接口 用于存储 Assist Now Offline 数据或者接收器的配置 当连接到 SS N 上 固件会自动识别 最小 SPI FLASH 内存尺寸是 1Mbit 表 4 支持的 SPI FLASH 内存器件 厂家型号 WinbondW25X10A WinbondW25X20A AMICA25L010 AMICA25L020 l 通过 SPI 与 NEO 6 通讯 将 NEO 6 连接到一个 SPI MASTER 上 图 7 连接到 SPI MASTER 为了使接收器上电的时候能正确地读取配置 因为 SPI 的 MOSI MISO SCK 启动的时 候用作配置脚 必须保证在启动的时候使 SS N 为高 之后 SPI 功能不会影响配置脚 l 管脚配置为作为从器件之一 缓冲器 NC7SZ125 由 CS N 使能 通过这个缓冲器 使得在上电的时候确保 GPS 启动的 配置读取正确 因为 SPI 的 MOSI MISO SCK 启动的时候用作配置脚 1 7 I O 脚脚 1 7 1 RESET N LEA 6 具有这个模块的系统硬件复位输入脚 低电平有效 使用开漏输出的元件来驱动 在模块内部有一个 3 3K 的上拉电阻 上拉到 VCC 这要求复位电路应当有一定的驱动能 力 1mA NEO 6 和 MAX 6 没有这个 RESET N 脚 但这个功能可以被实现 方法是用一个 3 3K 的 电阻将 NEO 6 MAX 6 的 8 脚连接到 9 脚 这样 NEO 6 的 8 脚或 MAX 6 的 9 脚可以作为 RESET N 来使用 1 7 2 EXTINT 外部中断脚外部中断脚 EXTINT0 是一个外部中断脚 具有固定的相对 VCC 的输入电压阈值 详见数据手册 在 LEA 6T 模块上它可以用做时间标记功能 在所有的 u blox LCC 模块上 作为节电模式 的唤醒功能 如果不用这个脚 就让这个脚浮空 1 7 3 AADET N LEA 6 AADET N 是一个输入脚 用做报告外部电路是否检测到一个外部天线 低电平表示检测 到天线 高电平表示没检测到外部天线 见 2 6 4 节的实现实例 1 7 4 配置脚 配置脚 LEA 6S 6A NEO 6 ROM 版模块提供 3 个配置脚 CFG COM0 CFG COM1 CFG GPS0 用作启 动时的配置 这些配置在启动后立刻有效 一旦模块启动 配置可以通过 UBX 配置信息 修改 这些修改的配置信息保持有效直到掉电或复位 如果这些配置存储在电池保护的 RAM 中 那么修改的配置会保持 除非电池没电了 模块的数据手册上会说明这些配置脚的配置方法 实际上所有的配置脚都不需要上 拉 因为内部都有上拉电阻 因此缺省就是 1 除非需要 你才需要下拉它 某些配置脚与其它功能共享 在启动期间 模块读配置脚的状态 之后 才转换为 其他功能 MAX 6 没有配置脚 更详细的信息 见模块的数据手册 1 7 5 秒脉冲 秒脉冲 LEA 6T LEA 6T 有秒脉冲信号脚 TIMEPULSE2 更详细的信息和配置见 LEA 6 的数据手册 以及通讯规程里的 u blox 6 接收器描述 1 7 6 TX 准备好信号 准备好信号 FW7 0 x TX 准备好信号 表示接收器有数据需要发送 听者可以等待 TX 准备好信号 以代 替查询 DDC 或 SPI 接口 UBX CFG PRT 信息允许你配置 TX 准备好信号有效前的极性 和缓冲器里的字节数 TX 准备好信号可以映射到 GPIO05 TXD1 脚 TX 准备好信号缺 省是禁止的 u blox 无线模块 LEON 和 LISA 自动配置和使能 TX 准备好功能 更多信息见 LEA 6 数据手册及通讯规范里的 u blox 6 接收器的描述 1 7