現(xiàn)在國內的經(jīng)濟水平普通升高,大部分人都可以購買汽車,加上咱們中國是汽車進出口大國,每年的汽車銷量都在大幅度增長,也促進了與汽車相關的產(chǎn)業(yè),和周邊行業(yè)的進步與發(fā)展.用于汽車身上的電子沒有上千也有幾百,單是石英晶振就用到30~50顆左右,而且大部分都是高性能,耐高溫,低功耗等成本比較高的晶體或振蕩器.車載GPS導航定位系統(tǒng),是汽車最重要的設備之一,基本上開車都是靠導航,因此用于車載GPS模塊的晶振精準性要求非常高,TCXO晶振是必定會用到,因TCXO是所有晶振分類里,精準度最高的.本文簡要介紹了汽車應用中配備GPS(全球定位系統(tǒng))的汽車導航系統(tǒng)的水晶零件的使用示例和技術問題.

GPS是一種利用圍繞地球軌道運行的衛(wèi)星準確確定地球上的位置的系統(tǒng).四顆GPS衛(wèi)星(共24顆)在六個圓形軌道上排列,海拔約為20,000公里.來自美國國防部管理的GPS衛(wèi)星的無線電波.GPS衛(wèi)星在大約11小時58分鐘內環(huán)繞地球.您可以測量接收器和GPS衛(wèi)星之間的位置關系,并確定當前位置的緯度,經(jīng)度,高度等,精度約為10米.GPS衛(wèi)星發(fā)射的無線電波具有內置的高性能原子鐘,包含時間的數(shù)據(jù)以1.2/1.5GHz頻段的無線電波傳輸?shù)降孛?/span>.它是加密的而不是加密的.有事情.加密數(shù)據(jù)只能由美國軍方使用,據(jù)說誤差為幾厘米到幾十厘米,用于精確制導武器.

可供消費者使用的數(shù)據(jù)是未加密的數(shù)據(jù),故意降低精度,因此誤差約為100米.稱為DGPS(差分GPS)的技術已經(jīng)投入實際使用,該技術用于校正位置信息以減少錯誤.在具有已知位置的參考站處執(zhí)行GPS測量,并且通過諸如FM廣播的地面波來發(fā)送實際位置與由GPS計算的位置之間的差異,從而校正來自GPS衛(wèi)星的信號的測量結果.該技術提高了定位精度.普通GPS會出現(xiàn)大約100米的誤差,但DGPS會將誤差降低到約5米.然而,出現(xiàn)100米的誤差是因為出于安全原因故意將噪聲混入美國國防部提供的GPS中,并且現(xiàn)在不采用DGPS,因為不再進行噪聲混合.即便如此,誤差將在10米以內.如果誤差大約為10米,移動的汽車將立即移動,因此沒有問題.

此外,由于GPS衛(wèi)星在大約七年半的時間內達到使用壽命,每年都會有新衛(wèi)星進入軌道,大約有30顆衛(wèi)星在運行.GPS接收器可以接收GPS信號,該GPS信號通過接收來自多個GPS衛(wèi)星的無線電波并確定與每個GPS衛(wèi)星的距離來測量當前位置.在可以看到三顆衛(wèi)星的情況下,可以計算緯度和經(jīng)度,并且在可以看到四顆衛(wèi)星的情況下,可以確定高度.(圖1示出了GPS接收的示例)GPS的消費者使用在諸如飛機和船舶的導航系統(tǒng)中進行.

圖1.GPS接收示例

由于信息技術的進步,顯示地圖的計算機系統(tǒng)已經(jīng)以低價提供,因此位置信息的使用已經(jīng)變得更加廣泛.提供了各種服務.

2.用于GPS應用的水晶產(chǎn)品

汽車導航系統(tǒng)安裝在汽車中,但電子元件的安裝環(huán)境并不好.圖2顯示了TCXO安裝的示例.考慮到諸如高溫和低溫的各種使用環(huán)境,具有窄偏差的TCXO晶振(溫度補償晶體振蕩器)被用作接收器中的信號源.由于要求高精度,TCXO的要求如下.

◆頻率溫度特性:±0.5ppm以下

◆短期頻率穩(wěn)定性(低相位噪聲,低相位抖動)

◆響應突然的頻率變化(如微頻率跳變)

表1顯示了具體要求的規(guī)范的示例.對于參考應用,溫度的振蕩器頻率容差為±2.0ppm,對于GPS應用,溫度的石英晶體振蕩器頻率容差為±0.5ppm.GPS應用的頻率精度高出一個數(shù)量級.

圖.2TCXO安裝示例

表1.TCXO所需的電氣特性比較(典型示例)

3.用于GPS應用的TCXO的頻率特性

如圖3所示,用于參考的TCXO振蕩器的頻率溫度特性滿足±2.0ppm(規(guī)格:外部虛線),具有正常校正,但是±0.5ppm(具有正常校正)(規(guī)格:內部虛線)無法實現(xiàn).因此,需要高度精確的溫度補償.圖4顯示了頻率溫度特性的高精度校正示例.這種高精度校正可以滿足±0.5ppm,如圖5所示.如圖4和5所示,可以通過根據(jù)晶體單元的頻率溫度特性執(zhí)行高精度校正來減小擬合誤差,并且滿足GPS所需的±0.5ppm的振蕩頻率容差.TCXO可以實現(xiàn).為了實現(xiàn)這種高精度,有必要解決人造晶體,晶體單元和電子電路的所有領域中的技術問題.

圖3.正常校正TCXO的頻率溫度特性

圖4.頻率溫度特性的高精度校正示例

圖5.TCXO的高精度校正的頻率-溫度特性

4.GPS的TCXO小趨勢

近年來,已經(jīng)以各種方式多樣化的汽車導航系統(tǒng)已經(jīng)在性能上得到改進,增加了各種功能,并且正在實現(xiàn)多功能和高性能.隨著汽車導航系統(tǒng)性能的提高,使用的晶振數(shù)量也在增加.此外,隨著PND(個人導航設備)的出現(xiàn),這是一種緊湊且簡單的汽車導航系統(tǒng),必須減小要安裝的部件的尺寸.石英部件也不例外,對較小的TCXO的需求也在增加.圖6顯示了TCXO的小趨勢.原來的7050尺寸現(xiàn)已減少到2520尺寸,預計將安裝2016尺寸.與7050尺寸相比,體積為5％.

圖6.TCXO小趨勢

5.汽車導航系統(tǒng)的趨勢

隨著汽車市場持續(xù)停滯,對汽車導航系統(tǒng)的需求將繼續(xù)增長,如圖7所示.驅動力是便攜式PND(個人導航設備).PND市場擴張的背景是歐洲,美國和新興國家的擴散.PND的特點是它比車載汽車導航系統(tǒng)更簡單,更小,并且可以方便地安裝到汽車上或從汽車上拆下,便于攜帶.此外,由于價格設定在低價位,因此預計會擴散到不熟悉車載汽車導航系統(tǒng)的用戶.在未來,PND有望變得更受歡迎,因為它通過增加內置內存容量,識別當前位置,獲取交通信息,電視功能以及通過USB擴展功能來提高地圖數(shù)據(jù)容量.該PND還使用GPS信息來識別當前位置.

車載汽車導航系統(tǒng)將擴展到HDD(硬盤驅動器)類型,而PND(個人導航設備)將擴展到大容量閃存類型.隨著PND擴大到更小的尺寸和更低的價格,對PND的需求將繼續(xù)增長.車載導航系統(tǒng)也比PND更加漸進,但預計需求將穩(wěn)步增長.兩者都使用GPS信號進行位置檢測,因此GPS模塊中使用的汽車級SMD晶振數(shù)量將隨著汽車導航系統(tǒng)的需求而增加.

圖7.對汽車導航系統(tǒng)的需求

在本文中,我們簡要介紹了小型溫補晶體振蕩器作為GPS應用中使用的晶體部件的用例和技術問題.車載電子元件的安裝環(huán)境永遠不會好,它可用于各種使用環(huán)境,如高溫和低溫,晶體設備也不例外.其中,有必要保持短期頻率穩(wěn)定性,長期質量和可靠性.除非集成了用于石英晶體,電子電路等的集成技術,否則這是一個難以實現(xiàn)的技術領域.作為晶體器件制造商和進口晶振代理商,我們需要努力為客戶提供可靠的產(chǎn)品.