现在国内的经济水平普通升高,大部分人都可以购买汽车,加上咱们中国是汽车进出口大国,每年的汽车销量都在大幅度增长,也促进了与汽车相关的产业,和周边行业的进步与发展.用于汽车身上的电子没有上千也有几百,单是石英晶振就用到30~50颗左右,而且大部分都是高性能,耐高温,低功耗等成本比较高的晶体或振荡器.车载GPS导航定位系统,是汽车最重要的设备之一,基本上开车都是靠导航,因此用于车载GPS模块的晶振精准性要求非常高,TCXO晶振是必定会用到,因TCXO是所有晶振分类里,精准度最高的.本文简要介绍了汽车应用中配备GPS(全球定位系统)的汽车导航系统的水晶零件的使用示例和技术问题.

GPS是一种利用围绕地球轨道运行的卫星准确确定地球上的位置的系统.四颗GPS卫星(共24颗)在六个圆形轨道上排列,海拔约为20,000公里.来自美国国防部管理的GPS卫星的无线电波.GPS卫星在大约11小时58分钟内环绕地球.您可以测量接收器和GPS卫星之间的位置关系,并确定当前位置的纬度,经度,高度等,精度约为10米.GPS卫星发射的无线电波具有内置的高性能原子钟,包含时间的数据以1.2/1.5GHz频段的无线电波传输到地面.它是加密的而不是加密的.有事情.加密数据只能由美国军方使用,据说误差为几厘米到几十厘米,用于精确制导武器.

可供消费者使用的数据是未加密的数据,故意降低精度,因此误差约为100米.称为DGPS(差分GPS)的技术已经投入实际使用,该技术用于校正位置信息以减少错误.在具有已知位置的参考站处执行GPS测量,并且通过诸如FM广播的地面波来发送实际位置与由GPS计算的位置之间的差异,从而校正来自GPS卫星的信号的测量结果.该技术提高了定位精度.普通GPS会出现大约100米的误差,但DGPS会将误差降低到约5米.然而,出现100米的误差是因为出于安全原因故意将噪声混入美国国防部提供的GPS中,并且现在不采用DGPS,因为不再进行噪声混合.即便如此,误差将在10米以内.如果误差大约为10米,移动的汽车将立即移动,因此没有问题.

此外,由于GPS卫星在大约七年半的时间内达到使用寿命,每年都会有新卫星进入轨道,大约有30颗卫星在运行.GPS接收器可以接收GPS信号,该GPS信号通过接收来自多个GPS卫星的无线电波并确定与每个GPS卫星的距离来测量当前位置.在可以看到三颗卫星的情况下,可以计算纬度和经度,并且在可以看到四颗卫星的情况下,可以确定高度.(图1示出了GPS接收的示例)GPS的消费者使用在诸如飞机和船舶的导航系统中进行.

图1.GPS接收示例

由于信息技术的进步,显示地图的计算机系统已经以低价提供,因此位置信息的使用已经变得更加广泛.提供了各种服务.

2.用于GPS应用的水晶产品

汽车导航系统安装在汽车中,但电子元件的安装环境并不好.图2显示了TCXO安装的示例.考虑到诸如高温和低温的各种使用环境,具有窄偏差的TCXO晶振(温度补偿晶体振荡器)被用作接收器中的信号源.由于要求高精度,TCXO的要求如下.

◆频率温度特性:±0.5ppm以下

◆短期频率稳定性(低相位噪声,低相位抖动)

◆响应突然的频率变化(如微频率跳变)

表1显示了具体要求的规范的示例.对于参考应用,温度的振荡器频率容差为±2.0ppm,对于GPS应用,温度的石英晶体振荡器频率容差为±0.5ppm.GPS应用的频率精度高出一个数量级.

图.2TCXO安装示例

表1.TCXO所需的电气特性比较(典型示例)

3.用于GPS应用的TCXO的频率特性

如图3所示,用于参考的TCXO振荡器的频率温度特性满足±2.0ppm(规格:外部虚线),具有正常校正,但是±0.5ppm(具有正常校正)(规格:内部虚线)无法实现.因此,需要高度精确的温度补偿.图4显示了频率温度特性的高精度校正示例.这种高精度校正可以满足±0.5ppm,如图5所示.如图4和5所示,可以通过根据晶体单元的频率温度特性执行高精度校正来减小拟合误差,并且满足GPS所需的±0.5ppm的振荡频率容差.TCXO可以实现.为了实现这种高精度,有必要解决人造晶体,晶体单元和电子电路的所有领域中的技术问题.

图3.正常校正TCXO的频率温度特性

图4.频率温度特性的高精度校正示例

图5.TCXO的高精度校正的频率-温度特性

4.GPS的TCXO小趋势

近年来,已经以各种方式多样化的汽车导航系统已经在性能上得到改进,增加了各种功能,并且正在实现多功能和高性能.随着汽车导航系统性能的提高,使用的晶振数量也在增加.此外,随着PND(个人导航设备)的出现,这是一种紧凑且简单的汽车导航系统,必须减小要安装的部件的尺寸.石英部件也不例外,对较小的TCXO的需求也在增加.图6显示了TCXO的小趋势.原来的7050尺寸现已减少到2520尺寸,预计将安装2016尺寸.与7050尺寸相比,体积为5％.

图6.TCXO小趋势

5.汽车导航系统的趋势

随着汽车市场持续停滞,对汽车导航系统的需求将继续增长,如图7所示.驱动力是便携式PND(个人导航设备).PND市场扩张的背景是欧洲,美国和新兴国家的扩散.PND的特点是它比车载汽车导航系统更简单,更小,并且可以方便地安装到汽车上或从汽车上拆下,便于携带.此外,由于价格设定在低价位,因此预计会扩散到不熟悉车载汽车导航系统的用户.在未来,PND有望变得更受欢迎,因为它通过增加内置内存容量,识别当前位置,获取交通信息,电视功能以及通过USB扩展功能来提高地图数据容量.该PND还使用GPS信息来识别当前位置.

车载汽车导航系统将扩展到HDD(硬盘驱动器)类型,而PND(个人导航设备)将扩展到大容量闪存类型.随着PND扩大到更小的尺寸和更低的价格,对PND的需求将继续增长.车载导航系统也比PND更加渐进,但预计需求将稳步增长.两者都使用GPS信号进行位置检测,因此GPS模块中使用的汽车级SMD晶振数量将随着汽车导航系统的需求而增加.

图7.对汽车导航系统的需求

在本文中,我们简要介绍了小型温补晶体振荡器作为GPS应用中使用的晶体部件的用例和技术问题.车载电子元件的安装环境永远不会好,它可用于各种使用环境,如高温和低温,晶体设备也不例外.其中,有必要保持短期频率稳定性,长期质量和可靠性.除非集成了用于石英晶体,电子电路等的集成技术,否则这是一个难以实现的技术领域.作为晶体器件制造商和进口晶振代理商,我们需要努力为客户提供可靠的产品.