UBX-G7020原理图PCB设计经验分享

2019-06-26 10:36:20 0 条评论 5.69k 次阅读 9 人点赞

 

【前言】

hello,大家好,一晃又到本月最后一周了,时间荏苒啊~ 上周夏至,但钛叔这边连续多次夏至失败,温度变化太快,大家注意穿衣哈~
今天钛叔给大家讲一款定位芯片——UBX-G7020,该芯片是由U-blox公司研发的第七代GPS/GNSS芯片。首先介绍一下U-blox公司,U-blox是成立于上个世纪末的瑞士的一家科技公司,主攻GPS芯片,最开始主要为和Atmel公司提供GPS接受算法,随后逐渐涉足于芯片设计领域,采用自家芯片封装为模块,在欧洲的车载GPS市场取得了不俗的成绩,到现在,U-blox公司已经是全球GPS定位芯片设计领域的领头羊了,在功耗、数据刷新频率以及接受灵敏度等方面都是业界的标杆。
今天给大家讲的这款芯片UBX-G7020,为U-blox公司第七代GPS/GNSS芯片,该芯片具有极高的精度,外围器件少,可支持小体积产品设计,同时具备低功耗以及高灵敏度,另外,该芯片支持 GPS, GLONASS, Galileo 和QZSS等多种导航系统,这里顺便解释一下,我们最常听见的GPS中文名是全球定位系统,是由美国研发的卫星定位系统;GLONASS 中文名是格洛纳斯,为俄罗斯研发的卫星定位系统;QZSS中文名为准天顶卫星系统,为日本所研发;Galileo则是由欧盟研发建立的卫星定位系统;而中国的卫星定位系统就是北斗啦~
UBX-G7020的基带子系统集成了一个Cortex-M3 作为CPU,以及固件所需要的内存空间,u-blox 7包含了一个看门狗定时器,它可以防止由于软件陷入死锁而导致的系统锁定。在正常运行期间,固件会定期重置看门狗的内部计数器,直到计时器溢出为止。下面是芯片内部功能框图:

 

【硬件电路设计】

接下来钛叔具体讲讲该芯片的硬件外围设计,希望给大伙设计有所帮助~ (以下是钛叔的整体原理图和PCB)

 

1、关于晶振设计,该芯片需要26MHz的晶振源,有两种设计方式,一是可以采用晶体(Crystal),而是采用温补晶振(TCXO)。采用Crystal的方式,外部仅需两个电容即可实现,该方式的优势是价格便宜,同时可以降低功耗,在稳定性方面不如TCXO,TCXO能够通过温度补偿的方式保值晶振信号的稳定,但同时功耗也会相对提升,价格比Crystal高不少。大家可根据自己的需求来设计,钛叔这里采用的是TCXO方式,使用的是KDS的DSB221SDN型号,这里需要注意温补晶振的1脚,不同厂家、型号处理方式可能不一样,比如这里的DSB221SDN需要接地,而有些厂家的1脚可能是空置(NC)。另外,关于32.768KHz的RTC时钟,可以外部设计,也可以通过26MHz晶振获取,当主电源电压发生故障,备份电池连接到V_BCKP,基带部分关闭,但RTC仍会运行,从而将所有相关数据保存在备份的RAM中,以便后续可以实现快速热启动。如果不使用备份RAM或RTC,则不需要备份电池,V_BCKP应连接到VDD_IO

 

2、关于接收前端,芯片的LNA_IN为GPS信号进入端,芯片内部设计有一级LNA,如果外部采用的是有源天线,那这里的可以直接经过简单LC匹配之后输入到LNA_IN引脚,或者加一级声表滤波器;如果采用的是无源天线,GPS天线信号后端设计一级外部LNA,再加一级声表滤波器,最后再送入芯片的LNA_IN引脚。有源天线和无源天线的设计,钛叔均开板回来实际验证过,效果均还可以。外部LNA的型号可采用Maxim公司的MAX2659,也可以采用国产的AT2659(引脚兼容MAX2659,价格更便宜),声表滤波器采用的型号是muRata(村田)的SAFEB1G57KE0F00R15,这两个器件的体积都非常小,画封装时候注意引脚间距,如果是手风枪焊接,风量尽可能的控制小一些以避免吹跑,另外注意芯片的方向不要搞反。

 

3、关于接口,钛叔这里引出了芯片的两个串口引脚以及SAFEBOOT引脚,SAFEBOOT为安全模式引脚,主要用于生产测试的时候;另外钛叔将1PPS引脚外接控制了一个LED,在实际调试测试过程中,可通过该LED来判断芯片的工作状态,如果搜星成功定位,该LED将以每秒一次频率闪烁,如果常暗则表明未成功定位,钛叔在实际调试过程中还发现,如果常亮则很有可能是芯片焊接存在问题。

 

4、关于电源,V_DCDC、V_CORE、VDD_IO钛叔均设计的3.3V,未设计外部备份电池,所以V_BCKP连接到VDD_IO;板上的LDO,钛叔采用的是采用的超低噪声的LP5900,效果良好。芯片启动电路会达到100mA,注意选择LDO的时候,电流需满足该参数。

 

5、关于PCB布局布线,该电路板主要注意天线引脚到芯片LNA_IN引脚之间的电路,走线可使用SI9000作50Ω的仿真,这部分的信号线尽量走短,信号线两边的地打上足够的过孔;下面的地尽可能的保持完整,不要太多分割。下面是钛叔的布局布线,大家可参考参考,其中矩形框部分可以添加金属屏蔽罩,在较为复杂的环境可以一定程度上减弱外部干扰。

如果大家产品对体积有要求,可以采用下面这种天线(6x16x4mm),这种天线钛叔也实际验证过,在户外使用,效果还是没问题的。

 

下面是钛叔的设计源文件,仅供参考:

链接:https://pan.baidu.com/s/189Y3nR6SbKyslUTc2yAaHw
提取码:mdot 

 

极寒钛

别给思维设限