В настоящее время микросхемы спутниковой навигации в основном включают в себя такие компоненты, как радиочастотные приемники GNSS, процессоры сигналов основной полосы GNSS, микропроцессоры, устройства управления питанием, блоки памяти и управления, устройства хранения данных, последовательные устройства и схемы периферийных интерфейсов. Из-за сложности конструкции микросхем, особенно интеграции радиочастот и основной полосы в микросхемах SoC, возможность проектирования микросхем спутниковой навигации напрямую влияет на их производительность, чувствительность, энергопотребление, размер и стоимость. Это, в свою очередь, существенно влияет на конкурентоспособность продуктов навигационных и позиционных терминальных устройств. Таким образом, направление развития микросхем спутниковой навигации во многом отражает тенденции продуктов спутниковых навигационных терминалов. Из структуры микросхем спутниковой навигации ясно, что интеграция, производительность и энергопотребление будут ключевыми технологическими вызовами для разработки микросхем Beidou в будущем.

Направления развития чиповых технологий

1. Подходящий процесс и проектирование интеграции SoC для улучшения интеграции чипов
В настоящее время наиболее зрелым и экономически эффективным технологическим процессом для микросхем навигации и позиционирования является 40-нм КМОП-технология, которая обеспечивает такие преимущества, как низкое энергопотребление, низкая стоимость и низкий уровень рисков. В будущем планируется переход к 22-нм КМОП-технологии.
SoC (система на кристалле) объединяет микропроцессор, аналоговые и цифровые IP-ядра, память и периферийные интерфейсы в одном кристалле, обеспечивая высокую степень интеграции, мощную функциональность, низкое энергопотребление и компактные размеры. Это значительно снижает стоимость и время разработки электронных/информационных систем, сокращает циклы разработки и повышает конкурентоспособность продукции. Разработка SoC — естественное направление в технологии микросхем.

2. Двухчастотное совместное позиционирование на уровне чипа для повышения точности позиционирования
Двухчастотное позиционирование значительно повышает точность и надёжность определения местоположения в сложных городских условиях. Основными факторами, влияющими на точность спутникового позиционирования, являются ионосферная задержка и многолучевое распространение, вызванное отражениями от зданий и препятствий. В целом, более широкая полоса пропускания и более высокая скорость кодирования приводят к снижению помех, вызванных рефракцией и отражением.
Технологии двухчастотного и многочастотного совместного позиционирования уже являются проверенными методами повышения точности позиционирования и устойчивости к многолучевому распространению. Однако эти функции обычно реализуются с помощью плат или ПЛИС (программируемых пользователем вентильных матриц), что приводит к высокой стоимости, высокому энергопотреблению и большим габаритам. Это затрудняет их применение в смартфонах, умных носимых устройствах и других областях, где низкое энергопотребление и компактные размеры имеют решающее значение. Разработка технологии двухчастотных однокристальных систем на кристалле решает эту проблему и является ключевой международной тенденцией к широкомасштабному применению двухчастотного позиционирования.

3. Конструкция со сверхнизким энергопотреблением для увеличения времени работы в режиме ожидания
Для снижения энергопотребления производители микросхем спутниковой навигации обычно используют технологию динамической регулировки напряжения и частоты, методы проектирования со сверхнизким энергопотреблением в режиме ожидания и технологии встроенной памяти. В настоящее время энергопотребление микросхем спутниковой навигации в режиме ожидания составляет менее 2 мкА, что обеспечивает такую же производительность в режиме ожидания, как и маломощные микроконтроллеры (МК).
Кроме того, использование «встроенных процессов памяти» в микросхемах спутниковой навигации, которые интегрируют блоки памяти с параллельным интерфейсом, снижает затраты на упаковку и повышает эффективность процессора при доступе к памяти, тем самым снижая энергопотребление при доступе к памяти.

Массовые приложения Beidou для высокоточного рынка

С быстрым развитием смартфонов, Интернета вещей (IoT), подключенных транспортных средств, дронов и других приложений спрос на услуги точного определения местоположения становится все более распространённым. Точность определения местоположения, требуемая различными терминалами массового рынка, достигла «метрового» или даже «субметрового» уровня. Ограничения традиционных высокоточных крупногабаритных плат с высоким энергопотреблением становятся всё более очевидными и больше не могут удовлетворить потребности высокоточных массовых приложений. Высокоточные устройства позиционирования на уровне чипов — неизбежная тенденция и результат развития высокоточных массовых приложений.

Некоторые рынки промышленных приложений, гражданский рынок и рынки Интернета вещей ориентированы в основном на портативные терминалы, портативные мобильные устройства и носимые устройства. Высокоточные решения на уровне микросхем, обладающие такими неотъемлемыми преимуществами, как сверхнизкое энергопотребление и длительное время работы в режиме ожидания, значительно повысят конкурентоспособность высокоточных терминальных продуктов. Это станет основным рынком для микросхем Beidou.