Hiện nay, chip định vị vệ tinh chủ yếu bao gồm các thành phần như bộ thu RF GNSS, bộ xử lý tín hiệu băng tần cơ sở GNSS, vi xử lý, bộ quản lý nguồn, bộ nhớ và bộ điều khiển, thiết bị lưu trữ, thiết bị nối tiếp và mạch giao tiếp ngoại vi. Do tính phức tạp trong thiết kế chip, đặc biệt là việc tích hợp RF và băng tần cơ sở trong chip SoC, khả năng thiết kế chip định vị vệ tinh tác động trực tiếp đến hiệu suất, độ nhạy, mức tiêu thụ điện năng, kích thước và chi phí của chúng. Điều này, ngược lại, ảnh hưởng lớn đến khả năng cạnh tranh của các sản phẩm thiết bị đầu cuối định vị và dẫn đường. Do đó, hướng phát triển của chip định vị vệ tinh phần lớn phản ánh xu hướng của các sản phẩm thiết bị đầu cuối định vị vệ tinh. Từ cấu trúc của chip định vị vệ tinh, có thể thấy rõ rằng tích hợp, hiệu suất và mức tiêu thụ điện năng sẽ là những thách thức công nghệ chính đối với sự phát triển của chip Beidou trong tương lai.

Hướng phát triển công nghệ chip

1. Thiết kế quy trình và tích hợp SoC phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả tích hợp chip
Hiện nay, quy trình sản xuất chip định vị và dẫn đường hoàn thiện nhất và hiệu quả về chi phí là quy trình CMOS 40nm, mang lại những lợi thế như mức tiêu thụ điện năng thấp, chi phí thấp và rủi ro thấp. Trong tương lai, quy trình này sẽ phát triển lên quy trình CMOS 22nm.
SoC (Hệ thống trên chip) tích hợp bộ vi xử lý, các lõi IP tương tự, các lõi IP số, bộ nhớ và các giao diện ngoại vi vào một chip duy nhất, mang lại mức độ tích hợp cao, chức năng mạnh mẽ, mức tiêu thụ điện năng thấp và kích thước nhỏ gọn. Điều này giúp giảm đáng kể chi phí và thời gian phát triển các sản phẩm hệ thống điện tử/thông tin, rút ngắn chu kỳ phát triển và nâng cao khả năng cạnh tranh của sản phẩm. Việc phát triển chip SoC là một xu hướng tất yếu trong công nghệ chip.

2. Định vị kết hợp hai tần số ở cấp độ chip để nâng cao độ chính xác định vị
Định vị tần số kép giúp nâng cao đáng kể độ chính xác và độ tin cậy của định vị trong các môi trường đô thị phức tạp. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ chính xác của định vị vệ tinh bao gồm độ trễ ionosfer và hiện tượng đa đường truyền do phản xạ từ các tòa nhà và chướng ngại vật gây ra. Nhìn chung, băng thông rộng hơn và tốc độ mã cao hơn sẽ giúp giảm thiểu nhiễu do hiện tượng khúc xạ và phản xạ.
Các công nghệ định vị kết hợp tần số kép và đa tần số đã được chứng minh là những phương pháp hiệu quả để nâng cao độ chính xác định vị và khả năng chống nhiễu đa đường. Tuy nhiên, các chức năng này thường được thực hiện thông qua các bo mạch hoặc FPGA (Mảng cổng lập trình tại hiện trường), dẫn đến chi phí cao, tiêu thụ điện năng lớn và kích thước cồng kềnh. Điều này gây khó khăn cho việc ứng dụng trong điện thoại thông minh, thiết bị đeo thông minh và các lĩnh vực khác nơi tiêu thụ điện năng thấp và kích thước nhỏ gọn là yếu tố then chốt. Sự phát triển của công nghệ chip đơn SoC tần số kép giải quyết vấn đề này và là xu hướng quốc tế quan trọng cho việc ứng dụng định vị tần số kép trên quy mô lớn.

3. Thiết kế tiêu thụ điện năng cực thấp để kéo dài thời gian chờ
Để giảm mức tiêu thụ điện năng, các nhà sản xuất chip định vị vệ tinh chủ đạo thường áp dụng công nghệ điều chỉnh điện áp và tần số động, các kỹ thuật thiết kế tiêu thụ điện năng ở chế độ chờ cực thấp, cùng với các công nghệ bộ nhớ nhúng. Hiện nay, mức tiêu thụ điện năng ở chế độ chờ của các chip định vị vệ tinh chủ đạo dưới 2uA, đạt được hiệu suất ở chế độ chờ tương đương với các chip MCU (Bộ vi điều khiển) tiết kiệm năng lượng.
Hơn nữa, việc sử dụng “các quy trình bộ nhớ nhúng” trong chip định vị vệ tinh – vốn tích hợp các đơn vị bộ nhớ giao diện song song – giúp giảm chi phí đóng gói và nâng cao hiệu quả của bộ xử lý trong việc truy cập bộ nhớ, từ đó làm giảm mức tiêu thụ điện năng khi truy cập bộ nhớ.

Các ứng dụng đại trà có độ chính xác cao của Beidou

Với sự phát triển nhanh chóng của điện thoại thông minh, Internet vạn vật (IoT), xe kết nối, máy bay không người lái và các ứng dụng khác, nhu cầu về các dịch vụ định vị chính xác ngày càng trở nên phổ biến. Độ chính xác định vị mà các thiết bị đầu cuối định vị đại trà yêu cầu đã đạt đến “mức mét” hoặc thậm chí “dưới mức mét”. Những hạn chế của các bo mạch truyền thống có độ chính xác cao, kích thước lớn và tiêu thụ điện năng cao đang trở nên rõ ràng hơn và không còn đáp ứng được nhu cầu của các ứng dụng đại trà đòi hỏi độ chính xác cao. Các sản phẩm định vị độ chính xác cao cấp chip là xu hướng tất yếu và kết quả của các ứng dụng đại trà đòi hỏi độ chính xác cao.

Một số thị trường ứng dụng công nghiệp, thị trường dân dụng và thị trường IoT chủ yếu nhắm đến các thiết bị đầu cuối cầm tay, thiết bị di động và thiết bị đeo được. Các giải pháp độ chính xác cao ở cấp độ chip, với những ưu điểm vốn có là mức tiêu thụ điện năng cực thấp và thời gian chờ dài, sẽ giúp nâng cao đáng kể khả năng cạnh tranh của các sản phẩm thiết bị đầu cuối độ chính xác cao. Đây sẽ là thị trường chính cho các chip Beidou.