SKYLAB 系列GPS模块应用指南.pdf

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1、SKYLAB 系列系列 GPS 模块应用指南模块应用指南 一一.硬件电路应用部分 硬件电路应用部分 1.1.GM 系列模块 UART 口的外围电路设计 GM 系列模块 UART 口的外围电路设计 由于 GM10 与 GM20，GM25 采用不同的芯片内核，所以在处理 UART 外围电路中应当注意以下问题:?GM1O 在 UART0 应用时可直接连接其它通讯端的 UART 口,但建议在 RX0，TX0 接10K 的上拉电阻。?GM2O,GM25 在应用时 UART0 中的 RX0，TX0 必须接 10K 的上拉电阻，这与 GM10应用上是有根本区别的。具体参考下图所示：上图为 GM20 连接方式

2、 上图为 GM25 连接方式 2.2.GM 系列模块 BOOT 脚的区别 GM 系列模块 BOOT 脚的区别 Boot 脚的作用：决定模块的启动模式，正常工作启动模式和下载更新 Firmware 模式，用户使用时应将模块设置为正常工作模式，方法如下：?GM10 在正常工作模式时 BOOT 脚可以保持悬空或者通过 10K 电阻连接高电平Vcc/Vdd?GM20，GM25 在正常工作模式时 BOOT 脚可以保持悬空或者接地。建议用户使用时将此角保持悬空不连接，以兼顾模块的正常工作和下载更新 Firmware 的需要。3.3.GPS 天线的选择与正确使用 GPS 天线的选择与正确使用 GPS 接收天

3、线的作用，是将来自卫星无线电信号的电磁波能量变换成接收机电子器 件可摄取应用的电流。天线的性能和位置十分重要，因为这些特征决定了天线能获取微 弱的 GPS 信号的能力。由于 GPS 信号是圆极化波，所以所有的接收天线都是圆极化工作 方式。目前市场上应用最多的是平板式天线，分为无源与有源天线。SKYLAB GPS 模块 均支持这两种天线。?无源天线 无源天线由于没有内置放大器，对于天线馈线要求较长的（超过 10cm），不是最 佳的选择。所以力求减少对 RF 信号的衰减，天线馈线的长度尽可能的短。为获得 最佳性能，放置无源天线的下方要有一块完整的地层。尽可能减少信号噪声的影 响，建议无源天线与 G

4、PS 模块放在 PCB 板相对的另一面。同时为避免无源天线上 方的屏蔽层与无源天线引起共振，其屏蔽层应当与无源天线的表面保持最少 3mm 的距离。下图所示使用无源天线的 GPS 模块参考设计。?有源天线 有源天线内部具有低噪声放大器（LNA）。因此需要外部供电故相应的增加了系统的功耗，一般在 520mA 的范围。通常有源天线的电源是由同轴 RF 线反馈到天线，在其内部通过高频磁珠将 RF 信号与 LNA 直流电源相分离。需要注意的是有源天线的增益包括天线增益（dBic）和 LNA 增益(dB)，其中低的天线增益（dBic）是不能被高的 LNA 增益(dB)所补偿。如果天线制造商只提供一个总的增

5、益是不能评判天线性能的好坏，需要有天线增益,LNA 增益，及噪声系数等指标做综合判定。下图为外部有源天线连接器 PCB Layout 参考设计 下图为模块参考布局设计 4450 ohm 天线天线 RF 微带线设计微带线设计 所有 GPS 天线都被设计成 50 ohm 的特性阻抗，所以当设计天线连接端到 GPS 模块RF 输入端之间的微带线时，建议如下：?走线尽可能短，尽量避免走线大于 45 度的弯曲且平滑过渡。?为减少对 RF 信号的衰减，减少不必要的过孔数量，避免在多层板中的内层走线。?使用外部天线时，尽量采用直接焊接方式,或采用特征阻抗 50 ohm 的 MCX，SMA 射频同轴连接器。?

6、微带线相对应的参考地层应保持完整。?布线应远离噪声源，如:开关电源，数字信号，晶振，晶体管等。?必须控制微带线在 1.57545GHz 频率下具有 50 ohm 特性阻抗。影响阻抗的因数如下图所示：下表为典型的 FR4 材质在不同板材厚度下的微带线宽度 单位：mm PCB 材质 PCB 介电常数 铜泊厚度微带线离最近地层的距离(H)微带线宽(W)PCB 材质 PCB 介电常数 铜泊厚度微带线离最近地层的距离(H)微带线宽(W)1.6 2.8 1.2 2.2 1.0 1.8 0.8 1.4 0.6 1.1 0.4 0.7 FR4 4.6 0.035 0.2 0.4 注：相关计算软件下载地址：ht

7、tp:/ 天线开路短路检测保护电路 5.GPS 天线开路短路检测保护电路 为防止外置天线的短部或开路，故建议在天线的供电部分加上开路短路检测保护电路。其中 3.3V 为有源天线电源输入端，V_ANT 为天线连接端。A，B 分别为短路，开路信号端 开路分析：当未接天线时，Q2 晶体管导通，开路检测端口 B 为高电平。当接上天线时，Q2 晶体管截止，开路检测端口 B 为低电平。短路分析：当天线 V_ANT 端口接地短路时，短路检测端口 A 为低电平。对应逻辑关系如下表所示：其中图中高频磁珠 L1 的 PCB Layout 采用下图所示的参考设计 6.6.3V 与 5V 逻辑电平的转换电路 目前 SKYLAB 所有 GPS 模块的 UART 口都是 3V COMS 逻辑电平，所以在使用不同逻辑电平的应用中应采用适当的电平转换电路，下图所示为 3V 与 5V 逻辑电平转换的参考电路。二二.软件应用部分 软件应用部分 待续。