北斗芯片在构造上紧张包括GNSS射频吸收机、GNSS基带旗子暗记处理器、微处理器、电源管理、内存和掌握单元、存储器、外围接口电路等部分。由于芯片设计繁芜,特殊是射频和基带一体化SoC芯片的设计繁芜度更加高。设计能力的差异,直接影响芯片性能、灵敏度、功耗、尺寸、本钱等多个方面,进而也极大地影响着导航定位终端产品的核心竞争力。从目前华大北斗最新发布的第四代北斗芯片构造图上(见下图),我们可以较清晰的看到,芯片高集成度设计、性能强化设计、多维度功耗掌握设计等已成为北斗芯片技能研发的重点。
关键技能之:SoC高集成度设计
SoC(System on Chip)芯片称为系统级芯片,也称片上系统,包含了芯片完全硬件系统和嵌入式软件系统的全部内容,是当下主流芯片企业的主研方向。SoC也是一种设计理念,便是将各个可以集成在一起的模块集成到一个芯片上,包含了射频、基带、电源管理、嵌入式存储、接口等多项技能。SoC芯片的提出,是相对付过去SIP芯片(System In a Package系统级封装,将多种功能芯片集成在一个封装内,从而实现一个基本完全的功能。)而言的。由于通过一颗芯片实现SIP多颗芯片的所有功能,因此SoC芯片在尺寸、功耗、本钱等方面较SIP芯片具有较大上风。
从上图我们也可以清晰的看到华大北斗最新发布的第四代北斗芯片与其以往系列芯片一样,连续采取了SoC芯片架构。在单一芯片上集成了两个微处理器、射频单元、数字基带单元、存储器、电源管理单元、外围接口等,具备集成度高、功能强、功耗低、尺寸小等优点,进一步提高了产品的竞争力。其设计难点在于:要通过繁芜的设计,来避免各个模块相互影响,担保各个模块合营事情时可以发挥出最佳性能。
随着SoC高集成度设计技能的提升,国产北斗芯片尺寸将进一步缩小。随着芯片物理尺寸的缩小,也意味着芯片的物理本钱同步低落,这将为国产北斗芯片参与国际竞争,支持北斗系统环球规模化运用起到关键的根本支撑浸染。
关键技能之:性能强化设计
多系统多频组合定位能力
多系统多频组合定位技能须要芯片在兼容北斗(中国)、GPS(美国)、GLONASS(俄罗斯)、GALILEO(欧洲)、QZSS(日本)、NavIC(印度)多个导航卫星系统的同时,还须要能够实现L1、L2、L5、L6多个频点卫星旗子暗记的吸收和组合定位。从而最大限度地利用卫星旗子暗记资源,提升定位性能。
单北斗定位和北斗优先定位能力
芯片要支持北斗三号新一代的B1I, B1C, B2I, B3I, B2a以及B2b旗子暗记,更好地支持单北斗定位韶光及定位精度哀求。在算法设计方面,还须要优先捕获北斗卫星进行定位,并且选用北斗卫星系统作为主系统,其他卫星系统作为从系统。进而真正实现北斗独立事情或优先事情的可靠性和安全性。华大北斗最新发布的第四代北斗芯片也连续强化了对单北斗定位和北斗优先定位能力的支持。
抗滋扰能力
北斗芯片事情中会碰着各种滋扰旗子暗记,这就须要芯片可以实时地检测滋扰旗子暗记频率,并自动滤除滋扰旗子暗记,从而避免滋扰旗子暗记对芯片导航定位功能产生影响。
嵌入式高精度定位算法能力
北斗芯片嵌入式高精度定位算法的实现常日须要处理用具有很高的运算速率和很大的存储空间。而对付规模化运用的北斗芯片,功耗和本钱限定了实现高精度算法能够利用的打算和存储资源,实现起来非常困难。在有限的芯片内存容量及处理器事情频率限定下,实现芯片级嵌入式地基增强和星基增强高精度定位算法,对国产北斗芯片的研发提出了更具寻衅性的哀求。华大北斗最新发布的第四代北斗芯片在支持高精度卫星定位算法的同时,还支持卫星与惯性导航组合导航定位算法,这就使芯片的适用场景更广泛,定位可靠性得到进一步提升。
在线星历采集和离线星历预估能力
卫星的星历数据是导航定位的根本数据,但在弱旗子暗记环境下芯片从卫星获取导航电文的韶光变长,这时就须要星历存储功能,该功能将定位所需的导航卫星电文信息快速的供应给定位芯片,使芯片下次冷启动时能快速获取到导航电文信息,从而缩短冷启动韶光,做到快速定位。在线星历采集技能和离线星历预估技能是办理上述问题的关键。这项能力一贯以来也都是华大北斗芯片的特色之一。
“信源级”安全北斗能力
北斗导航定位信息是行业运用信息领悟的关键之一,其真实性和保密性是行业运用安全可靠的先决条件,如何确保信息在传输链路中不被盗取和修改成为行业运用的刚需。在北斗芯片内部设计硬件加密单元,实现“信源级”位置信息加密输出将是办理这一隐患的关键,并将为基于位置信息的行业运用供应底层安全支撑。
关键技能之:多维度功耗掌握设计
北斗芯片功耗直接影响终真个待机和利用韶光,特殊对紧张以电池供电的移动终端更是如此。为了进一步减低北斗芯片功耗,北斗芯片在设计过程中须要充分评估所有影响功耗的设计点,通过多维度的优化设计,将芯片功耗只管即便降落。依然以华大北斗最新发布的第四代北斗芯片为例,由于其采取了多维度功耗掌握设计,功耗较上一代产品低落了50%旁边,得到了极大的优化。
射频电路的功耗优化设计
采取只需一个低噪声放大器和一个锁相环即可实现双频段旗子暗记同时吸收的射频架构,可以大幅降落芯片射频吸收机的功耗。同时针对不同系统不同频带旗子暗记对吸收机的带宽和功率动态配置,实现旗子暗记吸收质量和功耗的最佳均衡。通过构造和电路的风雅优化设计,使吸收机总体功耗降到最低。
极低待机功耗设计
采取具有极低泄电功耗的厚栅氧晶体管设计待机唤醒电路,同时设计具有极低功耗的晶体震荡器电路,担保在极低功耗待机状态下也可定时唤醒芯片。在待机状态下,芯片的整体待机功耗小于2uA,可达到业界主流低功耗MCU芯片的待机功耗性能。
动态频率调度技能
按照处理器的事情负荷来动态调度处理器事情频率和电压可以线性减少处理器部分的动态功耗。有高性能需求时,可提高数字时钟频率以充分发挥处理器能力,此时动态电压频率调度电路会自动将数字逻辑和存储器的事情电压提高,担保数字逻辑电路有足够的事情速率。无高性能需求时,可降落数字时钟以节省功耗,此时动态电压频率调度电路又会自动将数字逻辑和存储器的事情电压降落,这样就进一步节省了数字电路的功耗。
优化电源管理策略
为了达到系统更低功耗的目标,芯片可采取多电源域设计。在不同需求下,芯片可以通过开关不同电源域的电源,进入到不同的电源模式,实现降落功耗的目的。按照功耗依次降落的顺序,芯片的电源模式可以分为:正常事情模式(System Run Mode),就寝模式(Sleep Mode),深度就寝模式(Deep Sleep Mode),待机模式(Standby Mode)。
DC-DC电源集成设计
在北斗芯片设计中集成高效率的DC-DC(开关电源)模块,知足在轻、重负载电流情形下的高效电源转换。内置的DC-DC转换器,不仅节约了芯片外围元器件的本钱,同时芯片可以更方便的根据自身的须要对开关电源进行掌握,进而实现降落功耗的目的。
北斗芯片作为北斗家当的根本关键一环,上述诸多关键核心技能仅是略见一斑。还有更多关键技能须要国产北斗芯片厂商打破和提升,以争取环球市场竞争力。这些技能的创新设计方法对付芯片功能和性能的提升、本钱的降落都将发挥主要浸染。以华大北斗为代表的海内北斗GNSS卫星导航定位芯片企业,一贯将北斗芯片核心技能研产生发火为重中之重和发展的基石。面对国际技能垄断和“卡脖子”的威胁,也只有通过自主创新才能有所打破,才有可能在竞争激烈的环球市场上让中国北斗“芯”拥有一席之地。见“芯”知著,“十四五”已进入下半场,北斗规模运用也已进入市场化、家当化、国际化发展的关键阶段。我们凝科技创新之力,为中国北斗造“芯”。
来源：中华网
