GPS功能已成為個(gè)人移動(dòng)設(shè)備的基本要求。對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，確保延長(zhǎng)電池壽命的需求可能與要求連續(xù)GPS定位的應(yīng)用要求相沖突。通過(guò)采用節(jié)能策略，工程師可以為移動(dòng)設(shè)備添加復(fù)雜的GPS功能。作為這種方法的基礎(chǔ)，工程師可以使用Skyworks和Maxim Integrated Products的GPS IC以及Antenova，Linx Technologies，LM Technologies，Taiyo Yuden和Telit的GPS模塊提供的各種低功耗工作模式。

在手機(jī)等個(gè)人移動(dòng)設(shè)備中，GPS操作可以消耗與顯示器相同的功率。因此，GPS電路的有效功率管理可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電池壽命產(chǎn)生顯著影響。盡管應(yīng)用要求將在很大程度上推動(dòng)GPS節(jié)能的有效限制，但工程師可以期望在初始GPS定位期間和GPS靜音狀態(tài)期間對(duì)功耗進(jìn)行相當(dāng)大的控制。

為了建立初始GPS定位，GPS設(shè)備需要年歷數(shù)據(jù)，星歷數(shù)據(jù)和衛(wèi)星修復(fù)。星歷數(shù)據(jù)提供當(dāng)前日期和時(shí)間以及衛(wèi)星健康數(shù)據(jù)，通?？稍?0至120秒內(nèi)獲取。年歷數(shù)據(jù)提供有關(guān)全天衛(wèi)星定位的信息，在獨(dú)立GPS系統(tǒng)中更新成本最高，需要幾分鐘才能以50 bps的速率下載衛(wèi)星下載。輔助GPS或A-GPS方法可以使用本地?zé)o線連接來(lái)訪問(wèn)因特網(wǎng)以下載比直接衛(wèi)星下載快幾個(gè)數(shù)量級(jí)的歷書數(shù)據(jù)。

與歷書和星歷數(shù)據(jù)一起，GPS設(shè)備需要信號(hào)鎖，通常至少有四顆衛(wèi)星來(lái)計(jì)算其緯度，經(jīng)度，高度和時(shí)間。提供這些結(jié)果的初始集合所需的時(shí)間稱為首次定位時(shí)間（TTFF），并且通常是GPS設(shè)計(jì)中的節(jié)能工作的焦點(diǎn)。

TTFF的規(guī)格通常在三種情況下提供：

冷啟動(dòng) - GPS接收器沒(méi)有有效的星歷或年歷數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的延遲延遲

熱啟動(dòng) - 接收器沒(méi)有有效的星歷數(shù)據(jù)，但具有有效的歷書數(shù)據(jù)，并且其最近存儲(chǔ)的位置信息仍然有效 - 通常導(dǎo)致30秒的數(shù)據(jù)采集延遲

熱啟動(dòng) - 接收器具有有效的星歷表和年歷數(shù)據(jù)和有效的近期定位修正信息，通常導(dǎo)致延遲一秒鐘以實(shí)現(xiàn)修復(fù)

在很大程度上，GPS電源管理的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是采用減少策略特別是在冷啟動(dòng)和暖啟動(dòng)期間的GPS功耗。同時(shí)，最大化GPS無(wú)線電接收器性能對(duì)于確保在定位過(guò)程的所有階段獲得最快的信號(hào)采集至關(guān)重要。例如，工程師需要優(yōu)化天線性能。低天線增益會(huì)侵蝕接收器靈敏度，可能會(huì)在任何工作模式下延長(zhǎng)TTFF。此外，需要一個(gè)干凈的電源來(lái)幫助最小化噪聲源，這些噪聲源可能會(huì)對(duì)接收器信號(hào)鏈中的整體噪聲系數(shù)產(chǎn)生影響。嘈雜的電源會(huì)增加噪聲系數(shù)，從而降低接收器的靈敏度。但是，除了這些工程實(shí)踐外，GPS設(shè)備本身還提供各種功能，可幫助設(shè)計(jì)人員最大限度地降低功耗敏感的本地化應(yīng)用中的功耗。例如，Skyworks SE4110L GPS IC（圖1）提供三級(jí)功率控制 - 待機(jī)，振蕩器和活動(dòng)。在工作模式下，器件僅消耗10 mA電流，通過(guò)使用外部振蕩器而不是IC的內(nèi)部晶振來(lái)提供參考頻率，可以進(jìn)一步降低0.4 mA。對(duì)于某些應(yīng)用，工程師也可以選擇禁用內(nèi)部LNA，這樣可以節(jié)省大約1.9 mA的電流。在僅振蕩器模式下，器件消耗1 mA，待機(jī)模式僅需3μA（典型值）或10μA（最大值）。 Skyworks SE4150L GPS IC在工作模式下功耗為15 mA，待機(jī)電流規(guī)格為10μA。工程師還可以在此設(shè)備上禁用內(nèi)部LNA，節(jié)省5 mA。

圖1：Skyworks SD4110L等GPS IC提供電源控制模式允許工程師根據(jù)應(yīng)用要求顯著降低功耗。 （由Skyworks友情提供）

對(duì)于其MAX2769 GPS IC（圖2），Maxim Integrated Products提供增量電源管理功能，工程師可以通過(guò)有選擇地將單個(gè)片上模塊的偏置電流編程為其建議的最小值來(lái)平衡性能和功耗。便捷省電模式將LNA，混頻器，LO和VCU電流設(shè)置為最小值。

圖2：Maxim MAX2769 GPS IC允許工程師有選擇地降低單個(gè)片上子系統(tǒng)的功耗。當(dāng)應(yīng)用程序要求允許時(shí)降低功耗會(huì)降低受影響子系統(tǒng)的功能。 （由Maxim Integrated Products提供）

MAX2769 IC中的其他設(shè)置將PLL從小數(shù)N模式切換到節(jié)能整數(shù)N模式，并將基帶濾波器從低通三階巴特沃茲濾波器重新配置為復(fù)數(shù)帶通五階巴特沃茲濾波器。雖然這種低功耗模式可將電流消耗降低至10 mA，但它也會(huì)使級(jí)聯(lián)噪聲系數(shù)增加至3.8 dB。典型工作模式下的功耗取決于配置：該器件包括兩個(gè)LNA，無(wú)論是否有源天線都可單獨(dú)使用。如果沒(méi)有LNA1處于活動(dòng)狀態(tài)的天線，IC的功耗為18 mA，但噪聲系數(shù)為1.4 dB。使用LNA2處于活動(dòng)狀態(tài)的天線時(shí)，功耗降至15 mA，但噪聲系數(shù)上升至2.7 dB。

工程師還可以從各種可用的GPS模塊中進(jìn)行選擇，這些模塊能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的系統(tǒng)級(jí)節(jié)能模式。例如，Telit Jupiter F2提供低功耗跟蹤模式，僅消耗10 mA。 Telit在其Jupiter系列模塊中包含額外的節(jié)能功能。例如，Jupiter模塊具有TricklePower模式，可通過(guò)適應(yīng)sGPS信號(hào)強(qiáng)度來(lái)降低功耗，在弱信號(hào)區(qū)域切換到全功率，在具有強(qiáng)GPS信號(hào)的位置切換到低功率。在這種模式下，Telit的Jupiter 32xLP模塊在1秒更新的情況下可以實(shí)現(xiàn)50％的功耗節(jié)省。 32xLP模塊還提供Push-To-Fix模式，可使GPS系統(tǒng)保持睡眠模式，直到被喚醒信號(hào)激活。同時(shí)，當(dāng)喚醒信號(hào)重新啟用活動(dòng)模式時(shí)，設(shè)備能夠自動(dòng)喚醒并刷新星歷數(shù)據(jù)以確保短TTFF。

工程師可以在其他可用的GPS模塊中找到各種節(jié)能模式，例如Antenova Radionova GPS模塊，Taiyo Yuden GYSFFMAXX GPS模塊，Linx Technologies SR和SG GPS模塊，以及LM Technologies LM477和LM478 GPS模塊。這些模塊主要用于要求更高的GPS應(yīng)用，通常以更高的功率要求為代價(jià)提供更復(fù)雜的功能。然而，工程師可以在此課程的每個(gè)模塊中找到一系列節(jié)能模式。