2013 四月

导航系统声表面波(SAW)滤波器

全天候的精准定位

STMicroelectronics在Teseo II导航芯片开发中的一系列参考设计中使用了EPCOS(爱普科斯)与TDK元件。这些参考设计非常适用于汽车与消费电子产品。

Teseo II是针对多卫星导航系统开发的单芯片IC系列 (STA8088)。除GPS与伽利略卫星信号外,这些IC还能处理格洛纳斯(全球卫星导航系统)的数据。这些参考设计涵盖各种不同的GPS、伽利略与格洛纳斯组合,在1569至1607 MHz范围符合L1/E1标准。由于格洛纳斯所用卫星数量相对较多,从而显著提高了导航性能,尤其适用于大城市中狹窄街道等不利环境。


格洛纳斯使用一个边频带,与GPS和伽利略均不相同。不仅如此,为STA8088GA所开发的参照设计需要处理第一个中间级以下的整个相关射频范围。为此,输入电路在外部LNA(低噪放大器)之后,使用了爱普科斯声表面波滤波器 (B39162B3913U410)。将它用在第一级是为了抑制来自其它源(如GSM、WiFi、UMTS或BT)的信号。最后,将格洛纳斯信号与GPS和伽利略信号分离并调制为中间频率。这样就可用更少的元件来处理所有信号,从而降低成本。

集成式LNA同时用于两个路径,从芯片单独接出。这样就可以使用不同的声表面波滤波器设计与布局。信号通过第二个爱普科斯声表面波滤波器 (B39162B3913U410) 时,被馈送至射频放大器与混合器,进而形成中间频率。

图1:使用Teseo II芯片的汽车导航系统的参照设计

除使用两个EPCOS(爱普科斯)声表面波滤波器外,还使用了TDK的19个积层压敏电阻(MLCC)与3个电感器。

此处所用声表面波滤波器为坚固的陶瓷封装,尺寸为3 × 3 × 1.1 mm3,符合汽车工业标准AEC-Q200,其工作温度范围极宽(−45 °C至125 °C)。滤波器带宽为56 MHz,匹配网络设计为50 Ω。TDK的积层压敏电阻与电感器也符合AEC-Q200标准。这种类型的参考设计适用于汽车导航设备,不仅能够完成传统的导航任务,还可完成远程信息处理。由于精度高,同样适用于与安全相关的应用,如eCall、bCall或辅助驾驶系统。

STMicroelectronics还使用Teseo II系列的另一款芯片(STA8088FG)为消费电子与工业电子开发了一套导航系统。该参考设计仅使用一个爱普科斯声表面波滤波器:接在IC的LNA输出与射频放大器之间。此处所用爱普科斯B39163B4310P810滤波器使用爱普科斯CSSP®技术(芯片级SAW封装)制造。该封装技术可实现高度小型化,因而该滤波器的尺寸只有1.4 × 1.0 × 0.4 mm3。除尺寸紧凑外,该元件还具有出色的电气特性,插入损耗只有1 dB。该具备严密密封封装的滤波器符合AEC-Q200标准。其带宽为34.37 MHz,工作温度范围为−40 °C至85 °C。

STMicroelectronics针对这两种参考设计在全球进行了大量测试,以验证同时使用多个卫星导航系统的优势。

图2为在东京城市峡谷进行的一项测试。测试表明同时使用GPS与格洛纳斯信号位置的数据精度得到了显著提高。在达拉斯进行的一项测试中,对新的STMicroelectronics设计与一款只使用GPS的同类竞争产品进行了对比。这项测试同样表明多导航系统所具有的明显优势。

图2:同时使用GPS与格洛纳斯信号的位置数据更好

Teseo II、GPS与格洛纳斯(红线)位置数明显比仅从Teseo II与GPS获得的数据更精确。

Table: Key data of the EPCOS SAW filters

型号

B3913

B4310

尺寸 [mm]3 × 3 × 1,11,4 × 1,1 × 0,4
中心频率 [MHz]15881588,655
带宽 [MHz]5634,37
温度范围 [°C]-45 至 +125-40 至 +85
AEC Q-200认证


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