將GPS功能添加到電池供電設(shè)備（如車輛跟蹤器，資產(chǎn)跟蹤器或物聯(lián)網(wǎng)傳感器）的最大挑戰(zhàn)之一是縮短電池壽命。在幾乎所有情況下，增加電池尺寸以延長運(yùn)行時(shí)間都不是一種選擇，因?yàn)檫@會(huì)增加可穿戴設(shè)備的尺寸、重量和成本。

為了降低GPS接收器的功耗，大多數(shù)設(shè)計(jì)在需要接收器的位置之前保持接收器關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)接收器從所謂的“冷啟動(dòng)”中醒來時(shí)，它獲取并鎖定衛(wèi)星信號(hào)，提取導(dǎo)航消息，其中包括衛(wèi)星軌道和原子鐘偏置信息（星歷數(shù)據(jù)），并且至少有4個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，它能夠確定位置和時(shí)間。但是，由于導(dǎo)航消息數(shù)據(jù)速率低至 50 位/秒，因此接收器必須通電幾秒鐘才能接收廣播數(shù)據(jù)，通常為 28 秒或更長時(shí)間。只有這樣，接收器才能計(jì)算出其位置。

幫助延長電池壽命的一種方法是減少接收器在計(jì)算位置之前打開的時(shí)間。快照接收器正是這樣做的。在快照接收器實(shí)現(xiàn)中，接收器的開啟時(shí)間不足以接收和解碼星歷數(shù)據(jù)。相反，來自云中服務(wù)器的長達(dá)28天的星歷數(shù)據(jù)被預(yù)加載到接收器中，使其能夠在幾秒鐘內(nèi)喚醒并報(bào)告其位置。接收器開啟時(shí)間的減少可以將電池壽命延長一個(gè)數(shù)量級(jí)，使其非常適合電池壽命一直是采用GPS技術(shù)的障礙的應(yīng)用。

此快照實(shí)現(xiàn)基于2015年授予阿爾伯塔省卡爾加里的Baseband Technologies Inc.的專利。Maxim與BTI合作，現(xiàn)在使用MAX2769C GNSS L1接收器和MAX32632 ARM Cortex M4微控制器提供完整的GPS解決方案，運(yùn)行BTI固件。

圖1.使用MAX2769C和MAX32632實(shí)現(xiàn)快照接收器

將接收衛(wèi)星信號(hào)到獲取位置坐標(biāo)的過程視為一個(gè)三步過程是有幫助的：信號(hào)捕獲、信號(hào)處理和位置估計(jì)，如圖 1 所示。除了低功耗之外，Maxim/BTI解決方案還具有靈活性，可通過卸載到云服務(wù)器來執(zhí)行板上或板外的信號(hào)處理和位置估計(jì)步驟。這可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的功耗和成本。

除了快照算法的省電特性外，MAX32632具有靈活的功耗模式、智能外設(shè)管理單元（PMU）、動(dòng)態(tài)時(shí)鐘門控和固件控制的功率門控，進(jìn)一步降低了GPS系統(tǒng)的功耗。

為了說明快照接收器的節(jié)能效果，圖2將Maxim/BTI GPS解決方案的能耗與市售的“低功耗”接收器模塊進(jìn)行了比較。兩個(gè)接收器每小時(shí)打開一次，以接收衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算位置并無線傳輸其位置。條形的灰色部分是無線部分傳輸位置所需的能量，對(duì)于兩種解決方案都是相同的。另一方面，Maxim系統(tǒng)的位置定位和星歷下載所需的能量小于20uWh，而競爭對(duì)手消耗的能量為170uWh，或9倍的能量。

圖2.美信GPS系統(tǒng)的能耗與競爭對(duì)手的比較

快照接收器的另一個(gè)特點(diǎn)是它能夠指定采集窗口或捕獲衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間。更長的捕獲窗口確實(shí)提高了位置精度，但也增加了要處理的數(shù)字樣本的數(shù)量，從而增加了功耗。固件允許4ms、6ms、8ms、10ms、16ms、22ms和30ms的采集窗口。 表1列出了Maxim/BTI GPS解決方案在各種采集窗口以及每分鐘一次和每小時(shí)一次位置更新時(shí)的功耗

表1：Maxim/BTI GPS解決方案的功耗

使用上面的數(shù)據(jù)，可以輕松計(jì)算出100mAh紐扣電池的使用壽命。如圖3所示，根據(jù)捕獲窗口的不同，100mAh紐扣電池可持續(xù)使用長達(dá)13個(gè)月

圖3.對(duì)于一次/小時(shí)的露天應(yīng)用，100mAh 電池可持續(xù)使用 13 個(gè)月

總之，Maxim的快照GPS接收器的功耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的跟蹤GPS接收器，非常適合電池壽命非常寶貴的可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

審核編輯：郭婷