GPS功能已成為個人移動設備的基本要求。對于工程師來說，確保延長電池壽命的需求可能與要求連續GPS定位的應用要求相沖突。通過采用節能策略，工程師可以為移動設備添加復雜的GPS功能。作為這種方法的基礎，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。

在手機等個人移動設備中，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整個系統的電池壽命產生顯著影響。盡管應用要求將在很大程度上推動GPS節能的有效限制，但工程師可以期望在初始GPS定位期間和GPS靜音狀態期間對功耗進行相當大的控制。

為了建立初始GPS定位，GPS設備需要年歷數據，星歷數據和衛星修復。星歷數據提供當前日期和時間以及衛星健康數據，通常可在30至120秒內獲取。年歷數據提供有關全天衛星定位的信息，在獨立GPS系統中更新成本最高，需要幾分鐘才能以50 bps的速率下載衛星下載。輔助GPS或A-GPS方法可以使用本地無線連接來訪問因特網以下載比直接衛星下載快幾個數量級的歷書數據。

與歷書和星歷數據一起，GPS設備需要信號鎖，通常至少有四顆衛星來計算其緯度，經度，高度和時間。提供這些結果的初始集合所需的時間稱為首次定位時間（TTFF），并且通常是GPS設計中的節能工作的焦點。

TTFF的規格通常在三種情況下提供：

冷啟動 - GPS接收器沒有有效的星歷或年歷數據，導致數據采集的延遲延遲

熱啟動 - 接收器沒有有效的星歷數據，但具有有效的歷書數據，并且其最近存儲的位置信息仍然有效 - 通常導致30秒的數據采集延遲

熱啟動 - 接收器具有有效的星歷表和年歷數據和有效的近期定位修正信息，通常導致延遲一秒鐘以實現修復

在很大程度上，GPS電源管理的關鍵挑戰是采用減少策略特別是在冷啟動和暖啟動期間的GPS功耗。同時，最大化GPS無線電接收器性能對于確保在定位過程的所有階段獲得最快的信號采集至關重要。例如，工程師需要優化天線性能。低天線增益會侵蝕接收器靈敏度，可能會在任何工作模式下延長TTFF。此外，需要一個干凈的電源來幫助最小化噪聲源，這些噪聲源可能會對接收器信號鏈中的整體噪聲系數產生影響。嘈雜的電源會增加噪聲系數，從而降低接收器的靈敏度。但是，除了這些工程實踐外，GPS設備本身還提供各種功能，可幫助設計人員最大限度地降低功耗敏感的本地化應用中的功耗。例如，Skyworks SE4110L GPS IC（圖1）提供三級功率控制 - 待機，振蕩器和活動。在工作模式下，器件僅消耗10 mA電流，通過使用外部振蕩器而不是IC的內部晶振來提供參考頻率，可以進一步降低0.4 mA。對于某些應用，工程師也可以選擇禁用內部LNA，這樣可以節省大約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，待機電流規格為10μA。工程師還可以在此設備上禁用內部LNA，節省5 mA。

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

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

圖2：Maxim MAX2769 GPS IC允許工程師有選擇地降低單個片上子系統的功耗。當應用程序要求允許時降低功耗會降低受影響子系統的功能。 （由Maxim Integrated Products提供）

MAX2769 IC中的其他設置將PLL從小數N模式切換到節能整數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數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，但它也會使級聯噪聲系數增加至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LNA，無論是否有源天線都可單獨使用。如果沒有LNA1處于活動狀態的天線，IC的功耗為18 mA，但噪聲系數為1.4 dB。使用LNA2處于活動狀態的天線時，功耗降至15 mA，但噪聲系數上升至2.7 dB。

工程師還可以從各種可用的GPS模塊中進行選擇，這些模塊能夠實現更復雜的系統級節能模式。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能功能。例如，Jupiter模塊具有TricklePower模式，可通過適應sGPS信號強度來降低功耗，在弱信號區域切換到全功率，在具有強GPS信號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現50％的功耗節省。 32xLP模塊還提供Push-To-Fix模式，可使GPS系統保持睡眠模式，直到被喚醒信號激活。同時，當喚醒信號重新啟用活動模式時，設備能夠自動喚醒并刷新星歷數據以確保短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應用，通常以更高的功率要求為代價提供更復雜的功能。然而，工程師可以在此課程的每個模塊中找到一系列節能模式。