使用超低功耗GPS解决方案延长电池寿命

使用 Maxim 的超低功耗 GPS 解决方案，将您的车辆追踪器/资产追踪器/物联网设备的电池寿命延长 10 倍。

将全球定位系统 (GPS) 功能添加到电池供电设备（例如车辆跟踪器、资产跟踪器或物联网 (IoT) 传感器）的最大挑战之一是缩短电池寿命。在几乎所有情况下，增加电池尺寸以延长运行时间都不是一种选择，因为这会增加可穿戴设备的尺寸、重量和成本。

为了降低 GPS 接收器的功耗，大多数设计在需要接收器的位置之前保持接收器关闭。当接收器从所谓的冷启动中醒来时，它会捕获并锁定卫星信号，提取导航消息，其中包括卫星轨道和原子钟偏差信息（星历表数据），并且至少需要四个卫星信号，它可以确定位置和时间。但是，由于导航消息数据速率较低，为 50 位/秒，接收器必须通电几秒钟才能接收广播数据，通常为 28 秒或更长时间。只有这样，接收器才能计算出它的位置。

帮助延长电池寿命的一种方法是减少计算位置之前接收器开启的时间。快照接收器正是这样做的。在快照接收器实现中，接收器没有足够长的时间来接收和解码星历数据。相反，来自云端服务器的长达 28 天的星历数据被预加载到接收器中，使其能够在几秒钟内唤醒并报告其位置。接收器开启时间的减少可以将电池寿命延长一个数量级，使其成为电池寿命一直是 GPS 技术采用障碍的应用的理想选择。

此快照实施基于 2015 年授予阿尔伯塔省卡尔加里的 Baseband Technologies Inc 的一项专利。Maxim Integrated与 BTI 合作，现在使用MAX2769C GNSS L1 接收器和运行 BTI 固件的MAX32632 ARM Cortex M4 微控制器提供完整的 GPS 解决方案。

将接收卫星信号到获取位置坐标视为一个三步过程是有帮助的：信号捕获、信号处理和位置估计（图 1）。除了低功耗外，Maxim/BTI 解决方案还提供了灵活性，可以通过卸载到云服务器来在板上或板下执行信号处理和位置估计步骤。这可以进一步降低功耗和系统成本。

图 1：使用 MAX2769C 和 MAX32632 实现快照接收器。（来源：美信集成）

除了快照算法的省电特性外，使用具有灵活电源模式的 MAX32632、智能外设管理单元 (PMU)、动态时钟门控和固件控制的电源门控进一步降低了功耗全球定位系统系统。

表 1比较了 Maxim/BTI GPS 解决方案与商用低功耗接收器模块的能源使用情况，以说明快照接收器提供的节能效果。两个接收器每小时开启一次以接收卫星信号、计算位置并无线传输它们的位置。条形的灰色部分是无线部分传输位置所需的能量，两种解决方案都相同。另一方面，定位和 Maxim 系统的星历表下载所需的能量小于 20uWh，而竞争对手的能量消耗为 170uWh 或九倍。

表 1：Maxim GPS 系统的能耗与竞争产品的对比（来源：Maxim Integrated） 

快照接收器的另一个特点是它能够指定捕获窗口或捕获卫星信号的时间。更长的捕获窗口确实会提高位置精度并增加要处理的数字样本的数量，从而增加功耗。固件允许 4 毫秒、6 毫秒、8 毫秒、10 毫秒、16 毫秒、22 毫秒和 30 毫秒的采集窗口。表 2列出了 Maxim/BTI GPS 解决方案在各种采集窗口以及每分钟一次和每小时一次的位置更新时的功耗。

表 2：Maxim/BTI GPS 解决方案的功耗（来源：Maxim Integrated） 

使用表 2中的数据，可以轻松计算出 100mAh 纽扣电池的续航时间。如图 2所示，根据捕获窗口，100mAh 纽扣电池可持续长达 13 个月，具体取决于捕获窗口。

图 2：对于每小时一次的开放天空应用，100mAh 电池可以使用 13 个月。（来源：美信集成） 

结论

Maxim 的快照 GPS 接收器的功耗远低于传统的跟踪 GPS 接收器，非常适合电池寿命非常宝贵的可穿戴设备和物联网应用。

审核编辑：汤梓红