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GPS汽车导航系统用温补晶振的使用示例

来源:http://mystarbucksmoment.cn 作者:康比电子 2019年08月24
    GPS是利用绕地球环行轨道运行的人工卫星,正确判断自己在地球上的位置的系统,利用来自高度约2万km的6条圆轨道上各配置了4个(共计24个)美国防总省管理的GPS卫星的电波.GPS卫星大约在11点58分绕地球一周.测定接收者和GPS卫星的位置关系,能够以10m左右的精度算出当地的纬度,经度,高度等.GPS卫星发出的电波内置有高性能的原子钟,通过1.2/1.5GHz频带的电波向地面发送包含时刻的数据,有被加密和未被加密的.本文就车载应用中搭载GPS的汽车导航系统用晶振部件的使用示例,技术课题进行简单说明.
    可以用于民生的是没有加密的数据,由于意外的精度下降,误差会达到100m左右.为了减小误差进行位置情报补正的"DGPS"技术已经投入实际应用.是一种通过在已知位置的基站中进行基于GPS的测量,用FM广播等地面波发送实际位置和由GPS计算出的位置的偏差,对来自GPS卫星的接收信号计测的结果进行校正,提高位置精度的技术.通常的GPS会产生100m左右的误差,但是通过DGPS可以减轻约5m左右的误差.另外,GPS卫星为了在大约7年半的时间内迎来寿命,每年都会发射新的卫星投入轨道,大约有30颗卫星正常运用.GPS接收机接收来自多个GPS卫星的电波,通过分别算出与各自的距离,可以测定当前位置.在能看到3颗卫星的地方可以算出纬度和经度,在能看到4颗卫星的地方除此之外还可以算出高度.(图1显示GPS接收示例)
    GPS的民生利用是飞机和船舶等航行系统虽然已经进行了,但是随着近年来石英晶振等其他元器件技术的发展,随着机器的小型化和低价格化的发展,从情报技术的发展开始绘制地图,因为显示的计算机系统等也变得廉价地提供,所以也广泛地组合到汽车导航系统等中,利用位置情报提供各种各样的服务.
图1GPS接收示例
2.GPS用途的水晶制品
    汽车导航系统会搭载在车里,但是对于电子零部件的搭载环境绝对不要紧没有.图2表示温补晶振的搭载示例.考虑到诸如高温度,低温度等的各种使用环境,发送信号被发送到接收器狭小偏差的tcxo被用作源头.要求高精度,因此,对温补晶振要求的要求如下所示.
    ◆频率温度特性:±0.5ppm以下
    ◆短期频率稳定度(低相位噪声,低相位抖动)
    ◆应对急剧的频率变化(Microfrequencyjump等)
    具体的要求规格示例如表1所示.在用于参考的情况下,振荡器频率容许偏差相对于温度的偏差相对于±2.0ppm,GPS应用时为±0.5ppm,GPS应用的频率精度是一位数的高精度晶振.
图2TCXO的搭载示例
表1TCXO所要求的电气特性的对比(代表例)
3.用于GPS的TCXO的频率温度特性
    如图3所示,参考用的温补晶振的频率温度特性在通常的修正中满足±2.0ppm(规格:外侧的点线),但在通常的修正中无法实现±0.5ppm(规格:内侧的点线).因此有必要进行高精度的温度补正.图4示出了频率-温度特性的高精度修正的例子.通过该高精度修正,如图5所示,可满足±0.5ppm.如图4,5所示,通过根据水晶振子的频率温度特性进行高精度修正,可减小拟合错误,实现满足GPS用途所要求的振荡频率容许偏差±0.5ppm的温补晶振.为了实现这个高精度,人工水晶,水晶振子,电子电路的所有领域都有必要解决技术课题.

图3通常校正TCXO的频率温度特性
图4频率温度特性的高精度修正例
图5高精度修正温补晶振的频率温度特性
    TCXO(温度补偿晶体振荡器)是一种晶体振荡器.TCXO提供稳定的时钟信号,带有温度补偿电路和晶体单元,在宽温度范围内具有良好的性能.精度TCXO是一种温补晶振,与网络基础设施的OCXO相比,可实现相同的频率精度.主要应用在基站,交换机/路由器,无线设备/无线电设备等.
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