GPS是利用繞地球環(huán)行軌道運(yùn)行的人工衛(wèi)星,正確判斷自己在地球上的位置的系統(tǒng),利用來(lái)自高度約2萬(wàn)km的6條圓軌道上各配置了4個(gè)(共計(jì)24個(gè))美國(guó)防總省管理的GPS衛(wèi)星的電波.GPS衛(wèi)星大約在11點(diǎn)58分繞地球一周.測(cè)定接收者和GPS衛(wèi)星的位置關(guān)系,能夠以10m左右的精度算出當(dāng)?shù)氐木暥?經(jīng)度,高度等.GPS衛(wèi)星發(fā)出的電波內(nèi)置有高性能的原子鐘,通過(guò)1.2/1.5GHz頻帶的電波向地面發(fā)送包含時(shí)刻的數(shù)據(jù),有被加密和未被加密的.本文就車載應(yīng)用中搭載GPS的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)用晶振部件的使用示例,技術(shù)課題進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明.
可以用于民生的是沒(méi)有加密的數(shù)據(jù),由于意外的精度下降,誤差會(huì)達(dá)到100m左右.為了減小誤差進(jìn)行位置情報(bào)補(bǔ)正的"DGPS"技術(shù)已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用.是一種通過(guò)在已知位置的基站中進(jìn)行基于GPS的測(cè)量,用FM廣播等地面波發(fā)送實(shí)際位置和由GPS計(jì)算出的位置的偏差,對(duì)來(lái)自GPS衛(wèi)星的接收信號(hào)計(jì)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行校正,提高位置精度的技術(shù).通常的GPS會(huì)產(chǎn)生100m左右的誤差,但是通過(guò)DGPS可以減輕約5m左右的誤差.另外,GPS衛(wèi)星為了在大約7年半的時(shí)間內(nèi)迎來(lái)壽命,每年都會(huì)發(fā)射新的衛(wèi)星投入軌道,大約有30顆衛(wèi)星正常運(yùn)用.GPS接收機(jī)接收來(lái)自多個(gè)GPS衛(wèi)星的電波,通過(guò)分別算出與各自的距離,可以測(cè)定當(dāng)前位置.在能看到3顆衛(wèi)星的地方可以算出緯度和經(jīng)度,在能看到4顆衛(wèi)星的地方除此之外還可以算出高度.(圖1顯示GPS接收示例)
GPS的民生利用是飛機(jī)和船舶等航行系統(tǒng)雖然已經(jīng)進(jìn)行了,但是隨著近年來(lái)石英晶振等其他元器件技術(shù)的發(fā)展,隨著機(jī)器的小型化和低價(jià)格化的發(fā)展,從情報(bào)技術(shù)的發(fā)展開(kāi)始繪制地圖,因?yàn)轱@示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等也變得廉價(jià)地提供,所以也廣泛地組合到汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等中,利用位置情報(bào)提供各種各樣的服務(wù).

圖1GPS接收示例

2.GPS用途的水晶制品
汽車導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)搭載在車?yán)?但是對(duì)于電子零部件的搭載環(huán)境絕對(duì)不要緊沒(méi)有.圖2表示溫補(bǔ)晶振的搭載示例.考慮到諸如高溫度,低溫度等的各種使用環(huán)境,發(fā)送信號(hào)被發(fā)送到接收器狹小偏差的tcxo被用作源頭.要求高精度,因此,對(duì)溫補(bǔ)晶振要求的要求如下所示.
◆頻率溫度特性:±0.5ppm以下
◆短期頻率穩(wěn)定度(低相位噪聲,低相位抖動(dòng))
◆應(yīng)對(duì)急劇的頻率變化(Microfrequencyjump等)
具體的要求規(guī)格示例如表1所示.在用于參考的情況下,振蕩器頻率容許偏差相對(duì)于溫度的偏差相對(duì)于±2.0ppm,GPS應(yīng)用時(shí)為±0.5ppm,GPS應(yīng)用的頻率精度是一位數(shù)的高精度晶振.

圖2TCXO的搭載示例

表1TCXO所要求的電氣特性的對(duì)比(代表例)

3.用于GPS的TCXO的頻率溫度特性
如圖3所示,參考用的溫補(bǔ)晶振的頻率溫度特性在通常的修正中滿足±2.0ppm(規(guī)格:外側(cè)的點(diǎn)線),但在通常的修正中無(wú)法實(shí)現(xiàn)±0.5ppm(規(guī)格:內(nèi)側(cè)的點(diǎn)線).因此有必要進(jìn)行高精度的溫度補(bǔ)正.圖4示出了頻率-溫度特性的高精度修正的例子.通過(guò)該高精度修正,如圖5所示,可滿足±0.5ppm.如圖4,5所示,通過(guò)根據(jù)水晶振子的頻率溫度特性進(jìn)行高精度修正,可減小擬合錯(cuò)誤,實(shí)現(xiàn)滿足GPS用途所要求的振蕩頻率容許偏差±0.5ppm的溫補(bǔ)晶振.為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)高精度,人工水晶,水晶振子,電子電路的所有領(lǐng)域都有必要解決技術(shù)課題.

圖3通常校正TCXO的頻率溫度特性

圖4頻率溫度特性的高精度修正例

圖5高精度修正溫補(bǔ)晶振的頻率溫度特性

TCXO(溫度補(bǔ)償晶體振蕩器)是一種晶體振蕩器.TCXO提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào),帶有溫度補(bǔ)償電路和晶體單元,在寬溫度范圍內(nèi)具有良好的性能.精度TCXO是一種溫補(bǔ)晶振,與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的OCXO相比,可實(shí)現(xiàn)相同的頻率精度.主要應(yīng)用在基站,交換機(jī)/路由器,無(wú)線設(shè)備/無(wú)線電設(shè)備等.

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GPS汽車導(dǎo)航系統(tǒng)用溫補(bǔ)晶振的使用示例

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