將GPS功能添加到電池供電設備（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行時間都不是一種選擇，因為這會增加可穿戴設備的尺寸、重量和成本。

為了降低GPS接收器的功耗，大多數(shù)設計在需要接收器的位置之前保持接收器關閉狀態(tài)。當接收器從所謂的“冷啟動”中醒來時，它獲取并鎖定衛(wèi)星信號，提取導航消息，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個衛(wèi)星信號，它能夠確定位置和時間。但是，由于導航消息數(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 秒或更長時間。只有這樣，接收器才能計算出其位置。

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

此快照實現(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，運行BTI固件。

圖1.使用MAX2769C和MAX32632實現(xiàn)快照接收器

將接收衛(wèi)星信號到獲取位置坐標的過程視為一個三步過程是有幫助的：信號捕獲、信號處理和位置估計，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器來執(zhí)行板上或板外的信號處理和位置估計步驟。這可以進一步降低系統(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、智能外設管理單元（PMU）、動態(tài)時鐘門控和固件控制的功率門控，進一步降低了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”接收器模塊進行了比較。兩個接收器每小時打開一次，以接收衛(wèi)星信號，計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)的能耗與競爭對手的比較

快照接收器的另一個特點是它能夠指定采集窗口或捕獲衛(wèi)星信號的時間。更長的捕獲窗口確實提高了位置精度，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一次位置更新時的功耗

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13個月

圖3.對于一次/小時的露天應用，100mAh 電池可持續(xù)使用 13 個月

總之，Maxim的快照GPS接收器的功耗遠低于傳統(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備和物聯(lián)網(wǎng)應用。

審核編輯：郭婷