TD303導航協議
TD1030是一款高性能、高集成度的BDS/GPS/GLONASS/QZSS/SBAS衛星定位導航授時芯片。該芯片采用了射頻基帶一體化設計，單片集成了DC-DC、 LDO、電源管理、 POR、射頻處理、衛星定位導航授時數字基帶處理、 32位RISC CPU、RAM、FLASH存儲、Watchdog、Timer、RTC、天線狀態檢測與短路保護電路等。 TD1030芯片可通過不同的硬件外圍配置：采用內部集成DCDC供電、使用內部ROM來提供低功耗解決方案；同樣也可通過不同的硬件外圍配置：內部集成DCDC旁路、使用內部ROM、無源天線、單時鐘的設置來提供低成本解決方案。
最小BOM應用可以選擇DCDC、LDO、LNA內部集成及內部ROM方案，該解決方案不支持firmware升級能力。 如需要組合導航功能、輸出原始觀測量等功能的需求請選擇flash解決方案，該解決方案支持firmware升級功能。 應用上TD1030芯片支持多種選擇方式：
可選擇是否使用芯片內部集成 DCDC給TD1030芯片供電
可選擇RTC 晶振或內部時鐘
可選擇內部集成天線檢測電路
可選擇外部SQI flash或SIP集成flash，推薦優先考慮SIP集成flash方案，成本更低，空間尺寸更小。
3.1.4 工作模式
TD1030芯片支持持續定位模式、睡眠模式和待機模式。
持續定位模式是捕獲引擎全程打開，當搜索到所有衛星信息和星歷數據后，將自動切換到跟蹤模式，以減少工作電流，也就是當獲取到有效的位置信息、獲取全部的歷書數據、有效的衛星位置信息后開始進入跟蹤模式。 睡眠模式是保留 RTC 備份區正常工作外，內核電路有電，但是內核部分時鐘關閉，其他功能模塊電源和時鐘全部關閉。進入睡眠模式后，可以通過外部喚醒管腳（詳細見“3.5.8喚醒管腳”章節）和定時器喚醒，為支持熱啟動和溫啟動功能，要求主電掉電后必須備份區一直有電。
待機模式是只保留 RTC備份區正常工作，其他功能模塊電源和時鐘全部關閉，只支持上電恢復工作。為支持熱啟動和溫啟動功能，要求主電掉電后必須備份區一直有電，若需快速定位，建議接備份電。
3.2 時鐘
一個干凈和穩定的時鐘源是保證 GNSS定位導航性能的關鍵，因此方案設計時請考慮高穩定度的參考時鐘源。 為了保證能得到更好系統時鐘質量，穩定的電源供電無疑是基本需求。TCXO支持由外部供電和芯片VLDO_TCXO_O供電兩種方式。若通過外部直接給 TCXO供電，需考慮給 TCXO供電能力要達到4mA以上，紋波在輸入電壓的5%之內為佳；若通過芯片 VLDO_TCXO_O輸出給時鐘源供電，則需要注意在VLDO_TCXO_O 輸出加不小于2.2uF的濾波電容，且在應用中請確認選用的 TCXO器件工作功耗不可過高，需在VLDO_TCXO_O 的供電能力范圍。 時鐘源是個溫度敏感器件，PCB layout布局時，需考慮將TCXO盡量遠離發熱源端，如遠離片外DCDC。為了避免引入噪聲，TCXO的時鐘輸出到T3芯片的參考時鐘輸入端信號走線盡可能的短，并盡可能有地包圍，更詳細的描述請見本文檔PCB layout注意事項“3.8.2布線”章節。
3.2.1 TCXO
TCXO指標要求見“應用外圍器件選擇”說明。
3.2.1.1 TCXO 應用電路
TCXO支持由外部供電和芯片內部的 VLDO_TCXO_O供電兩種方式：
方式一：如果外部條件允許，支持由外部直接給 TCXO供電，如與 VDD_IO_IN相同的供電，此時需考慮TCXO的工作電壓和 VDD_IO_IN的工作電壓要相匹配，避免出現兩者電壓不一致（例如 VDD_IO_IN為 3.3V 而TCXO器件為
2.8V）的情況。
方式二：為了提供更好的電給 TCXO，一般采用VLDO_TCXO_O輸出給TCXO器件供電，供電電壓可由軟件配置
輸出。
除了可以通過 VLDO_TCXO_O端給 TCXO供電外，也可以通過該管腳控制TCXO的使能或禁能（要求 TCXO帶有使能端口），如圖3-7所示。此時，要考慮 VLDO_TCXO_O端口的電壓要低于 TCXO的供電電壓，一般推薦配置的電壓值為 TCXO供電電壓的 80%~90%。
方案應用中，為提高 TCXO的兼容性，參考電路在 TCXO的輸出端增加1nF的隔直電容。
3.2.1.2 TCXO 選用型號推薦
選擇 TCXO的時候，必須首先考慮基本指標，詳細見“應用外圍器件選擇”說明，一般建議使用0.5PPM初始頻率誤差的 TCXO，對于選取的TCXO, 需要小心留意它在需要的最高最低工作溫度下是否穩定。
3.2.2 RTC
為了支持熱啟動、溫啟動、星歷推算等功能，當主電源掉電后為保存系統數據、星歷數據等，此時需要 RTC 域保持有電源及時鐘。RTC時鐘支持外部接 32.768KHz 晶體方案、單時鐘支持 RTC 方案和RTC使用外部時鐘方案。 TCXO指標要求見“應用外圍器件選擇”說明。
為更低成本考慮，該方案的 RTC 時鐘從內部電路的TCXO進行分頻得到 26KHz，此時只支持 TCXO參考時鐘為26MHz 的情況，其他頻率的TCXO不支持。當使用“單時鐘支持 RTC”方案時，RTC_I管腳必須接地，RTC_O管腳懸空。
為保證系統能支持熱啟動、溫啟動功能，得到 26KHz 相關的分頻電路必須保持供電，當VDD_IO_IN掉電時，該供電部分由 V_BACKUP_IN（備份電源）供電，此時，睡眠、待機功耗會加大。
3.2.2.3 RTC使用外部時鐘
本芯片支持使用外部時鐘，輸入給 RTC_I端口，頻率為32.768KHz。信號幅度大于100mV，最大為 990mV，方波輸入，duty約50%。
3.2.2.4 RTC 晶體選用型號推薦
詳細見“應用外圍器件選擇”說明。
3.3 復位
3.3.1 硬件復位
RESETn管腳為硬件復位管腳，內部集成上拉電阻，電平標準為 VDD_IO電平，當該管腳為低時，復位有效，最小復位脈沖為4uS。當不使用時，將該管腳懸空。
3.3.2 軟件及WatchDog復位
芯片還支持軟件復位、WatchDog復位，硬件端口不可見。
通常在 GPS波段，單級LNA 較難達到 20dB以上的增益，高于20dB 的增益通常需要用兩級或多級 LNA級聯得到。一般而言，前級的 LNA 增益越大， 后級的放大器噪聲系數對整個系統的影響越小，所以選取前級 LNA 時基本原則是增益越大越好，噪聲系數越小越好。需要注意的是芯片外部的 LNA總增益不得大于一個門限值，超過這個門限值，將可能導致后級的電路工作性能變差。
一般來說，為改善射頻鏈路前端噪聲系數、抑制帶外噪聲，提升GNSS的性能，通常在前端增加外部 LNA 和 SAW濾波器，如圖3-17所示。
SAW在前還是LNA 在前的優缺點對比見表格3-8 所示。
對于LNA而言，前級如果加入SAW濾波器， 插損會對信號有所衰減，但對噪聲影響不大，所以，會造成整體載噪比下降。但這種方案的好處在于對于輸入的強烈帶外干擾，效果比較好，常用于使用環境比較嚴苛的條件下。 如果LNA在前， 信號經過放大以后，再經過SAW濾波器， 則插損帶來的影響可以忽略， 但LNA通常是寬帶的， 對衛星信號帶外的噪音也會一并放大，噪聲經過LNA放大后，SAW只有提供-40dB左右的帶外抑制能力， 對于較強的帶外干擾信號，LNA輸出可能飽和導致后級無法正常工作。假設LNA對于-18dBm強度的帶外干擾信號會飽和， 前面加一個帶外抑制-40dB的SAW，就能確保LNA在22dBm強度的帶外干擾信號下不會飽和。 相比較而言，SAW在前級對于帶外干擾的抑制效果沒有SAW在LNA前級的效果好。
3.5 IO 接口
總共有 20個 GPIO，由VDD_IO_IN 供電，即GPIO的電平標準直接與 VDD_IO_IN 關聯，即支持 3.3V的GPIO，使用時需注意提供相對應電壓（即VDD_IO_IN 電壓）值。所有GPIO默認為input，且內部上拉；上拉功能可以通過軟件配置進行設置。
由于芯片管腳限制，GPIO功能結合系統軟件設計，GPIO與 SQI flash 接口、通信接口、配置接口、外部中斷輸入、授時信號、天線檢測、外部管腳喚醒、車速檢測脈沖功能等進行復用。
由于選用的數字 IO不支持防倒灌功能，在實際方案開發和應用中，需要明確與本芯片 UART、SPI、I2C通信的主機端口掉電后的信號狀態，當上位機要控制本芯片的主電源掉電時，應先把這些與本芯片有連接的端口設置為高阻態，以防止本芯片在關閉后還一直消耗上位機的電。
3.5.1 特殊定義管腳
包含三類特殊定義：
1. GPIO[5:0] 配置管腳功能；
2. GPIO[10] 通信切換功能；
3. GPIO[12] safeboot使能功能。
GPIO[5:0]為配置管腳功能。GPIO[5]為配置使能，GPIO[4:2]為 TCXO的類型配置，GPIO[1]為 DCDC 的使用配置。
3.8 PCB Layout注意事項
3.8.1 焊盤設計
QFN40/QFN36 的元器件封裝，封裝底面金屬為整個芯片的大地，layout時建議在元器件封裝的地端位置上加入過孔，并 PCB 板其他層上增加一層地，有利于增加散熱效果。PCB上焊接芯片管腳的器件封裝 pin要稍微大于芯片管腳實際面積，以確保焊接時有足夠的接觸面積。 QFN40 封裝的機械特性，詳細見《TD1030芯片手冊》。
3.8.2 布線
為達到 GNSS最佳性能，PCB layout的布局布線方面需要考慮以下方面：
電源：
內部集成DCDC旁路時要求：當不使用 DCDC時（即 DCDC 旁路），需將DCDC_IN 和 DCDC_OUT 短接。由于DCDC_IN與DCDC_OUT 短路，DCDC_IN 流過的電流比較大，PCB layout時需要注意該走線阻抗要盡量短。
V_CORE 要求：該電源連接LDO_CORE和 LDO_RF的輸入端，是整個芯片的主要耗電端，其中 LDO_CORE供電給內核電源，LDO_RF供電給RF 域供電。為能提供一個低噪聲的電源，V_CORE 輸入端 PCB layout走線要確保阻抗小于0.2歐姆。
時鐘：
TCXO是溫度敏感器件，注意避免高溫區。在 PCB layout時要特別注意接地、屏蔽和信號干擾方面，以確保鏈路上的干凈，為減少干擾，走線時要靠近芯片輸入端，時鐘輸入信號建議有地包圍，且 PCB其他層盡量不要有信號穿過。
如果通過VLDO_TCXO_O給TCXO供電，其濾波電容（C2）應靠近TCXO器件。
射頻前端：
很重要的一點是為達到GNSS最佳性能，PCB layout的布局方面需要注意在接收信號鏈路相關的地方，關鍵包含RF信號、LNA、天線本身等，在layout時要特別注意接地、屏蔽和信號干擾方面，以確保鏈路上的干凈，為減少干擾，走線時RF連接天線到RF_IN 輸入端要盡可能的短，以避免帶來更多的干擾。
走線50 歐姆的阻抗必須優先保證，其次包地線要有連續。
需要確保RF環路電路遠離系統板上的數字電路區域，要遠離 TCXO和32.768KHz晶體，在RF走線區其他層面上不能有其他信號走線穿過，同時需要有地包圍減少從數字地串擾進來的干擾，并確保做好明確的阻抗要求。
同時需要注意，RF接收部分對溫度變化引起的性能破壞非常敏感，RF鏈路盡可能遠離系統的熱發生
外加LNA器件走線要求：為了得到干凈的信號，減少板內信號輻射和其他地方竄進來的干擾，走線盡
量短且走直線，如圖3-23所示。如果因為PCB 布局的限制，走線無法走直線，則不能走“U”型甚“回”型走線，必須“L”型走線，如圖3-24所示。匹配電路器件擺放，要靠近芯片，串聯網絡必須無分叉。
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2018-11-13 08:04 上傳
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