アプリケーションノート 3447

MAX2742を用いたスタンドアロンGPSレシーバの全体ソリューション


要約: MAX2742を内蔵したCMOS RFフロントエンドGPSレシーバを使用して、最小限の外付け部品で完全なGPSのソリューションを実現することができます。

はじめに

MAX2742は、シングルチップのCMOS GPSフロントエンドダウンコンバータです。この最先端デバイスは、消費電力が極めて少なく(2.4Vで32mW)、高価なIF SAWフィルタや、かさばるディスクリートのIFバンドパスフィルタを必要としません。MAX2742は、低ノイズアンプ(LNA)、ミキサ、BPF、自動利得制御(AGC)アンプ、局部発振器シンセサイザ、クロックバッファ、および内部ディジタルサンプラを内蔵しています。

このデバイスは、市販の多くのGPSベースバンドICとの接続が可能です。MAX2742は、車載ナビゲーション、テレマティクス、自動セキュリティ、資産管理、位置情報サービス(LBS)、および家庭用電化製品など、多くのアプリケーションに適しています。GPS RFのソリューションのために、デバイスの周りに必要な外付け部品は最小限ですみます。以下の項に、システムのブロック図を掲載いたします。

MAX2742は、18.414MHz*の水晶またはTXCOで動作し、1.023MHzにて差動またはシングルエンド**のIF出力を提供します。信号変換利得の合計は120dBで、ノイズ指数は4.5dBです。IF信号は、18.414MHzのリファレンスクロックレートでサンプリングされます。

詳細については、MAX2742のデータシートを参照してください。

* 注:18.414MHzは、1.023MHz(GPSの基本周波数である10.23MHzの10分の1)の18倍になります。
** 注:3つのIF出力ピンがあります。すなわち1対の差動出力と1つのシングルエンド出力です。ピン10によってこの選択を制御します。


GPS RFフロントエンド部の全体のソリューション

図1は、マキシムのGPS RFソリューション全体の、重要な構成要素と機能を示しています。構成要素の詳細については表1を、カスケード接続したときの性能については表2をご覧ください。図2は、MAX2742を使用したGPSレシーバのRF部分のアプリケーション回路を示しています。

図1. GPS RFフロントエンドのブロックダイアグラム
図1. GPS RFフロントエンドのブロックダイアグラム

表1. RF部分のシステム構成要素
Block Description Note
GPS antenna Active GPS antenna, commonly has ~1.5dB NF and ~20dB gain  
LNA MAX2641/MAX2654/MAX2655 LNA External LNA is required when active GPS antenna may not be present.
RF SAW RF bandpass filter centered at 1575.42MHz RF BPF is required for jammer immunity
Power management MAX8510 low-noise LDO  
RF downconverter MAX2742  
Reference clock 18.414MHz crystal/TCXO  
DSP Baseband processor  

表2. カスケード接続したシステム性能
Specification Cascaded Performance Note
Gain 131dB Without active antenna, assuming 15dB external LNA gain, 3dB BPF loss, and 1dB matching network loss
Noise Figure 1.9dB Without active antenna, assuming 1.5dB external LNA NF
Power Consumption 20mA MAX2744+MAX2654 as an example

図2. MAX2742用のGPS RF部分の回路図
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図2. MAX2742用のGPS RF部分の回路図

スタンドアロンGPSレシーバの全体ソリューション

GPSレシーバの全体を構築するには、RFとベースバンドICだけでなく、さらなる構成要素が必要です。図3に示すように、アンテナ供給制御ブロック、RESET回路、および遅延回路が必要となります。構成要素の詳細については表3を、カスケード接続したときの性能については表4をご覧ください。

図3. GPSレシーバの全体ソリューションのブロックダイアグラム
図3. GPSレシーバの全体ソリューションのブロックダイアグラム

表3. システムの構成要素
Block Description Note
GPS Antenna GPS antenna Refer to the RF portion for details.
LNA MAX2654 LNA Refer to the RF portion for details.
RF SAW RF bandpass Refer to the RF portion for details.
Power management MAX8510 low-noise LDO  
RF downconverter MAX2742  
Reference clock 18.414MHz TCXO The TCXO also supplies the baseband clock. In this reference design, GPS clock output from the MAX2742 is not used.
GPS baseband Sony CXD2932 The CXD2932 also controls active antenna supply, RESET function. See details below.
Antenna control block Antenna supply control with p-MOSFET and current-sense resistor The sense resistor feeds the antenna supply information back to CXD2932. There are three possible conditions: normal, short, and open.
RESET/delay circuitry Different levels of RESET, and delay circuit required by CXD2932 To ensure successful startup, CXD2932 requires two RESET signals 100ms apart.
Baseband interface TX: external control command  
RX: GPS data out Data-rate programmable
1PPS: one pulse-per-second signal This signal is aligned with GPS atomic clock.

図4は、リファレンスデザインの実際のPCBレイアウトを示しています。ソリューション全体で、プリント基板スペースの25mm x 25mmを占有するだけです。

図4. GPSレシーバのPCBレイアウト
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図4. GPSレシーバのPCBレイアウト

表4. モジュールの性能(LNA + MAX2742 + SONY CXD2932)
No. Parameter Symbol Conditions System Specifications Maxim Target Measured Units
1 Power supply VCC (Note 1) 2.7 ~ 3.6   T.C. V
2 Current consumption ICC VCC = 3.0V   91 88 mA
3.1 Sensitivity Sens Acquisition Tracking -145 -145 dBm
3.2     -138 -138
4 TTFF TFC Cold start   58 (typ) 60 (max) s
5 TFW Warm start   45 30 (max) s
6 TFH Hot start   17 6 (max) s
7 Position drift range PR 95% possibility   100 90 ft
8 1PPS output accuracy 1PPS     1 N.M. ns

注1:T.C. = テスト条件、N.M. = 測定なし