INSTALLATION AND OPERATION USER MANUAL WWW.UNICORECOMM.COM UM220 BD2/GPS Copyright 2010-2011, Unicore Communications, Inc. Data subject to change without notice.
修订记录 版本号修订记录日期 Ver. 1.0 和芯星通 UM220 用户手册 第一版 2011 年 6 月 免责声明本文档提供有关和芯星通科技 ( 北京 ) 有限公司产品的信息 本文档并未以暗示 禁止反言或其他形式转让本公司或任何第三方的专利 商标 版权或所有权或其下的任何权利或许可 除和芯星通在其产品的销售条款和条件中声明的责任之外, 本公司概不承担任何其它责任 并且, 和芯星通对其产品的销售和 / 或使用不作任何明示或暗示的担保, 包括对产品的特定用途适用性 适销性或对任何专利权 版权或其它知识产权的侵权责任等, 均不作担保 和芯星通可能随时对产品规格及产品描述作出修改, 恕不另行通知 对于本公司产品可能包含某些设计缺陷或错误, 一经发现将收入勘误表, 并因此可能导致产品与已出版的规格有所差异 如客户索取, 可提供最新的勘误表 在订购产品之前, 请您与本公司或当地经销商联系, 以获取最新的规格说明 * 和芯星通 Unicore,Nebulas 及其徽标已由和芯星通科技 ( 北京 ) 有限公司申请注册商标 其它名称和品牌分别为其相应所有者的财产 版权所有 2009-2011, 和芯星通科技 ( 北京 ) 有限公司 保留所有权利 前言 本 用户手册 为您提供有关和芯星通 UM220 模块的硬件特性, 安装使用和性能指标等信息 适用读者本 用户手册 适用于对 GNSS 模块有一定了解的技术人员使用 它并不面向一般读者 文档结构本 用户手册 包括以下各章内容 : 1 产品介绍 : 概述产品的功能与特性 2 产品安装 : 提供有关模块的安装指导 3 PC Utility 配臵 : 提供有关通过 CDT 连接模块进行显控的指导 4 技术指标 : 提供模块的相关技术指标 5 硬件设计 : 简要介绍模块的引脚功能定义 布线及硬件接口参考设计等附录 A 机械特性 : 提供模块的尺寸及顶视图
目录 1 产品介绍... 1 1.1 概述... 1 1.2 关键指标... 1 1.3 产品概述... 2 2 产品安装... 3 2.1 安装准备... 3 2.2 硬件安装... 4 3 PC UTILITY 配臵 (CDT)... 4 3.1 软件简介... 5 3.2 软件安装及配置... 5 3.3 视图简介... 8 3.3.1 星座图 (Constellation View)... 8 3.3.2 轨迹图 (Trajectory)... 8 3.3.3 精度因子 (DoP) 视图... 9 3.3.4 跟踪状态视图 (Tracking Status View)... 9 4 技术指标... 10 4.1 电气特性... 10 4.2 运行条件... 10 5 硬件设计... 11 5.1 设计注意事项... 11 5.2 引脚功能描述... 12 5.3 布局与布线... 13 5.4 天线... 14 5.5 串口 (UART) 参考设计... 15 附录 A 机械特性... I I
UM220 User Manual 1 产品介绍 1.1 概述 和芯星通 UM220 双系统高性能 GNSS 模块, 基于公司具有完全自主知识产权的多系统多频率高性能 SoC 芯片, 能够同时支持 BD2 B1 GPS L1 两个频点 UM220 外形尺寸紧凑, 采用 SMT 焊盘, 支持标准取放及回流焊接全自动化集成, 尤其适用于低成本 低功耗领域 1.2 关键指标 电源电压电压波纹 图 1-1 UM220 模块外观 +3.0~3.6 VDC 50mV p-p 功耗 350mW( 典型值 ) 射频输入 频率 1559~1577MHz 驻波比 1.5 输入阻抗 50Ω 天线增益 15~50dB 物理特性 尺寸 30*40*4mm 环境指标 工作温度 -40 ~ +85 存储温度 -45 ~ +90 湿度 95% ± 3%(+40 ) 输入 / 输出数据接口 1
UART GNSS 性能 频率 首次定位时间 TTFF 定位精度 (RMS) 测速精度 (RMS) 1PPS 精度 (RMS) 1 3 个 UART, LVTTL 电平. 波特率 1200~230400bps BD2 B1 GPS L1 冷启动 :35s 热启动 :1s 重捕获 : <1s 3m 0.1m/s 20ns 数据更新率 1Hz ( 可升级 ) 导航数据格式 NMEA 0183 1.3 产品概述 RF 输入 2.85V RF 输入匹配 LDO SAW Filter RF 前端 TCXO 基带处理器 数字中频滤波 SRAM CPU 接口 ROM UART SPI Reset Event FLASH BD1/BD2/GPS VCC UM220 RTC VBAT 图 1-2 结构框图 串口 (UART) UM220 模块包括 3 个可配臵的串口, 默认波特率为 9600bps 3 个串口波特率均可由用户自行配臵, 最高可设为 230400bps 输入 / 输出信号类型为 LVTTL 电平 模块固件只能通过串口 3 进行升级, 因此建议用户在设计产品时确保串口 3 能够连接 PC 或外部处理器, 用于软件升级 常规启动时, 须在复位信号有效时间内保持串口 3 的输入管脚为恒定高电平 1 可选配置 2
UM220 User Manual 秒脉冲 (1PPS) UM220 提供 1 个输出脉宽和极性可调的 1PPS 信号 事件输入 (Event) UM220 提供 1 个输出脉宽和极性可调的事件输入 (Event Mark Input) 信号 复位 (RST) 天线 低电平有效, 电平有效时间不少于 2 毫秒 UM220 通过 RF_IN 针脚向有源天线提供 2.85V 电源 2 产品安装 2.1 安装准备 UM220 上的多个器件易受静电损害, 需要对 IC 电路和其他器件进行静电防护 在打开防静电塑料盒前请做好如下保护措施 : 请按正确顺序执行 2.2 节的操作步骤 静电放电 (ESD) 可能会导致器件损害 本章提及的所有操作均应在防静电工作台上进行, 同时使用戴防静电手环和导电泡沫垫 如果没有防静电工作台, 请佩戴防静电手环并将其另一端连接到金属架上以起到防静电作用 握住模块边缘, 勿直接接触其上的元器件 请仔细检查模块是否有明显松动或已损坏器件 如有问题请联系本公司或当地经销商 图 2-1 展示了 UM220 评估套件的典型安装情况 3
天线 PC 内置 UM220 评估板或者接收机 图 2-1 典型安装图为确保安装正确, 请提前准备好下列设备 : UM220 评估套件 ( 含电源 ) UM220 用户手册 和芯星通 CDT 软件包 ( Control and Display Tool ) 合格的天线 天线连接线缆 直连串口线 有串口的台式机或笔记本电脑 ( 要求安装 Windows 2000/XP/Win7 操作系统 ), 装有 CDT 请保留好包装箱和防静电吸塑盒, 以备存储和搬运之用 2.2 硬件安装 上述准备完成后, 请按如下步骤安装 : 步骤 1: 确保做好充分的防静电措施, 如防静电手环 工作台表面接地等 ; 步骤 2: 打开 UM220 评估套件, 取出评估板 ; 步骤 3: 选择增益适当的 GNSS 天线, 在非遮挡区域将其固定好, 使用适当的线缆连接天线和 UM220 评估板 ; 步骤 4: 使用串口线连接 PC 至 EVK 端的串口 ; 步骤 5: 给板卡供电, 对 UM220 进行初始化 ; 步骤 6: 打开 PC 上的 CDT 软件 ; 步骤 7: 通过 CDT 控制接收机, 显示星座视图 消息及接收机状态等 3 PC Utility 配臵 (CDT) 本章对和芯星通 CDT 软件 (Control and Display Tool) 进行概述, 包括 : 软件简介 4
UM220 User Manual 软件安装及配臵 视图简介 3.1 软件简介 卫星显控软件 CDT(Control & Display Tool) 为 UM220 用户提供图形化界面, 通过该软件用户可以便捷地控制接收机并进行功能设臵 获取所需信息 CDT 包含以下基本功能 : 用于记录各类日志的图形化窗口 (Logging Control View) 对接收机下发指令的窗口 (Console View) 以 ASCII-format 显示当前的接收机的输出窗口 (ASCII View) 显示卫星概略方位 PRN 信噪比的图形化窗口(Constellation View) 接收机当前点和历史点的轨迹窗口 (Trajectory View) 接收机的位臵 速度和时间窗口 (PVT View) 除了上述基本功能外,CDT 还提供了下列高级功能 : 筛选并记录日志 下发指令到接收机 操作及配臵 ASCII VIEW 轨迹点操作 切换跟踪窗口显示内容 卫星视图中卫星切换 清零接收机接收状态 3.2 软件安装及配臵 和芯星通 CDT 软件包含在随模块附送的光盘内 安装请遵循如下步骤 : 步骤 1: 将光盘插入 CD-ROM; 步骤 2: 双击安装程序图标, 按提示步骤安装软件 安装完成后, 桌面自动生成快捷图标 ; 步骤 3: 启动 CDT, 界面如下 : 5
图 3-1 CDT 界面示例 为便于硬件安装和操作的连贯性, 推荐在使用 UM220 模块前在 PC 上安装 CDT 软件 步骤 4: 从菜单选择 Receiver->Edit, 弹出对话框 在该对话框中, 为接收机配臵串口号及其波特率, 可以使用缺省设臵, 也可以根据用户需求重新配臵 推荐采用 9600bps 图 3-2 串口配臵设臵完成后, 点击 OK 关闭对话框 6
UM220 User Manual 步骤五 : 选择 Receiver->Open 打开和建立 CDT 与接收机间的串口通信连接, 弹出控制台窗口如下 : 图 3-3 控制台窗口程序异常终止时,CDT 会报错并显示错误信息 控制台窗口亦可用于实现对接收机的控制和通信 用户可以直接输入命令行或选择批处理文件自动执行命令 用户发送的命令和接收机应答消息分别用绿色和蓝色字体显示 7
3.3 视图简介 3.3.1 星座图 (Constellation View) 图 3-4 星座图 星座图显示接收机当前跟踪的所有卫星 当选中某颗卫星时, 该视图显示此卫星的 PRN 号 载噪比 仰角 / 方位角等详细信息 从 0 度到 90 度的同心圆, 代表地平线到头顶的仰角值, 而方位角对应卫星与正北方向之间的夹角 3.3.2 轨迹图 (Trajectory) 轨迹图实时显示用户当前位臵, 并连续显示历史轨迹形成轨迹曲线 窗口底部显示的经度和纬度指示接收机参考位臵, 视图以此点作为栅格的中心 接收机后续的定位点相对于初始点, 以黄色点标记 当前定位点显示为白色 8
UM220 User Manual 3.3.3 精度因子 (DoP) 视图 图 3-5 轨迹视图 Dop 值是基于当前卫星几何分布计算出来, 指示定位解算准确度的值, 精度因子的值越小, 则定位解算的准确度越高 图 3-6 DoP 视图 3.3.4 跟踪状态视图 (Tracking Status View) 跟踪状态视图显示每个通道载噪比信息 9
图 3-7 跟踪状态视图 4 技术指标 4.1 电气特性 最大绝对额定值 参数符号条件最小值最大值单位 供电电压 (VCC) Vcc -0.5 3.6 V 输入管脚电压 (RXD1, RXD2,RXD3) Vin -0.5 3.6 V VCC 最大波纹 Vrpp 0 50 mvpp 输入管脚电压 ( 除前述, 所有其他管脚 ) Vin -0.5 Vcc +0.2 存储温度 Tstg -40 90 C 最大可承受 ESD 应力水平 VESD(HBM) All pins 2000 V V 4.2 运行条件 参数 符号 最小值 类型 最大值 单位 条件 供电电压 (VCC) Vcc 3.0 3.3 3.6 V 峰值电流 Iccp 150 ma Vcc = 3.3 V RTC 模式电流 Irtc 1.25 μa 输入管脚低电平 Vin_low_1 0.2*Vcc V 输入管脚高电平 Vin_high_1 0.7*Vcc V 输出管脚低电平 Vout_low 0.4 V Iout = -4 10
UM220 User Manual 参数 符号 最小值 类型 最大值 单位 条件 ma 输出管脚高电平 Vout_high Vcc 0.4 天线增益 Gant 15 50 db 接收机链路噪声图 Nftot 5 db V Iout = 4 ma 天线偏臵电压 Vant 2.85 V < 100mA 运行温度 Topr -40 85 C 5 硬件设计 5.1 设计注意事项 为获得良好性能, 设计中应特别注意如下几项 : 供电 : 良好的性能需要稳定及低纹波电源的保证 纹波电压峰峰值最好不要超过 50mVpp 除了可采用 LDO 保证供电纯净外, 还需要考虑 : 加宽电源走线或采用分割铺铜面来传输电流 布局上尽量将 LDO 靠近模块放臵 电源走线避免经过大功率与高感抗器件如磁性线圈 接口 : 确保主设备与 UM220 模块管脚信号 波特率对应一致 天线接口 : 天线线路尽量短且顺畅, 避免走锐角 ; 注意阻抗匹配 UM220 最小系统设计, 需要注意如下几点原则 : 使用 VCC 电源供电 将模块所有 GND 引脚接地 连接 GNSS_ANT 信号至天线, 注意线路 50 欧姆阻抗匹配 如果采用非 +2.85v 的有源天线, 用户需为天线供电 确保串口 3 输出 RST 管脚为复位引脚, 用户拉低该引脚可将 UM220 复位 避免在 UM220 正下方走线 11
模块尽量远离高温气流 5.2 引脚功能描述 功能引脚序号 I/O 描述备注 供电 VCC 31,32 电源 供电电源 稳定 纯净及低纹波电 源, 纹波电压峰峰值最 好不要超过 50mVpp VBAT 57 电源 电池供电 模块内部 RTC 时钟供电源, 电压 2.0~3.3v 未使用 RTC 时, 该引脚保留 GND 1,3,4,5,6, 7,8,9,16, 18,25,33, 34,44,58, 59,60 天线 GNSS_ANT 2 I GPS/BD2 信 号输入 电源 地 将模块所有 GND 信号接 地, 接地最好使用大面 积铺铜 布线 50 欧姆阻抗匹配 非 2.85v 有源天线需提供对应电压的供电 UART TXD1 35 0 串口 1 发送 串口 1 输出, 若不用则 悬空 RXD1 36 I 串口 1 接收 串口 1 输出, 若不用则 悬空, 内部已上拉, 外 部不必上拉 TXD2 37 0 串口 2 发送 串口 2 输出, 若不用则 悬空 RXD2 38 I 串口 2 接收 串口 2 输出, 若不用则 悬空, 内部已上拉, 外 部不必上拉 TXD3 39 0 串口 3 发送 串口 3 输出, 若不用则 悬空 RXD3 40 I 串口 3 接收 串口 3 输出, 若不用则 悬空, 内部已上拉, 外 部不必上拉 System RST 49 I 硬件复位 ( 低 有效 ) PPS 43 O PPS 信号 PPS 信号 外部复位信号,LVTTL 电平, 低有效, 保持时间大于 2 毫秒 如果不用则悬空 EVENT 50 I EVENT 信号 Event 信号输入 12
UM220 User Manual 5.3 布局与布线 图 5-1 UM220 推荐 PCB 封装设计 ( 尺寸单位 :mil, 括号内单位 :mm) 在设计 PCB 阻焊时, 要确保 UM220 模块下方区域完全涂盖阻焊层 13
5.4 天线 天线信号连至模块 GNSS_ANT 引脚,UM220 模块采用有源天线 有源天线内部集成 LNA( 低噪声放大器 ), 可以直接连接到模块 GNSS_ANT 引脚 导航天线 UM220 模块 图 5-2 UM220 +2.85V 有源天线方案 用户若采用非 +2.85v 的有源天线, 则需要为天线供电 : 导航天线 UM220 模块 VCC 图 5-3 UM220 其他电压范围的有源天线方案 14
UM220 User Manual 5.5 串口 (UART) 参考设计 下图是三个串口和 PC 的连接参考图 UART1 RS232 1 UM220 模块 UART2 RS232 转换器 RS232 2 PC UART3 RS232 3 图 5-4 串口连接到 PC 图 5-5 串口 (UART) 参考设计 15
UM220 User Manual 附录 A 机械特性 表 A-1: 尺寸 参数 A B C D E 数值 40.00mm 30.00mm 4.0mm 1.58mm 1.27mm A 1 GND 2 GNSS_ANT 3 GND 4 GND 5 GND 6 GND 7 GND 8 GND 9 GND 10 11 12 13 14 15 16 GND 17 18 GND 19 20 21 22 23 24 25 GND 26 27 28 29 30 UM220 顶视图 GND GND GND VBAT EVENT RST GND PPS RXD3 TXD3 RXD2 TXD2 RXD1 TXD1 GND GND VCC VCC 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 D E B C 图 A-1 尺寸 i
表 A-2: 管脚定义 NO Name I/O 描述 1 GND 电源地 2 GNSS_ANT 输入 RNSS 信号输入 (GPS L1/BD2 B1) 3 GND 电源地 4 GND 电源地 5 GND 电源地 6 GND 电源地 7 GND 电源地 8 GND 电源地 9 GND 电源地 10 保留 11 保留 12 保留 13 保留 14 保留 15 保留 16 GND 电源地 17 保留 18 GND 电源地 19 保留 20 保留 21 保留 22 保留 23 保留 24 保留 25 GND 电源地 26 保留 27 保留 28 保留 29 保留 30 保留 31 VCC 电源供电电源 (+3.3V) 32 VCC 电源供电电源 (+3.3V) 33 GND 电源地 34 GND 电源地 ii
UM220 User Manual NO Name I/O 描述 35 TXD1 输出 串口 1 发送 36 RXD1 输入 串口 1 接收 37 TXD2 输出 串口 2 发送 38 RXD2 输入 串口 2 接收 39 TXD3 输出 串口 3 发送 40 RXD3 输入 串口 3 接收 41 保留 42 保留 43 PPS 输出 秒脉冲 44 GND 电源 地 45 保留 46 保留 47 保留 48 保留 49 RST 输入 复位信号, 低有效 50 EVENT 输入 Event 输入, 不用时接地 51 保留 52 保留 53 保留 54 保留 55 保留 56 保留 57 VBAT 电源 RTC 备用电池 58 GND 电源 地 59 GND 电源 地 60 GND 电源 地 iii
和芯星通科技 ( 北京 ) 有限公司 Unicore Communications, Inc. 北京市海淀区上地信息路 11 号, 彩虹大厦南楼 312 室, 100085 www.unicorecomm.com Phone: 86-10-58310600 Fax: 86-10-58310606 info@unicorecomm.com www.unicorecomm.com