Da dove viene l'interferenza? (Molte persone sbagliano)

Molte persone sottovalutano l'importanza di questo valore "-130 dBm".anche un bordo non standard ad alta velocità sulla tua scheda, un percorso di ritorno non correttamente controllato, o anche una sezione di pochi centimetri di "terra aerea" può generare energia in questa banda di frequenza che è molte volte più forte del segnale GNSS.Una volta che tali coppie di energia nella catena di antenna, la parte anteriore del ricevitore non ha alcuna capacità di discernimento e semplicemente amplifica tutto indiscriminatamente.Molti problemi legati alla deriva di posizionamento e alla lenta acquisizione dei satelliti non sono fondamentalmente dovuti a scarse prestazioni dei satelliti, ma piuttosto il risultato della tavola "che si copre."

Fornitura di alimentazione di commutazione DC/DC (la minaccia numero uno)

Frequenza di commutazione: Centinaia di kHz Tuttavia, sono presenti un gran numero di armoniche.

Si può salire fino a circa 1,5 GHz

Percorso tipico:

Convertitore DC/DC → Riescita di potenza → Resistenza a terra → Cavo di antenna → Front-end GNSS

Molte persone credono erroneamente che "con frequenze di commutazione di solo poche centinaia di kHz, è impossibile influenzare 1,5 GHz" - questo è un malinteso comune.Il vero problema risiede nell'estrema elevata dv/dt ai nodi di commutazioneIn teoria, un'onda quadrata ideale contiene un numero infinito di armoniche, mentre limitato in pratica,L' estensione di questo intervallo ai livelli di GHz non è sorprendenteInoltre, se l'area del nodo SW è eccessivamente ampia, i percorsi del ciclo sono sciolti o le tracce di ritorno a terra sono troppo lunghe,Questi componenti ad alta frequenza possono accoppiarsi all'intera scheda o addirittura al cablaggio tramite la capacità parassitariaCiò che sembra essere un "problema di alimentazione" diventa in realtà una fonte di interferenze RF.

• L1:1575.42 MHz (più frequentemente utilizzato)
• L2:1227.6 MHz
• L5:1176.45 MHz

1) Da dove proviene l'interferenza?

Fornitura di alimentazione di commutazione DC/DC (la minaccia numero uno)

Frequenza di commutazione: Centinaia di kHz Tuttavia, sono presenti un gran numero di armoniche.

Si può salire fino a circa 1,5 GHz

Percorso tipico:

Convertitore DC/DC → Riescita di potenza → Resistenza a terra → Cavo di antenna → Front-end GNSS

2) Interfacce ad alta velocità (MIPI/USB/SerDes)

Le interfacce ad alta velocità utilizzano segnali differenziali, che normalmente annullano la maggior parte delle radiazioni elettromagnetiche.

Per i punti sottostanti causati da connettori o da una disposizione impropria dei cavi, da una cattiva progettazione, da un differentio di percorso ineguale, da piani a terra scontati ecc., potrebbe essere inserito nell'antenna GNSS, nel cavo RF o nell'LNA,riducendo il ricevitore GPS.

3)Rumore digitale, problemi di percorso di ritorno a terra.

Il posto non e' pulito, il percorso di reflusso e' disordinato.

Modalità differenziale → Convertire in modalità comune → Inviare all'antenna

Suggerimenti: questo tipo di problema è spesso il più difficile da diagnosticare a causa dell'assenza di una "sorgente componente chiara".una zonizzazione mal progettata, percorsi di ritorno condivisi tra diversi moduli o improvvisi cambiamenti di riferimento a terra alle interfacce possono tutti costringere le correnti di ritorno ad alta frequenza a fare deviazioni.Quando la lunghezza del percorso di ritorno aumenta, si crea effettivamente un'area di circuito più ampia, maggiore è la capacità di radiazione.anche i segnali originariamente in modalità differenziale possono passare a modalità comune a causa dell'asimmetria del percorso e infine essere irradiati attraverso antenne o cavi

Perché il GPS diventa completamente inutile quando viene interferito?

L'LNA si trova proprio davanti.

L'obiettivo di progettazione di un LNA (Low Noise Amplifier) è quello di amplificare segnali estremamente deboli introducendo il minor rumore aggiuntivo possibile.non può distinguere tra "segnale" e "interferenza"Qualsiasi segnale all'interno della banda di passaggio o con ampiezza sufficiente verrà amplificato insieme.una forte interferenza che entra nella LNA può innescare effetti non lineari come compressione e intermodulazioneIn altre parole, una volta che un segnale entra nel LNA, diventa quasi impossibile ripristinare completamente la sua qualità attraverso successivi processi di filtraggio.

Risultato: segnali utili sono annegati

Nel funzionamento pratico, si osserveranno diversi fenomeni tipici: tempi di avvio a freddo prolungati, improvviso deterioramento della precisione di posizionamento, posizione del veicolo alla deriva quando fermo,e segnali particolarmente deboli durante determinate direzioni di marciaQuando i livelli di interferenza si avvicinano o superano la potenza del segnale GNSS, il segnale di interferenza può essere in grado di raggiungere un livello di interferenza superiore a quello richiesto.i ricevitori possono fraintendere i picchi corrispondenti, che porta a calcoli di posizionamento instabili.

Come "resistere a fatica all'interferenza" (Soluzione fondamentale)

Iniziare affrontando il "punto di ingresso" (più efficace)

Aggiungere il filtro SAW/BAW (facoltativo)

Funzione:

Il valore dei filtri SAW/BAW risiede nella loro "seletività", in particolare nella loro capacità di soppressione fuori banda.Un sistema di installazione GNSS di alta qualità presenta perdite minime vicino alla banda di passaggio ma fornisce decine di dB di soppressione al di fuori della banda.

Ciò significa che la maggior parte delle interferenze provenienti da bande di frequenza non GNSS viene attenuata prima di raggiungere l'LNA.questo passo spesso rende tutto o niente piuttosto che una questione di qualità delle prestazioniL'assenza di un filtro lascia effettivamente tutto il rumore all'LNA per l'elaborazione.

Suggerimento di ingegneria per la priorità:

L1 bisogno aggiungere necessario

L1+L5 e' piu' complesso, serve un doppio filtro.

L'LNA deve essere situato vicino all'antenna.

Segnale GNSS troppo debole

Un concetto cruciale nei collegamenti a radiofrequenza è la "cascata delle cifre di rumore".se una sezione di cavo tra l'antenna e l'LNA presenta una perdita di 1 ‰ 2 dB, questa perdita contribuisce direttamente al numero di rumori del sistema, erodendo effettivamente una parte del segnale intrinsecamente debole.posizionare l'LNA vicino all'antenna e aumentare il suo guadagno all'inizio riduce significativamente l'impatto delle perdite successiveQuesto è il motivo per cui molte antenne automobilistiche sono progettate come antenne attive.

Passi corretti:

Antenna→ LNA (tocco)→filtro→dietro

L'alimentazione dell'antenna deve essere pulita (un requisito fondamentale per il progetto)

Fornitura di alimentazione della fotocamera / Fornitura di alimentazione principale Le interferenze sonore influenzano l'alimentazione dei sistemi GNSS.

Le antenne GNSS, in particolare le antenne attive, richiedono in genere un'alimentazione tramite linee coassiali o dedicate.Se l'alimentazione è fornita direttamente dal convertitore CC/CC del sistema senza un adeguato filtraggio, il rumore di commutazione può propagarsi direttamente lungo la linea di alimentazione dell'antenna e entrare nella LNA attraverso i pin di alimentazione.rendendo difficile la successiva separazioneMolti problemi che sembrano essere difetti correlati alla RF risultano in ultima analisi dal rumore di potenza che contamina il circuito front-end attraverso questo percorso.

Alimentato da un singolo LDO / Non utilizzare direttamente DC/DC

πfiltraggio per tipo:potenza→L→C→GNSS

Molti problemi relativi al GPS sono in realtà correlati a problemi di alimentazione.

Le interferenze in modalità comune devono essere prevenute:

Induttore a modalità comune, perlinea magnetica

Posizione di applicazione:

Cable dell' antenna:

Una volta che il rumore ad alta frequenza entra nel cavo dell'antenna attraverso l'accoppiamento parassitario,cessa di essere un problema localizzato e si diffonde attraverso il cavo come un grande circuitoIl ruolo dell'induttore a modalità comune è quello di aumentare l'impedenza ad alta frequenza lungo questo percorso, impedendo così al rumore di entrare o uscire efficacemente.Si noti che la sua funzione non è quella di filtrare i segnali ma di limitare la formazione di percorsi di corrente, un approccio fondamentalmente diverso dal filtro LC convenzionale.

Punti chiave del layout del PCB (più facilmente trascurati):

GNSS Indipendenza regionale

Non fare affidamento sulla conversione DC/DC e non fare affidamento sull'autostrada.

L'isolamento spaziale riduce essenzialmente l'accoppiamento.Le interferenze ad alta frequenza si accoppiano principalmente tramite campi elettrici e magnetici; più la distanza è vicina e più grande è la superficie,più forte è l'accoppiamentoLa separazione dell'area GNSS dalle fonti di rumore elevato (come i convertitori DC/DC, i driver dei motori e le interfacce ad alta velocità) può ridurre significativamente i percorsi di accoppiamento.La semplice "riposizionamento" dei componenti è più efficace dell'aggiunta di una serie di componenti.

La continuità del piano di terra determina direttamente il percorso di ritorno.creando un'area di circuito più ampia e aumentando così la probabilità di radiazioni e conversione in modalità comuneIn particolare, deve essere assicurato un riferimento a terra continuo sotto la linea di alimentazione dell'antenna; in caso contrario, l'impedenza equivalente cambierà, il che può anche influenzare l'adeguamento.

Routing dell'antenna

All'interno50Ω

Il più breve possibile.

Il controllo dell'impedenza influisce non solo sui riflessi, ma anche sull'integrità del segnale e sull'accoppiamento del rumore.e più è probabile che agisca come un'antenna ricevitrice e introduca interferenze. Nella progettazione effettiva, evitare vie inutili, tenerle lontane dalle linee ad alta velocità e evitare di attraversare le aree di separazione - tutti questi dettagli influenzano direttamente le prestazioni del GNSS.

Il GNSS non è un "segnale debole"; è semplicemente "troppo vulnerabile a essere compromesso dalle proprie azioni"

Molti problemi del GNSS non derivano in ultima analisi da un "ambiente esterno povero," ma piuttosto da rumori indesiderati generati all' interno del sistema in certe bande di frequenza che si propagano nella catena di ricezione attraverso un congiungimento improprio del percorso. Affrontando queste sfide attraverso tre approcci di progettazione chiave - controllo del percorso, abbinamento dello spettro e protezione front-end - la stabilità dei sistemi GNSS può essere notevolmente migliorata.La vera difficoltà non sta nell'aggiungere componenti, ma nell'identificare e risolvere questi problemi durante la fase di progettazione.