声明:
本文是u-blox公司出品的第五代模块工程样板LEA-5H ES版(Firmware 2.0)由飞扬科技第一次在中国区发布评测
以下文章及图片由飞扬科技版权所有,我们将保留原始图片及实物,任何公司及个人未经书面许可不得转载及抄袭,违者必究
我们向所有读者承诺测试参数的真实性及公平性,全程录相备份,以资查验,本次测试部分关系到u-blox公司商业机密,故本文涉及的所有录相将会延迟到1月底在站内提供全程下载,本文所有文字及图片u-blox无任何关联,为独立第三方测试,仅供u-blox客户参考
以下是u-blox公司的2008的重磅炸弹:
LEA-5H模块先睹为快 LEA-5H ES版由u-blox瑞士总部友情赠送提供
u-blox公司LEA-5H模块工程展示及测试样品正面图
u-blox公司LEA-5H模块工程展示及测试样品背面图
LEA-4H与LEA-5H的变化:LEA-4H上面的一行丝印,原合作伙伴Silicon by Atmel在第五代产品不再出现
LEA-4H与LEA-5H的不同点
出现变化的原因是,在u-blox的第四代之前的产品线,Atmel是u-blox的芯片唯一代工厂商及芯片销售合作伙伴,从第五代产品开始,是u-blox从芯片研发到产品销售都已经有了完善的渠道,而且传达最重要的一个信息是u-blox已经完全自主的掌握了新的芯片设计技术,而且生产工艺较之原来的产品线将会在性能及成本上要更突出,目前第五代芯片代工的厂商分别是新加坡的特许半导体或台积电,其中特许半导体是美国AMD公司的CPU代工专业厂商,正因为有了两家大的芯片代工厂商,u-blox公司不但可以两家之间以订单调配方式进行价格回旋余地的谈判,更可以最大限度的增加芯片供应保障,对于成本削减或是供应链的供货保障都有了一个很好的局面,并可以借助两家厂商新一代的RF部分180nm /基带部分 130nm CMOS生产工艺来构筑低功耗,低成本的新产品线.
我们认为,u-blox会朝更进步的生产工艺发展,比如在生产工艺上如果能使用特许半导体或台积电的90nm或是60nm正式稳定投产,并以低成本的方式运作,u-blox将会设计更为省电的芯片组产品,希望今后能看到30mW耗电量的产品,就是说相当于一个1206封装的LED的半亮状态的耗电量.
低的耗电量会有什么优势呢?
1: 节能电能,可以显著延长电池使用时间,避免频繁充电过程,可以延长电池使用寿命
2:环保,可以减少发电厂或是汽车发电而产生的有害气体的排放
3:最为重要的是,降低了功耗,就是降低了模块的发热量,可以让芯片更安静,更稳定的工作
4:对于RF电路而言,越低的电流消耗可以更低的降低RF干扰,获得更高性噪比,也就是获得得更高灵敏度
u-blox在LEA-5H中使用了三种方法来降低功耗,一是使用180nm/130nm CMOS工艺,这是工艺水平的改进,二是使用了硬件加速器,将原来软件模拟搜索窗口转为纯硬件电路来完成,不但速度快,稳定可靠而且特别省电,当然,正因为加了这个电路,也给芯片的流片有非常大的风险,大家知道,如果一旦流片,一个小的bug都会导致芯片报废,所以硬件加速器非小公司可以做到,三是内置了先进的电源管理,可以智能管理电源消费,我们预计u-blox的第6代产品线,比如LEA-6H则会将DC/DC的LDO集成在模块里面,做到外围更简单化
u-blox的第一个版本UBX-G5 芯片
LEA-5H的模块代工仍由维也纳的伟创力完成,为了应付可能出现大量的LEA-5H模块订单,u-blox于今年新增加了三条LEA-5H专用生产线,加上原来的两条,总共目前是有五条模块生产线,产能将有大幅度的增加,虽然有五条模块生产线,但由于全部采用最先进的全自动生产线,包括全自动严格多重检测及包装,整个生产工厂包括工厂的经理仍是只有三名员工,是名副其实世界上效率最高的全自动工厂之一,这将使得LEA-5H的模块可以在短时间内进行紧急的大批量交货.
u-blox公司 UBX-G5/LEA-5X系列产品代工厂商
不过还有一点,就是LEA-5H与LEA-4H的USB驱动不同,因为芯片组型号不同,使用我们的测试评估附件板USB端口需要再次安装新的USB驱动,故本次测试暂时用用RS232串口线测试.
至于其他地方的改进,可以参考另外一篇文章: u-blox推出50通道LEA-5 GPS模块
LEA-5H的研发流程
LEA-5H研发流程图 本图由飞扬科技单独制作,与u-blox无关
u-blox公司自从2007.2月开始将LEA-5H交由奔驰,宝马及法拉利等高端原装车厂的GPS实验室进行内部全能测试,合作方西门子VDO公司更是不遗余力的进行各项全性能测试,帮助发现bug及进行性能实际评估.
LEA-5H与LEA-4H完全软硬件兼容
我们可以看到,u-blox的第五代产品,LEA-5H跟LEA-4H封装上的变化,仍是选用17*22*3mm的封装方式,而且我们可以肯定它的管脚仍是与LEA-4H/LEA-4S是pin对pin兼容的,也就是说原来使用LEA-4H/LEA-4S的客户在明年可以轻易的更换成LEA-5H的超强版本,而不必进行任何的软硬件的变化.
如果再追根溯源的回到2000年,我们回顾历史,u-blox发明了全世界的25*25*3的第一个GPS封装,从此将原来的插脚式封装改成了SMT的封装模式,对于高频而言或是实际生产而言,包括到维修实验拆焊模块,都是有着无与伦比的商业应用价值及性能提升价值,u-blox革命性的一步造就了一代封装经典.
2003年u-blox公司发明了17*22*3的小封装模块,内置LNA,从此又成为业界新一轮的效仿封装对象,不计其数的小公司均仿造u-blox公司的封装模式,u-blox的新一代封装12*16*2mm的超小封装模式也于去年诞生,甚至发展到未来,u-blox会提供更小体积的产品
事实上,之前也有公司有提供过10*10何种的超小型产品,但是该种产品需要外置LNA,后来实事证明一味的降低体积而外挂LNA的方式,性能方面是不尽人意,主要的原因有两方面:其一是过小的布线空间会增加RF部分的干扰,导致灵敏度下降,二是体积过小,而芯片又没有能够无限的缩小,LNA的外挂没有好的屏蔽或是电路匹配部分非常的难以设计,加上LNA外置会在EMI问题上面有些问题无法解决,所以整顿秩序体效果是不尽人意的,必须在保证严格性能指标的情况下来进行体积和性能的折衷,所以严格来看,12*16*2又是目前内置LNA最小的实用型封装,事实也证明的确是如此,精耕细作,严格古板的瑞士人总是喜欢用成熟传统的技术来解决现有的问题,而且对于性能的保证这个问题上,u-blox是从来不含糊 .
u-blox总是以一个技术领导者的角色来左右这个市场,这是一个非常了不起的创举,例似封装这样的案例不胜枚举.
这就是一个领导者的优势,LEA-4H到LEA-5H的兼容也说明了u-blox公司深思熟虑的长远考虑,产品的规划可以进行时间的延续,从而有节制的保护用户的重复投资,让企业始终以最微小研发及测试费用,客户可以享受最新资讯产品带来的科技进步,同步享受全世界最新的科技研究成果,这是任何不负责任的小型企业无法比拟也是不可能有实力做到的.
我们回顾的只是它的外观,当然我们不希望看到跟LEA-4H/LEA-4S一样的性能,我们更希望看到的是一个全新的,完全让我们大开眼界,正如u-blox所承诺的技术上创新的产品,能够带领让我们进入一个GPS的新世界.
LEA-5H与LEA-4H的不同架构
LEA-4H内部结构解剖图
LEA-5H模块我们只有一个,没有办法解剖一个供大家参考,不过我们先回顾一下经典的LEA-4H模块,信号经过LNA低噪放大器之后再经过滤波器进入RF芯片进行信号处理,RF处理完之后的信号再传送给基带处理ARM7进行数据处理,之后再输出NMEA0183及UBX格式.
不过我们从概念图上可以得知,LAN低噪声放大器与RF射频处理IC已经在LEA-5H被整合在一块了,而且信能更强,主要表现在LEA-5H所使用的LNA的低噪声放大器比LEA-4H的LNA在信噪比上更是加强了2.5dbm,所以模块的灵敏度将会比原来更强-2.5dbm以上.
另外在部分外围电路,一些外围供电的小芯片及电阻电容个数大幅度减少,也降低了整个模块的外围设计难度,并且成本也得以进一步的节俭,而且晶体振荡器可以与符合规定的手机内部的晶振共用,进一步降低手机整合GPS成本,也将手机内集成GPS芯片变成现实的可能,极高的灵敏度,低的耗电量,快速启动,50通道,支持伽利略,支持A-GPS,拥有最佳低成本,加上与生俱来的超级稳定性,以及u-blox公司长期以来良好的技术支持优势,这些都构成了独一无二的手机GPS芯片或掌上机GPS芯片之王,彻底的将SIRFIII芯片组来了个扫地出门,预计LEA-5H将稳坐GPS模块之王会超过两年之久.
2007年6月份飞扬科技内部测试LEA-5H与LEA-4H初步测试对比
2007.6月飞扬科技GPS实验室曾经内部测试过u-blox的第二版LEA-5H原装评估器,当时的实测性能如下:
室外测试: 室外测试环境良好,干扰小,相当于强信号,冷启动时间25秒
室外测试环境较差,干扰程度中,相当于稍差环境冷启动,冷启动平均时间28.5秒
将天线翻转并置于鞋底,30秒之后拿开鞋子,冷启动环境超级恶劣,相当于房间纵深,冷启动时间为79秒
同时同一地点进行的LEA-4H原装评估器冷启动测试:
室外测试: 室外测试环境良好,干扰小,相当于强信号,冷启动时间32秒
室外测试环境较差,干扰程度中,相当于稍差环境冷启动,冷启动平均时间69秒
将天线翻转并置于鞋底,30秒之后拿开鞋子,冷启动环境超级恶劣,相当于房间纵深,冷启动时间为209秒
但当时碍于时间关系,而且只是Firmware1.0内部测试版,只进行过一个小时的测试,没有能够获得完整的资料,所以不能奉献给大家.
现在,我们终于拿到了V2.0版的Firmware的LEA-5H ES版,据说冷启动性能进一步优化,并且是钟对于弱信号进一步加强,而且根据情况来看,12月底发布的V3.0版本的Firmware将是在前两版的基础上进行了更细致的改进,完全消除了测试中的所有bug,适合于各种环境定位,将会完全的适合大批量生产,到此前期LEA-5H研发将会以量产来宣告结束.
特别说明:
本ES版本并非最终量产版,性能应该较之量产版有稍微逊色的细微差距,主要是量产版的弱信号冷启动及信号强度将会性能更突出
2007年12月7日 LEA-5H ES测试版实际测试
飞扬科技提前一个月为LEA-5H测试准备的RISE-GPS-T04套件
所有的预备工作已经完成,
接下来,我们将对工程模块样品进行详细评测:
测试模块:LEA-5H模块 Engineering sample版本 Firmware: V2.0版
测试器材:RISE-GPS-T04套件(飞扬科技自产)使用国产普通3米25*25有源外置天线
测试位置信号:2楼阳台中间,本栋楼高7层,而且本栋楼在两栋楼的夹层中间,该位置属于信号比较差的地区
测试时间:2007.12.8 2点
冷启动时间:6次
冷启动方式:每隔一分钟却按u-center冷启动按钮
测试软件:u-center4.02 版
冷启动方式: u-center4.02 版内置冷启动按钮
测试电脑:华硕主板 AMD4000+X2 2GDDR2 667内存 256M华硕显卡 320G SATAII希捷硬盘 winxp SP2操作系统
测试方式: 直接接RISE-GPS-T06 附件板RS232端口 USB转DC5V主板供电
LEA-5H在RISE-GPS-T04套件的表现 上图为每次间隔一分钟连续6次冷启动参数
冷启动速度定位最快的一次为28.187秒
冷启动速度定位最慢的一次为42.487秒
这个表现让我们非常的惊讶,按照普通高灵敏的模块,这个地方的冷启动时间一般是35到94秒左右,但是这次却测出来了平均36.925秒的超好成绩
从测试情况来看,一般情况下原厂的AEK-5H的评估器比我们的评估套件因为存在设计不同,使用器件尤其是使用国产天线存在差异的情况下,原装的AEK-5H一般比RISE-GPS-T04的套件在冷启动还要快10%,也就说最快完全可以做到25秒以内
这还是在普通阳台的测试结果,对面楼的距离是12米,测试楼层为2层
如果是空圹地点测试,相信冷启动速度可以在25秒左右,同时我们坚信如果无止境的测试,它最快的时候它有机会可以到20秒的冷启动,不过这需要很多时间反复测试.但我们这次的测试结果真实的反映了它模块的性能,让读者对LEA-5H有一次真正认识的机会.
这次的测试结果来看,似乎是u-blox最新发布的版本较之我们2007年5月份测试的首个版本又有了些软件性能的改进
我们再来关注同一地点的LEA-4H的冷启动情况:
LEA-4H在RISE-GPS-T04套件的表现的不是特别理想
上图测试时间分别是2007年12月8日 9:30 9:32 10:00 11:30 11:50 11:55 共6次冷启动参数
冷启动速度定位最快的一次为45.896秒
冷启动速度定位最慢的一次为173.76秒
由于不是同时测试,我们不能估算它的平均值,但可以肯定,无论何种情况下的表现都要远远逊色于它的同门兄弟LEA-5H
LEA-5H评测结论:
1:冷启动速度较LEA-4H/LEA-4S有了质的改变
LEA-5H冷启动最大的特点是启动速度特别快,快得无法令人想象,由于它的内置纯硬件构架的100万搜索窗口,是SIRFIII的五倍的数量,加上SIRFIII的产品并非纯硬件,所以它在节省耗电量的同时,速度更是无法想象的快,50个通道的数目也能让它进行了快速的多通道同步定位,比LEA-4H或是LEA-4S系列的产品的冷启动时间,确实是有了惊天动地的提升.
预估冷启动时间,LEA-5H是LEA-4S在强信号缩短30%~50%,弱信号状态冷启动时间要快3~4倍左右,而且初步测试在弱信号冷启动方面Firmware2.0比6月份测试的Firmware1.0版本又有些提升,估计量产Firmware V3.0正式量产版还有性能提升空间.
2:灵敏度增加了3dbm
LEA-5H冷启动的时候,不仅通道数目众多,同时下载所有当前可视卫星星历,甚至它的灵敏度也是超级棒,我们从未见过冷启动居然有这么强的信号,一下子就猛窜到了53dbm,有时甚至直逼55dbm,看得我们目瞪口呆,对于这种情况,还让我们误以为是操作有误,一直在做热启动呢,后来经过再三检查,再次确认是冷启动的时候,我们才觉得好象看了回美国大片一样无比精彩
而且有时候还提心吊胆的,因为经常窜到55dbm,还怕它增益太高而损坏模块呢,事实上这种担忧完全没有必要,模块内部已经有很好的AGC保护控制部分.之前的LEA-4H则极少有机会在同一片板上面可以到达55dbm,一般均在51-52左右
在灵敏度方面,较之LEA-4S或是LEA-4H,测试感觉有-3dbm左右的提升,但仍需要进一步花时间来进行对比测试,当然它的参数表上面写的就是冷启动灵敏度从-142dbm提升到了-145dbm,但定位之后测试结果较LEA-4H也有-3dbm的灵敏度整体提升
星的个数可以比较稳定的用于定位的星在9颗左右,但偶尔也可以收到11颗星,在天气好的情况可以显示14颗星,这已经是我们这阳台收星的极限了,,根据资料来看u-blox已经拓展了收星数量,甚至伽利略及日本的资源卫星也将纳入收星范围,所以会出现相当多星的情况,将会不同于以往的只有12颗星的情况,另外的星也可以进行辅助定位或是高精度定位,这是之前从未有过的情形,而并不要误会成GPS假信号,这点在晚上尤其明显,在好的情况下可以收到16颗星,但初次拿到模块,还需要时间来进行进一步核实
本次 LEA-5H在RISE-GPS-T04套件上的表现是冷启动完后一分钟内可以轻易达到55dbm的C/N最高值,并可连续保持长时间不变
这是之前LEA-4H从来没有过的信号强度,太让我们吃惊了
虽然没有进行室外测试,但我们完全有理由相信在室外空旷点测试的结果一定会更好更理想
3:测试结果是在恶劣环境定位能力显著增强
这种测试环境并不理想,比大多实际使用环境还要恶劣,所以测试的结果是非常的接近真实使用结果,而不是仅仅停留在文字描述阶段.这么强劲的定位能力是我们一直期望的,完全可以这样认为,这款LEA-5H的产品,各种参数已经逐步的接近目前GPS理论的极限,下一步的发展要再进一步提升性能恐怕非常艰难,研发方面则是越来越复杂化了.
本次测试环境相当于宝马汽车的3M原装金属膜内的测试结果,而且测试器材均为飞扬科技自产,天线也选用完全的国产量产版天线,完全可以供大家做为真实的实际技术指标运行参考.
4:模块表面温度进一步降低
与同一种类型板比,LEA-5H模块底部温度只有手温感,感觉比安装有LEA-4H模块的底部温热感要低了1-2度,就意味着在车载领域可以更轻松的适应各种复杂的气侯变化,承受温度范围更宽,并且内置电源管理系统,相信实际应用功耗会进一步降低.这是车载行业最为关注的,但耗电量需要进行下一步对比测试.
5:收星质量加强,速度明显加快
在收星状态或是冷启动,发现星的变化非常的快,而不似LEA-4H的那样略有迟疑感,相信主要还是得益于单独的硬件加速器,把ARM7的部分资源腾空用于专业高精定位,星的变化快带将有利于精度的进一步提升,为下一步1米高精度模块打下坚实基础,并且由于动态速度急剧加快,可以在出隧道口或是房间纵深内丢星急速变化为捕获星状态,实现超级快速定位.可见软件部分进行了异常优秀的改进,执行效率更高,硬件部分更是做了非常强劲的优化,完全是真实的再现了产品所标注的参数指标
6:定位精度进一步提升
从上面两个冷启动的图表我们还可以得到一个信息,那就是u-blox的LEA-5H较之LEA-4H冷启动时的精度也更高了
冷启动时候的经度变化在114.051485~114.060103
纬度变化 22.566986~22.567142
LEA-5H冷启动离散性较之LEA-4H控制得更好,尤其是在非常难以控制的海拨高度离散性在冷启动之初控制的非常之棒
相比之下,LEA-4H在冷启动的离散性控制不如前者,并有一点的差距,比如u-blox的模块在冷启动的时候,如果性号不够强,则默认为500米的海拨高度,LEA-4H启动图的2,3,4,5,6都证明了这一点,为什么是500米呢,因为u-blox总部在瑞士,瑞士的海拨高度就是在500米左右,如果信号进一步加强,则海拔高度也进一步修正,但需要时间.这修正时间决定于信号强度水平及整个模块的处理反应速度,显然LEA-4H较之LEA-5H的反应速度是有一些显著的差距.
要知道在GPS行业,u-blox公司的模块一向来都是是以高灵敏度及高精度著称,这些参数完全与现有主要竞争象小儿科似的打击得一败涂地,完全谈不上任何对等竞争模式,是典型的不对称竞争
LEA-5H定点定位精度进一步提升,较差的阳台测试环境20分钟实测也有CEP4.5米的精度
从阳台实测中,由上图可以看出,20分钟内,它的精度便可以在控制4.5米以内的高精度定位,这是在中国,没有美国的Waas地面修正协议,而且是在阳台,干扰及对面楼反射的情况是完全存在的,如果在美国的空旷地区,我们完全有理由相信它的精度可以达到2米以内,相信在国内城市路况下的定位精度也可以达到4米左右,因为u-blox的模块在动态当中的表现会比静态漂移更小,当然这些需要长时间的详细测试
但根据测试结果来看,恶劣环境的定位精度比LEA-4H确实有了更一个层次的提高,让定位精度之王的产品再添加杀戮利器,更期望V3.0版的量产版本尽早上市,让所有喜欢u-blox公司的用户一起来分享成功喜悦心情
性能太强悍,初次评测结束
还用跟其他厂商的模块比吗?我们觉得没有任何意义,因为从现有的情况来看,是没有任何一款竞争对手的民用GPS产品具备基本的对比条件,无论是精度,灵敏度,冷启动速度还是功耗,品质等任何一项内容,LEA-5H始终远远的把竟争对手甩之脑后,竟争对手的产品落后至少有3-5年的差距,在差异过大化的情况下进行对比,无意义的对比纯粹是在浪费时间,所以我们将拒绝再进行产品比较,省下时间来进行产品项目开发和对广大客户进行现有的技术支持了.
展望未来LEA-6H:
飞扬科技预测 LEA-6H假想研发流程
特别说明的是,由于第6代主要是钟对于高性能GPS定位及今后的伽利略民用级一米的高精度定位,但由于伽利略系统是由众多的欧盟成员国参与,包括中国政府,正是参与国成员众多,导致分歧太多,所以许多游戏规则还没有完全制定完毕,原有计划一拖再拖,而LEA-6H芯片组方面也受此拖累,将会由于协议等方面的修改而会延迟发布时间,所以如果伽利略的产品不能确定具体时间,UBX-G6就没有办法确定明确的时间表,不过我们对此仍为关注,毕竟它将是未来五年最具潜力的定位方式
我们期待u-blox走得更远,用更精良的产品来给我们展现未来技术的现实应用,在我们有限的生命里中享受超前科技带来的先进成果.
飞扬科技GPS实验室撰写
本文初稿完成于: 2007.12.8 上午
u-blox版芙蓉姐姐:
如果要印有杀戮力的T衫,就印这种啦...格外有震撼力....
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按照惯例,西方人的圣诞节都有送礼物的习惯,通常是包装在袜子里,从烟囱里钻进来,来抛给可爱的小孩们,今年u-blox公司也不例外,今天是2007年12月5日,u-blox终于给GPS宝贝---飞扬科技送上了一份超超超级宝贝的圣诞贺礼,我们终于在今天收到了一块UPS的紧急快递,这是从瑞士快递过来的让我们期待已久的LEA-5H工程测试样板,这是我们收到的第一块u-blox的第五代工程样板,也是许多GPS发烧友梦寐以求的GPS模块之王,拥有一台LEA-5H的机器相信是现在每个GPS发烧友的梦想,LEA-5H距离11月14日的发布已经有了21天,这三周里我们都是在焦急的等待声中度过,当梦想与现实距离是如此之近,真是让我们都沸腾不已,u-blox苦尽甘来的小宝宝终于被我们捧在了手心里,是何等的让我们雀尽不安,下面,废话不多说,尽量让所有关心u-blox公司的Fans来欣赏这一模块之王王者风范
