CN101620265B - Gps内外置天线切换电路及切换方法 - Google Patents

Gps内外置天线切换电路及切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GPS内外置天线切换电路及切换方法，其包括一天线供电电源和一天线开关，该天线开关具有一信号输出端、至少一控制信号端、一外置天线接入端、一内置天线接入端和一接地端，该切换电路还包括：一检测电阻，其一端连接于该天线供电电源上；一电感，其连接于该检测电阻的另一端和该外置天线接入端之间，用于隔离高频；一CPU，其具有一模数转换器检测端和至少一通用输入输出端，该模数转换器检测端与该检测电阻的另一端相连，该通用输入输出端用于控制该控制信号端的电平高低。本发明简化了电路结构，节省了成本，增加了设计灵活性。

Description

GPS内外置天线切换电路及切换方法
技术领域
本发明涉及一种GPS内外置天线切换电路，特别是涉及一种结构简单、节省成本的GPS内外置天线切换电路及相应的切换方法。
背景技术
随着信息的发展和技术的进步，GPS系统已经越来越广泛地应用于军事系统以外的各个领域，如汽车导航、防盗、个人追踪等。为了接收微弱的GPS信号，特别是在周边有高的建筑物遮挡的时候，为了能精确地定位，接收天线的性能尤为重要。
对定位精度要求高的GPS系统，由于内置GPS天线尺寸较小，且容易受整机结构影响，在有建筑物遮挡的时候不利于接收信号，而外置天线由于尺寸大，一般置于车顶等开阔位置，接收性能优于内置天线。所以，系统会在包含内置天线的同时，预留外置天线接口。当没有接外置天线的时候，用内置天线接收GPS信号；当有外置天线接入的时候，自动断开内置天线，采用外置天线接收GPS信号。由于外置天线尺寸大，干扰小，性能会优于内置天线。一般地，外置天线为有源天线，需要2.6～5V的供电，耗流10mA左右。
要实现此内外置天线的切换过程，通常的做法是通过硬件电路来检测有无外接天线插入，其典型电路如图1所示：其中天线供电电源VCC的电压假定为3.3V，选用的外置天线耗流10mA，双PNP型三极管U1为基极相连的三极管，NPN型三极管U2为带有下拉电阻的三极管，天线开关U3的控制逻辑具体为：当其第一控制信号端VC1为高电平且其第二控制信号端VC2为低电平时，其信号输出端RF_OUT连接外置天线接入端RF1；当其第一控制信号端VC1为低电平且其第二控制信号端VC2为高电平时，其信号输出端RF_OUT连接内置天线接入端RF2。当无外置天线接入的时候，三极管U1的脚2、脚3导通，使得第二控制信号输出端VC_OUT2为高电平，三极管U2导通，第一控制信号输出端VC_OUT1为低电平，天线开关U3选通内置天线接入端RF2；当有外置天线接入时，三极管U1的脚2、脚3截止，三极管U2截止，第一控制信号输出端VC_OUT1为高电平，第二控制信号输出端VC_OUT2为低电平，天线开关U3选通外置天线接入端RF1。通过此电路，实现内外置天线的自动切换。
如果用此电路来检测，需要用到两个晶体管，电路比较复杂，另外，此二个器件的成本一共约$0.3，相应地也增加了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术电路较复杂、成本较高的缺陷，提供一种结构简单、节省成本的GPS内外置天线切换电路及相应的切换方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种GPS内外置天线切换电路，其包括一天线供电电源和一天线开关，该天线开关具有一信号输出端、至少一控制信号端、一外置天线接入端、一内置天线接入端和一接地端，其特点在于，该切换电路还包括：一检测电阻，其一端连接于该天线供电电源上；一电感，其连接于该检测电阻的另一端和该外置天线接入端之间，用于隔离高频；一CPU，其具有一模数转换器检测端和至少一通用输入输出端，该模数转换器检测端与该检测电阻的另一端相连，该通用输入输出端用于控制该控制信号端的电平高低。
其中，该模数转换器检测端通过一第一分压电阻与该检测电阻的另一端相连，且通过一第二分压电阻接地。
其中，该天线开关具有一第一控制信号端和一第二控制信号端，该CPU具有一第一通用输入输出端和一第二通用输入输出端，该第一和第二通用输入输出端分别用于控制该第一和第二控制信号端的电平高低。
本发明的另一技术方案为：一种利用上述GPS内外置天线切换电路实现的切换方法，其特点在于，其包括以下步骤：
S1、计算该模数转换器检测端测得电压的理论极大值和极小值；
S2、设定该模数转换器检测端电压的阈值，其中该阈值处于该理论极大值和极小值之间；
S3、设定该阈值对应该通用输入输出端的电平高低的第一控制逻辑；
S4、设定该控制信号端的电平高低对应内外置天线切换的第二控制逻辑；
S5、打开GPS；
S6、实时检测该模数转换器检测端的测得电压，当该测得电压大于该阈值时，通过该第一和第二控制逻辑选择该内置天线接入端，当该测得电压小于该阈值时，通过该第一和第二控制逻辑选择该外置天线接入端。
本发明的积极进步效果在于：本发明省去了复杂的检测电路，可以节省成本，在竞争日益激烈的消费品市场，有很大的优势；同时由于省去了硬件检测所需要的很多器件，在对整机尺寸要求越来越小的情况下，节省了印刷电路板的面积，增加了设计的灵活性。
附图说明
图1为现有GPS内外置天线切换电路的示意图。
图2为本发明的GPS内外置天线切换电路的示意图。
图3为本发明的GPS内外置天线切换方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
本发明的思想为，利用GPS系统外置天线为有源天线，即需要消耗一定电流的特性，通过在天线供电电源上串联小电阻，一般地，以十几欧姆到几十欧姆为宜，根据接入外置天线时此小电阻输出端电压的变化，利用系统CPU的ADC(模数转换器)检测端来实时监控、检测此电压变化以确定是否有外置天线接入，再通过CPU的GPIO(通用输入输出)端的电平高低来控制天线开关的通断，实现内、外置天线的自动检测、切换。一般地，系统的CPU都会有多个ADC检测端，且其精度可以检测到5mV的电压变化。而系统的GPIO端均有数十个之多。从最节省成本考虑，并根据天线开关所需要控制线的数目，占用1到2个GPIO端即可。
以需要两个控制信号的天线开关为例，本发明的电路图如图2所示。该GPS内外置天线切换电路包括一天线供电电源VCC和一天线开关U6，该天线开关U6具有一信号输出端RF_OUT、一第一控制信号端VC1、一第二控制信号端VC2、一外置天线接入端RF1、一内置天线接入端RF2和一接地端GND，该切换电路还包括：一检测电阻R1，其一端连接于该天线供电电源VCC上；一电感L1，连接于该检测电阻R1的另一端和该外置天线接入端RF1之间，用于隔离高频；一CPU，其具有一模数转换器检测端ADC_OUT、一第一通用输入输出端GPI01和一第二通用输入输出端GPI02，该第一和第二通用输入输出端GPI01、GPI02分别用于控制该第一和第二控制信号端VC1、VC2的电平高低。
其中，如果该模数转换器检测端ADC_OUT的测得电压不超过该端口的承受范围，则该模数转换器检测端ADC_OUT与该检测电阻R1的另一端相连；如果该模数转换器检测端ADC_OUT的测得电压超过了该端口的承受范围，则需要增加两个分压电阻以使得测得电压符合CPU的要求。具体结构仍然如图2所示，该模数转换器检测端ADC_OUT通过一第一分压电阻R2与该检测电阻R1的另一端相连，且通过一第二分压电阻R3接地。
以下参考图3所示的流程图，举一具体实施例：
假定：外置天线工作电压3.3±0.3V，工作时耗流10mA，VCC＝3.3V，R1＝10Ω，R2＝100kΩ，R3＝200kΩ，L1为隔高频用电感，对直流短路。
该内外置天线的切换方法步骤如下：
步骤100，计算该模数转换器检测端ADC_OUT测得电压的理论极大值和极小值：未接入外置天线时，检测电阻R1上不产生压降，由于分压电阻R2和R3的分压作用，该测得电压的理论极大值为2.2V；接入外置天线时，检测电阻R1上产生100mV压降，由于分压电阻R2和R3的分压作用，该测得电压的理论极小值为约2.13V。
步骤200，设定该模数转换器检测端ADC_OUT电压的阈值，其中该阈值处于该理论极大值2.2V和极小值2.13V之间：取为2.17V。
步骤300，设定该阈值对应该第一和第二通用输入输出端GPI01、GPI02的电平高低的第一控制逻辑：当测得电压大于阈值2.17V时，GPI01为低电平，GPI02为高电平；当测得电压小于阈值2.17V时，GPI01为高电平，GPI02为低电平；
步骤400，设定该第一和第二控制信号端VC1、VC2的电平高低对应内外置天线切换的第二控制逻辑：当VC1为高电平，VC2为低电平时，RF_OUT连RF1；当VC1为低电平，VC2为高电平时，RF_OUT连RF2；
步骤500，打开GPS；
步骤600，实时检测该模数转换器检测端ADC_OUT的测得电压，当该测得电压大于该阈值2.17V时，通过该第一和第二控制逻辑选择内置天线接入端，当该测得电压小于该阈值2.17V时，通过该第一和第二控制逻辑选择外置天线接入端。
另外，也可以采用以下的方式达到相同的效果：天线开关只设有一个控制信号端，而CPU也只设有一个通用输入输出端，该通用输入输出端用于控制该控制信号端的电平高低。同样地，当测得电压大于阈值时，通过设定的控制逻辑选择内置天线接入端；当测得电压小于阈值时，通过设定的控制逻辑选择外置天线接入端。
同采用现有的电子开关相比，本发明可省去两个晶体管和两个电阻的使用，节约了成本，同时节省了印刷电路板的布板空间。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种GPS内外置天线切换电路，其包括一天线供电电源和一天线开关，该天线开关具有一信号输出端、至少一控制信号端、一外置天线接入端、一内置天线接入端和一接地端，其特征在于，该切换电路还包括：
一检测电阻，其一端连接于该天线供电电源上；
一电感，其连接于该检测电阻的另一端和该外置天线接入端之间，用于隔离高频；
一CPU，其具有一模数转换器检测端和至少一通用输入输出端，该模数转换器检测端与该检测电阻的另一端相连，该通用输入输出端用于控制该控制信号端的电平高低。
2.如权利要求1所述的GPS内外置天线切换电路，其特征在于，该模数转换器检测端通过一第一分压电阻与该检测电阻的另一端相连，且通过一第二分压电阻接地。
3.如权利要求1所述的GPS内外置天线切换电路，其特征在于，该天线开关具有一第一控制信号端和一第二控制信号端，该CPU具有一第一通用输入输出端和一第二通用输入输出端，该第一和第二通用输入输出端分别用于控制该第一和第二控制信号端的电平高低。
4.一种利用如权利要求1所述的GPS内外置天线切换电路实现的切换方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、计算该模数转换器检测端测得电压的理论极大值和理论极小值；
S2、设定该模数转换器检测端电压的阈值，其中该阈值处于该理论极大值和理论极小值之间；
S3、设定该模数转换器检测端的测得电压与该阈值的比较结果对应所述通用输入输出端的电平高低的第一控制逻辑；
S4、设定该控制信号端的电平高低对应内外置天线切换的第二控制逻辑；
S5、打开GPS；
S6、实时检测该模数转换器检测端的测得电压，当该测得电压大于该阈值时，通过该第一和第二控制逻辑选择该内置天线接入端，当该测得电压小于该阈值时，通过该第一和第二控制逻辑选择该外置天线接入端。
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