CN201083832Y

CN201083832Y - 集成芯片

Info

Publication number: CN201083832Y
Application number: CNU2007201492954U
Authority: CN
Inventors: 帅金晓
Original assignee: Beijing Superpix Micro Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Superpix Micro Technology Co Ltd
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2017-05-24

Abstract

本实用新型提出了一种集成芯片，其核心是在通用CMOS图像传感器的基础上集成了GPS信号接收器，既能够实现图像信号的采集、处理，又能实现GPS信号的接收和处理，并且本实用新型所提供的单芯片CMOS图像传感器实现低成本、低功耗和电路板面积的节省。其中CMOS图像传感器部分主要由像素阵列、数字控制和ISP(图像信号处理)等模块组成，而GPS接收器模块主要由天线、RF(射频)接收、基带信号处理等部本分组成。信号传送到天线，经片外滤波抑制镜频，RF接收部分接收信号，完成滤波和下变频等，然后基带处理器用该信息来计算位置。本实用新型所提供的GPS接收器可以提供实时的定位和导航服务，通过GPS接收器接收来自卫星的信号来确定接收机的精确位置、时间、速度和移动方向。

Description

集成芯片

技术领域

本实用新型涉及集成芯片领域，尤其涉及一种集成了GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接收器和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体)图像传感器的集成芯片。

背景技术：

CMOS图像传感器是低成本的成像设备，能够采集并处理图像信息。CMOS图像传感器一个主要优点是可以将许多外设功能集成进来，并组成一种单个芯片的CMOS图像传感器。

GPS(Global Positioning System，全球定位系统)技术也越来越受到人们的关注，GPS可以提供实时的定位和导航服务，通过GPS接收器接收来自卫星的信号来确定接收机的精确位置、时间、速度和移动方向。

GPS包括三大部分：空间GPS卫星星座、地面监控系统、用户GPS信号接收器。GPS定位的基本原理为：卫星不断的发射自身的星历参数和时间信息，用户GPS信号接收器接收到卫星信号后，对信号进行放大、处理，根据三角公式进行计算可以得到用户GPS信号接收器的位置。三颗卫星可对用户进行2D定位(经度、纬度)，四颗卫星可对用户进行3D定位(经度、纬度及高度)。

通过用户GPS信号接收器不断地更新接收信息，就可以计算出用户GPS信号接收器的移动方向和速度。由于目前全球有24颗GPS导航卫星分布在6条轨道上，在任意时刻在水平线以上最少有4颗卫星，最多有11颗卫星，所以GPS定位可以得到很好的保证，能够实时计算出用户GPS信号接收器的3D位置与速度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种集成芯片，从而可以将GPS接收部分和CMOS图像传感器集成在一起。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种集成芯片，包括：

全球定位系统GPS接收器输入接口、GPS接收器处理单元和GPS接收器输出接口；，其中，所述的GPS接收器输入接口和GPS接收器输出接口分别与所述GPS接收器处理单元的输入端和输出端连接；

互补性氧化金属半导体CMOS图像传感器输入接口、CMOS图像传感器处理单元和CMOS图像传感器输出接口，其中，所述的CMOS图像传感器输入接口和CMOS图像传感器输出接口分别与所述CMOS图像传感器处理单元的输入端和输出端连接。

根据上述本实用新型提供的技术方案，本实用新型提供的集成芯片同时集成了GPS接收部分和CMOS图像传感器，既能够实现图像信号的采集，又能实现GPS信号的接收。并且该集成芯片能够实现低成本、低功耗和节省电路板面积。

附图说明

图1为现有技术中通用CMOS图像传感器的内部结构框图；

图2为本实用新型提供的集成芯片的一种实施例的结构框图；

图3为图2所示的新型CMOS图像传感器中的GPS射频接收器的具体结构框图；

图4为系统GPS数据由射频接收器传输到基带处理器的示意图；

图5为本实用新型提供的集成芯片的另一种实施例的结构框图；

图6为本实用新型所提供的图2或图5所示的新型CMOS图像传感器的接口示意图；

图7为本实用新型提供的新型CMOS图像传感器输出图像数据和GPS数据共用总线示意图。

具体实施方式

本实用新型提出一种集成芯片，本实用新型在集成芯片中同时集成通用CMOS图像传感器和GPS信号接收器，使用户通过CMOS图像传感器既能够实现图像信号的采集，又能实现GPS信号的接收。

通用CMOS图像传感器的内部结构框图如图1所示，通用CMOS图像传感器主要由像素阵列模块、数字控制和ISP(图像信号处理模块)、电源管理等模块组成。其中，数字控制主要用于控制图像传感器的工作方式。ISP负责完成对图像数据的处理。通用CMOS图像传感器集成了自动/可编程白平衡、自动/可编程曝光控制、自动/可编程增益控制、可编程黑电平补偿、可编程显示窗大小以及下采样等各种功能，负责采集图像，并将图像数字化后通过内部总线发送到接口。

由于GPS信号接收器主要由RF射频接收模块和基带处理模块两部分组成，根据集成度的要求的不同，本实用新型提供了两种在通用CMOS图像传感器中集成GPS信号接收器的集成方式，一种集成方式是在通用CMOS图像传感器中集成GPS射频接收部分；另一种集成方式是在通用CMOS图像传感器中同时集成GPS射频接收模块和基带处理模块，得到更高集成度的芯片。

本实用新型提供的集成芯片的一种实施例，即在通用CMOS图像传感器中集成了GPS射频接收器的新型CMOS图像传感器的结构框图如图2所示。图2中的GPS射频接收器的具体结构框图如图3所示，主要由LNA(低噪声放大器)、混频器、自动增益控制、锁相回环，以及模拟/数字转换器等部分组成。当然，GPS射频接收器完成接收任务还需要天线、片外滤波器、晶振等模块的帮助。

图2中的GPS射频接收器在本实用新型所述的新型CMOS图像传感器中单独设置，和新型CMOS图像传感器中其他图像处理模块不相连，互相独立工作，分别实现各自的功能。本实用新型所述新型CMOS图像传感器将GPS射频接收器和通用CMOS图像传感器集成在一块芯片上，能实现节省芯片的尺寸面积，减少芯片的成本和功耗。

本实用新型所述的图2所示的新型CMOS图像传感器中的GPS射频接收器处理信号的过程为：首先由天线接收卫星发送的GPS信号，片外滤波器对信号进行镜频抑制。然后GPS信号经过LNA进行降噪、放大，振荡器产生的本征信号经锁相环和正交驱动器得到正交的IQ信号，振荡器也为基带处理提供时钟。经过LNA的GPS信号与IQ信号进行正交混频得到中频(IF)信号，然后IF Filter(滤波器)对GPS信号进行滤波，自动增益放大器为GPS信号提供足够的增益，从而使信号在进行A/D转换时能拥有适宜的幅度，最后GPS信号经过A/D转换器得到所需的数字信号。

GPS卫星信号主要包括三个部分：载波、测距码(C/A码、P码)、数据码(导航电文)。GPS卫星发射基频为10.23MHz的两种频率的载波信号L1和L2，一般民用GPS使用的是GPS系统的L1载波，频率为1575.42MHz。本实用新型所提供的图2中的GPS射频接收器用于民用，所以它所接收的信号为C/A测距码和导航电文。

由天线所接收到的卫星信号L1载波频率为1575.42MHz，经过RF接收器的滤波，下变频等处理后，输出的是中频信号，然后进入到基带处理部分进行计算处理得到所需的定位信号。如图4，GPS射频接收器与基带之间的信号传输通过总线完成，同时射频接收器产生时钟为数据传输同步。

本实用新型提供的的集成芯片的另一种实施例，即在通用CMOS图像传感器中同时集成GPS射频接收模块和基带处理模块的新型CMOS图像传感器的结构框图如图5所示。图5所示的新型CMOS图像传感器由于同时集成了GPS射频接收模块和基带处理模块两个模块，从而得到了集成度更大的芯片。

图5所示的新型CMOS图像传感器所集成的GPS接收器模块主要由天线、RF(射频)接收、基带信号处理等部分组成。首先是从卫星发送下来的约1.5GHz射频(RF)信号传送到天线，RF接收部分接收信号，完成滤波和下变频等，然后基带处理器用该信息来计算位置。基带处理器中含有专用的DSP，主要用于处理各种高速和复杂算法，如信道编解码，加密等。从本实用新型中的GPS模块中处理得到的数据信息，其数据格式遵循NMEA0183协议(National Marina Electronics Association)。GPS信号的数据格式有十几种，包括：GPGGA GPS定位数据格式、GPGLL地理位置、纬度/经度格式和GPGSA GPS DOP和星历格式等，本实用新型以常用的GPGGA GPS定位数据格式为例说明。其结构如下：

$GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，<11>，<12>hh<CR><LF>

其中：“$GPGGA”为语句起始标志；“，”数据区分隔符；“M”为单位；“hh”为校验和；<CR><LF>为回车、换行符(语句结束符)。

各数据区含义为：

<1>：确定位置的世界协调时时间，格式为“时时分分秒秒”；

<2>：纬度值，格式为“度度分分.分分分分”(含前导0)；

<3>：所测纬度半球，格式为“N”或“S”(即北半球或南半球)；

<4>：经度值，格式为“度度度分分.分分分分”(含前导0)；

<5>：所测经度半球，格式为“E”或“W”(即东半球或西半球)；

<6>：GPS品质标识，0为不能定位，1为无差分定位，2为差分定位；

<7>：定位所用卫星数目，数值范围00～12(含前导0)；

<8>：水平精度因子，数值范围0.5～99.9；

<9>：天线高度，数值范围-9999.9～99999.9；

<10>：大地水准面高度，数值范围-999.9～9999.9；

<11>：差分GPS数据期，数值为从上一次有效的差分校正开始所经历的秒数(若无差分修正，则此项为空)；

<12>：差分站编号，数值范围0000～1023(含前导0，若无差分修正，则此项为空)。

本实用新型所提供的图2或图5所示的新型CMOS图像传感器的接口示意图如图6所示。本实用新型所提供的新型CMOS图像传感器的输出包括图像信号和GPS信号两个主要部分的数据，其中图像信号包括表示图像数据的行输出同步脉冲、帧输出同步脉冲、输出图像数据以及输出时钟信号。而GPS信号包括同步脉冲和GPS数据，基带单元通过捕获导航电文的传播帧头，启动计数器脉冲计数，DSP根据导航电文传播的速度特征计算并产生精确的GPS数据输出同步脉冲信号。同时外部CPU对输出加以控制。

本实用新型所提供的新型CMOS图像传感器在与外部CPU进行数据通信时，也可以将GPS数据与图像数据共用总线。其接口如图7所示，根据数据同步信号和控制信号，就可以在同一总线同时传输图像数据和GPS数据。

综上所述，本实用新型所提供的集成芯片把GPS接收部分和CMOS图像传感器集成在一起，既实现图像信号的采集，又实现GPS信号的接收。并且该集成芯片能够实现低成本、低功耗和节省电路板面积。

本实用新型所提供的集成芯片主要应用于手机等移动终端。为手机生产厂商提供了一种比较理想的芯片。此芯片能为手机提供GPS射频信号接收和图像采集两种功能，利用手机上的GPS服务，用户可立即分类查询所在地附近的餐馆、酒店、加油站等服务设施。他们还能通过手机查找联系人身处何方，识别家人与朋友的位置。本实用新型所提供的集成芯片使手机在尺寸面积、成本和功耗等方面的问题等到了很好的解决，并且此种小规模的集成，不会影响到芯片的性能。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种集成芯片，其特征在于，包括：

全球定位系统GPS接收器输入接口、GPS接收器处理单元和GPS接收器输出接口，其中，所述的GPS接收器输入接口和GPS接收器输出接口分别与所述GPS接收器处理单元的输入端和输出端连接；

2.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述GPS接收器处理单元包括：GPS射频接收模块。

3.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述GPS接收器处理单元包括：GPS射频接收模块和基带处理模块，GPS射频接收模块的输出端与基带处理模块的输入端连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的集成芯片，其特征在于，所述的CMOS图像传感器处理单元包括：像素阵列模块和图像信号处理模块，像素阵列模块的输出端与图像信号处理模块的输入端连接。

5.根据权利要求1或2或3所述的集成芯片，其特征在于，所述的集成芯片设置于移动终端。

6.根据权利要求1或2或3所述的集成芯片，其特征在于，所述的GPS接收器处理单元和所述的CMOS图像传感器处理单元在集成芯片中互相独立设置和工作。

7.根据权利要求1或2或3所述的集成芯片，其特征在于，所述的GPS接收器输出接口所输出的数据和所述的CMOS图像传感器输出接口所输出的数据共用一条总线来传输，或者分别占用一条总线来传输。

8.根据权利要求1或2或3所述的集成芯片，其特征在于，所述GPS接收器输出接口所输出的数据的格式遵循国家海洋电子协会NMEA0183协议。

9.根据权利要求1所述的集成芯片，其特征在于，所述的GPS接收器输出接口所输出的数据包括：GPS数据和GPS同步脉冲；所述的CMOS图像传感器输出接口所输出的数据包括：图像数据和图像同步脉冲。