● 文|北京空間科技信息研究所 成振龍

有多少北斗芯片，值得我們期待？

● 文|北京空間科技信息研究所 成振龍

一、前言

衛(wèi)星導航接收機的硬件系統(tǒng)主要由天線單元、射頻單元、基帶處理單元、微處理器和電源等模塊組成。隨著超大規(guī)模集成電路和數(shù)字信號處理技術的發(fā)展，原來的分立元件的接收機設計成芯片，使得體積、功耗、重量、成本進一步降低，性能進一步提高。衛(wèi)星導航接收機專用芯片組的核心部件包括射頻信號處理芯片（射頻芯片）、基帶信號處理芯片(基帶芯片)和微處理器芯片。將射頻芯片、基帶芯片和微處理器合而為一的單芯片可以提高產(chǎn)品的性能和可靠性、降低體積、功耗和成本，是衛(wèi)星導航產(chǎn)品發(fā)展的趨勢。

微電子技術的發(fā)展與進步，主要是靠工藝技術的不斷改進實現(xiàn)的。芯片制造工藝（也稱為“制程”）優(yōu)良與否，決定了芯片體積和功耗的大小。芯片體積越小，意味著集成電路越精細，功耗也越低，同時其制造難度與成本也越高。制造工藝的提高，意味著芯片的體積將更小、集成度更高。芯片制造工藝在1995年以后，從0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.15μm、0.13μm、0.11μm、 90nm、80nm、65nm、55nm、40nm、28nm一直發(fā)展到20nm制程。芯片行業(yè)的40nm、28nm工藝都已經(jīng)很成熟。

在北斗系統(tǒng)建網(wǎng)初期，國內導航芯片企業(yè)就開展了產(chǎn)品的研制如北斗星通、東方聯(lián)星、國騰電子、泰斗微電子、華力創(chuàng)通等公司均推出了北斗芯片產(chǎn)品。

2011年12月27日，北斗系統(tǒng)宣布試運行，并公布了測試版接口控制文件（ICD）。2012年12月27日，北斗系統(tǒng)宣布正式提供區(qū)域服務，并公布了正式版ICD文件和服務性能規(guī)范文件。國外主流衛(wèi)星導航企業(yè)如英國CSR公司（SiRF）、瑞士u-blox公司、加拿大NovAtel公司、美國天寶（Trimble）公司、高通（Qualcomm）公司，臺灣聯(lián)發(fā)科（MTK）等公司，憑借深厚的接收機產(chǎn)品技術研發(fā)能力作為基礎以及國內外市場的先入優(yōu)勢，快速推出支持北斗/GPS雙模芯片或多模芯片。這無疑極大推動了國內北斗芯片技術的進步和市場的繁榮。有競爭，才有提升，這也對我國從事北斗芯片的廠商帶來極大的挑戰(zhàn)。

從目前來看，整個北斗市場格局呈現(xiàn)三足鼎力的局面：在手機、平板電腦為主的大眾消費類市場，以高通、博通、MTK為主要代表；在測繪等行業(yè)應用市場，以NovAtel公司、Trimble公司為代表，在交通、公安、金融、軍隊、緊急救援等行業(yè)應用市場，以國內芯片企業(yè)為代表；在車載等大眾應用市場，則以CSR公司（SiRF）、ST公司為代表。以下按照這三類將北斗芯片生產(chǎn)商的主流產(chǎn)品加以介紹。

二、大眾消費類北斗芯片

大眾消費類北斗芯片包括用于手機和便攜式自主導航（PND）等產(chǎn)品上的芯片。智能手機是目前衛(wèi)星導航應用規(guī)模最大的市場，同是也是對衛(wèi)星導航芯片成熟度、低功耗、低成本要求最高的領域。

1.MTK公司

MTK成立于1997年，是全球著名IC設計廠商。

2013年1月，MTK推出MT3332/MT3333 SoC（片上系統(tǒng)）芯片（見圖1），可支持GPS、北斗、GLONASS、伽利略及QZSS等5種全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的信號，藉由多系統(tǒng)的相互輔助，能大幅提升導航定位的精度和可靠性，避免誤差隨時間推移及行程增加而累積。

圖1 MT3333芯片

2014年2月，MTK發(fā)布了全球首款支持4G LTE網(wǎng)絡的真八核處理器MT6595（見圖2），該芯片采用四核Cortex-A17以及四核Cortex-A7的大小核方案。支持GPS、北斗、GLONASS、伽利略及QZSS系統(tǒng)。

圖2 采用MT6595芯片的手機

2014年2月，MTK發(fā)布了一款無線SoC處理器芯片——MT6630（見圖3），支持20/40/80MHz頻道帶寬，支持低功耗藍牙，整合了ANT＋（藍牙健康與健身聚合器套件）技術，可廣泛應用于運動健身配件/可穿戴設備，同時支持GPS、北斗、GLONASS、伽利略、QZSS系統(tǒng)。

圖3 MT6630芯片

2014年7月，MTK發(fā)布了真八核芯片——MT6795，該芯片采用八核Cortex A53，提供2.2GHz的時脈速度，并提供最高達933MHz的雙通道LPDDR3內存。MT6795 是MTK專門為高端智能手機打造的SoC，是首款支持2K屏幕的64位真八核LTE解決方案。2015年1月，MTK首次拿下hTC的旗艦機訂單。

2015年1月，MTK發(fā)布了專為Android Wear系統(tǒng)的可穿戴設備打造的全新低功耗處理器MT2601（見圖4），具有雙頻WIFI、藍牙4.1以及ANT+和FM等功能，并兼容主流的GPS、北斗、GLONASS，無線連接功能十分強大。

圖4 MT2601芯片

2.高通公司

高通是一家美國的無線電通信技術研發(fā)公司，成立于1985年7月。2012年12月,高通宣布推出兩款28nm工藝的四核芯片和MSM8226,這兩款芯片集成了WTR2605多模無線收發(fā)器,該收發(fā)器支持CDMA、HSPA+、以及TD-SCDMA網(wǎng)絡,芯片組集成了GPS,支持北斗和伽利略導航系統(tǒng)。

2013年11月，高通與三星合作推出支持北斗衛(wèi)星定位功能的旗艦智能手機GALAXY Note 3（配備高通驍龍800移動處理器MSM8974），成為首批支持北斗系統(tǒng)的智能手機（見圖5）。2014年，高通發(fā)布了28nm工藝、64位的MSM8916、MSM8936，支持GPS、GLONASS和北斗系統(tǒng)。高通2014年7月宣布，將攜手中國代工制造商中芯國際，由后者為其代工制造驍龍（Snapdragon）處理器。

圖5 MSM8974芯片

3.博通公司

2013年12月，博通公司宣布推出一款支持北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星導航芯片BCM47531（見圖6），它能夠同時使用從5個衛(wèi)星系統(tǒng)（GPS、GLONASS、QZSS、SBAS和北斗衛(wèi)星）發(fā)出的信號來產(chǎn)生定位數(shù)據(jù)，提高了導航定位精度，尤其是在性能受建筑和掩體影響的城區(qū)，效果更為明顯。

圖6 BCM 47531芯片

2014年4月，博通宣布推出業(yè)界首款用于全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)的單芯片解決方案即具備40nm工藝的芯片——博通BCM4771（見圖7），專門用于大眾市場的低功耗可穿戴設備，如健身跟蹤器、智能手表等。BCM4771同時匹配了GPS、QZSS、北斗等多套衛(wèi)星導航系統(tǒng)，同時還預估了未來7天星地數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的準確度。以往的衛(wèi)星導航定位設備在大樓間、地下通道等GPS盲點就會跟蹤不到或位置發(fā)生偏移，但博通的這款芯片采用與其他傳感集線器集成的方式，具備智能情境感知功能。這款超級低功耗的處理器能夠為可穿戴設備增加定位和健康追蹤服務，并且減少75%的現(xiàn)有電池消耗。這意味著智能手表等外設的續(xù)航能力更強，能夠為用戶帶來更長的使用時間。

圖7 BCM4771芯片

2014年12月， 博通公司發(fā)布智能手機GNSS定位中樞芯片——BCM4774。博通BCM4774同時支持伽利略、GPS、GLONASS、SBAS、QZSS和北斗。在某些模式下，與傳統(tǒng)架構相比，博通先進的硬件設計和更大的內存可將能耗減少多達95%，從而大大延長移動設備的電池壽命。

三、行業(yè)應用類北斗芯片

1.西安航天華迅科技有限公司

西安華迅于2005年7月成功研制出國內首款具有自主知識產(chǎn)權的GPS射頻芯片，2006年11月研制成功國內首款SoC式GPS數(shù)字處理芯片。公司于2008年3月研制成功第二代多星座、全頻點導航射頻芯片，該芯片全面覆蓋GPS(L1-L5)、北斗(B1-B3)、伽利略(E1-E6)、GLONASS導航系統(tǒng)的所有頻點，并且適用于第三代移動通信環(huán)境下對低功耗、抗干擾要求非常嚴格的手機應用。

2009年研制成功一系列兼容GPS、北斗B1/B2/B3的多通道射頻芯片，2010年成功量產(chǎn)兼容GPS和北斗二代國際先進的數(shù)字基帶處理芯片，2011年實現(xiàn)GPS芯片超過百萬片，北斗芯片訂單超過20萬片。

2014年3月，公司研發(fā)出第四代GPS和北斗雙模定位芯片并量產(chǎn)。芯片采用0.1μm（HX8411）和40nm （HX8531）兩種工藝設計，精度到2.5m。芯片除應用于車載導航外，可以直接進入手機應用。

2.杭州中科微電子有限公司/中國科學院微電子研究所

2007年12月21日，杭州中科微電子有限公司和中國科學院微電子研究所宣布自主研發(fā)成功國內首款CMOS衛(wèi)星導航接收芯片——航芯一號及手機用衛(wèi)星導航接收芯片——航芯二號。先后又研制成功支持北斗、GPS、GLONASS、伽利略多模單通道射頻芯片ATGR101、支持北斗、GPS、GLONASS、伽利略多模雙通道射頻芯片ATGR201和支持北斗、GPS、GLONASS、SBAS、QZSS多模式導航基帶芯片ATGB03。

2014年10月，杭州中科微電子有限公司研制成功我國首款北斗導航多模射頻基帶一體化單芯片——ATGS01，該芯片采用領先的55nm工藝制程。

3.和芯星通科技（北京）有限公司

和芯星通是北斗星通旗下的公司，成立于2009年3月，專業(yè)從事高集成度芯片設計和高性能核心算法研發(fā)，于2010年9月成功推出第一顆擁有完全自主知識產(chǎn)權的高性能SoC芯片Nebulas。這是一款高性能多系統(tǒng)多頻率衛(wèi)星導航SoC芯片，采用90nm工藝，支持多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)的全部頻率，已經(jīng)完成批量化生產(chǎn)。

2013年，該公司發(fā)布Humbird SoC低功耗芯片——UC260（見圖8）,采用先進的55nm工藝和公司完全自主知識產(chǎn)權的GNSS技術，可同時運行64通道，為用戶提供超低功耗、超高性能的位置服務和用戶體驗。Humbird兼容支持北斗、GPS、GLONASS、伽利略，支持雙系統(tǒng)聯(lián)合定位和單系統(tǒng)獨立定位模式。獨有的Ultra-sense高靈敏度基帶設計，使接收機在城市峽谷及復雜環(huán)境中仍保持出色的定位效果。同時，由于采用了創(chuàng)新性的Rhythm Sleep獨有技術，Humbird能夠運行在極低的功耗水平。芯片引腳簡潔、體積小巧，除適用于車輛監(jiān)控/導航、授時等專業(yè)應用外，也非常適合于便攜導航、GIS手持等應用。

圖8 Humbird UC 260芯片

4.東莞泰斗微電子科技有限公司

東莞泰斗微電子于2009年12月推出國內第一款北斗導航SOC基帶芯片即泰斗第一代北斗/GPS雙模導航基帶；2011年7月，泰斗第二代北斗/GPS雙模導航基帶芯片TD1010芯片流片研發(fā)成功；2013年9月，發(fā)布55nm CMOS“射頻+基帶+FLASH”三合一的北斗、GPS雙模導航導航芯片TD1020（見圖9）。2014年，中興通訊ZTE采用泰斗微電子TD1020的北斗、GPS導航三防智能手機G601U已完成第一批商用機的量產(chǎn)，標志著國內自主北斗芯片已經(jīng)正式進入智能手機行業(yè)。

圖9 TD1020芯片

5.北京華力創(chuàng)通科技股份有限公司

華力創(chuàng)通2011年2月成功開發(fā)出完全自主知識產(chǎn)權芯片HwaNavChip-1，具有多頻雙系統(tǒng)、北斗精密碼、高動態(tài)等先進特性。該款芯片能夠同時接收北斗系統(tǒng)B3 和B1頻點和GPS系統(tǒng)L1頻點，實現(xiàn)多系統(tǒng)組合導航定位和授時功能。是華力創(chuàng)通公司基于自主技術研發(fā)的高性能衛(wèi)星導航芯片，能夠同時接收北斗和GPS導航衛(wèi)星信號，實現(xiàn)精確的三維定位、三維測速、精確授時。GNiStar-2是集新一代的高性能北斗/GPS導航和多媒體平臺于一體的高集成度SoC芯片（見圖10）。

圖10 GNiStar-2芯片

6.北京東方聯(lián)星科技有限公司

東方聯(lián)星公司于2009年6月推出東方聯(lián)星ProGee導航通信芯片，具有GSM/GPRS通信功能和GPS衛(wèi)星定位功能。2009年8月，推出國內首款成熟商用的北斗、GPS、GLONASS三模兼容高性能衛(wèi)星導航芯片OTrack-32，采用0.18μmCMOS工藝，是完全國產(chǎn)化的高性能核心器件。

OTrack-128 是公司推出的新一代北斗衛(wèi)星導航芯片，兼容北斗、GPS、GLONASS、伽利略系統(tǒng)，其尺寸小（12mm×12mm×1.25mm），工藝先進，封裝靈活，支持陶封和塑封，抗干擾能力強，最多能消除12 個窄帶干擾，支持北斗（無線測定）RDSS業(yè)務，支持A-GNSS（輔市場分析

Market Analysis助GNSS）。

NavCore-S單系統(tǒng)芯片于2007年11月實現(xiàn)量產(chǎn)，該芯片可以選擇接收北斗、GPS或GLONASS導航衛(wèi)星信號，實現(xiàn)精確的三維定位、三維測速、精確授時（見圖11）。

圖11 NavCore-S芯片

7.上海北伽導航科技有限公司

上海北伽導航科技有限公司（原上海伽利略導航有限公司）是在上海市政府的直接支持下成立的專注于衛(wèi)星導航定位領域科研和產(chǎn)業(yè)化的高科技企業(yè)。

2014年11月，在上海軍民兩用基礎促進大會上，上海北伽導航科技有限公司發(fā)布了40nm的北斗導航芯片航芯一號，據(jù)稱，航芯一號是國內首顆SoC工藝北斗多模射頻基帶一體化芯片，將在2015年3月投入量產(chǎn)，在中興手機上開展百萬級的示范應用，并將逐步進入平板電腦、可穿戴設備、車載導航等設備。

8.北京理工雷科電子信息技術有限公司

北京理工雷科電子信息技術有限公司成立于2009年底，目前擁有雷達系統(tǒng)，衛(wèi)星導航，數(shù)據(jù)采集、存儲、處理等產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)?，F(xiàn)已推出用戶設備B3-B1/L1基帶信號處理芯片和可以接收GPS、北斗二號等導航系統(tǒng)衛(wèi)星信號的GNSS接收機基帶芯片。

9.NovAtel公司

成立于1978年的NovAtel公司是目前精密全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）及其子系統(tǒng)領域中，處于領先地位的產(chǎn)品與技術供應商。2013年1月，NovAtel公司宣布，在其OEM6系列產(chǎn)品和OEMStar GNSS接收機上增加對北斗導航系統(tǒng)的支持。OEM6和OEMStar接收機將可通過固件升級實現(xiàn)北斗信號的跟蹤，整合到己有的GPS,GLONASS，伽利略和QZSS信號接收支持。

10.天寶公司

天寶公司成立于1978年，數(shù)十年來一直在GPS技術開發(fā)和實際應用方面處于行業(yè)領先地位。2011年，天寶公司推出了兩款GNSS模塊BD910和BD920，這兩個模塊的定位精度能夠達到厘米級，而且具有RTK（載波相位差分）功能，設計應用在高精度和控制應用工作中。單頻的BD910和雙頻的BD920全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)模塊設計封裝緊湊，專門用于高精度的應用。該模塊可以接收包括GPS、GLONASS、伽利略和北斗系統(tǒng)在內的多種頻段信號。另外，BD910和BD920模塊還可以集成在BX982接收機中。

2014年10月，天寶推出BD930，具有最快的RTK初始化速度，內置卡爾曼濾波PVT引擎，能迅速實現(xiàn)1～2cm的定位精度。天寶BD930高精度定位板卡支持GPS、GLONASS、伽利略和北斗。對于集成應用者來說，用戶可以利用該板卡集成適用于城市、森林峽谷等高精度定位的測量設備。

四、大眾應用類北斗芯片

1.CSR公司（SiRF）

美國SiRF公司成立于1995年，于2009年年初被英國的CSR公司收購。SiRF于1996年發(fā)布第一代衛(wèi)星導航芯片——SiRFstarI，1999年發(fā)布第二代衛(wèi)星導航芯片——SiRFstarII，2004年發(fā)布了曾經(jīng)占據(jù)市場主流的第三代衛(wèi)星導航芯片——SiRFstarIII，2009發(fā)布了65nm工藝SiRF第四代衛(wèi)星導航芯片——SiRFstarIV。

收購了SiRF后的CSR公司于2011年發(fā)布了40nm工藝的SiRF primalII,采用ARM Cortex-A9處理器運行速度高達1GHz，為最新的導航、娛樂、通信和信息應用程序提供了充足的動力。支持GPS、伽利略、GLONASS和北斗系統(tǒng)。改善了導航系統(tǒng)在視線遮蔽環(huán)境的效能，結合定位推算軟件，讓用戶不論開車經(jīng)過城市峽谷、隧道或者立體停車場，都能維持暢通的導航。

2011年，CSR發(fā)布了SiRF第五代衛(wèi)星導航芯片——SiRFatlasV，偏重于中高檔車載導航新品，搜星速度快，散熱性強，相比SiRFstarIV代芯片去掉了部分多余的內核和端口，搜星更為穩(wěn)定。并于2013年初宣布該芯片支持北斗功能。ACCO艾酷A900TV旅游導航儀采用的是SIRFAtlasV雙核CPU。

2012年，CSR發(fā)布SiRF第六代衛(wèi)星導航芯片——SiRFatlasVI，該芯片具有星圖記憶功能，在第一次搜星定位后，再次開機只需10～30s即可定位。采用了航位推算技術，支持GPS、GLONASS、伽利略和北斗系統(tǒng)。針對高性能、主流的車載信息娛樂系統(tǒng)，以及移動互聯(lián)網(wǎng)與便攜式導航設備而設計的SiRFatlasVITM多功能SoC可同時實現(xiàn)導航、影音播放、免提電話等功能（見圖12）。

圖12 采用SiRFatlasV芯片的導航設備

2.u-blox公司

瑞士u- blox公司創(chuàng)建于1997年，該公司通過使用其他廠商的GPS芯片設計生產(chǎn)GPS模塊的方式打入GPS行業(yè)，主攻車載GPS市場。小有成就之后，開始涉足芯片設計。

2013年2月，u-blox公司宣布，已成功實現(xiàn)中國北斗系統(tǒng)衛(wèi)星定位功能。具備65nm工藝的UBX-G7020 ,支持GPS、GLONASS、QZSS、SBAS、伽利略、北斗，與其他獨立式解決方案相較，功耗僅有1/3。

2014年2月，u-blox公司推出一款車載芯片UBXM8030-Kx-DR，兼容GPS/GLONASS/北斗。據(jù)了解，該芯片集成了全新的“3D自動假設航路推測”技術，可在高海拔、偏遠地區(qū)及衛(wèi)星不可見地區(qū)，高密度城市地區(qū)，擁擠的高速公路及停車場，計算汽車的位置及速度。該芯片兼容GPS、GLONASS、北斗，還能在衛(wèi)星信號完全消失時，進行精準定位。

3.ST公司

意法半導體（ST）公司成立于1987年，是意大利SGS半導體公司和法國湯姆遜半導體合并后的新企業(yè)，自1999年起，ST始終是世界十大半導體公司之一。

ST已經(jīng)推出了第一代導航芯片——ST Teseo和第二代導航芯片——ST TeseoII，并于2014年宣布推出第三代導航芯片——獨立式定位單芯片Teseo III。Teseo III能夠接收多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)射的信號。對于汽車導航系統(tǒng)，車載信息系統(tǒng)，便攜式、海洋、健身等需要任何定位系統(tǒng)發(fā)射的最佳訊號的定位設備，Teseo III均可在城市、郊區(qū)和山區(qū)提供出色的定位準確度。

五、結束語

從以上對國內外三類北斗衛(wèi)星導航芯片現(xiàn)狀的分析，可以得出以下發(fā)展趨勢和啟示。

1）芯片工藝方面，國際主流廠商北斗芯片工藝向28nm直至20nm發(fā)展，國內只有個別廠商發(fā)布了40nm工藝的芯片，而國外主流已全部采用40nm工藝以上，導致國產(chǎn)芯片體積、重量、功耗偏高，性能方面也存在一定差距?；赟oC技術的單芯片是目前芯片的主流趨勢，國內僅有個別企業(yè)利用自主的基帶芯片與本土其他企業(yè)的射頻芯片進行了SIP（系統(tǒng)級封裝），目前還沒有一款基帶射頻一體化SoC芯片貨架產(chǎn)品。

2）芯片處理性能方面，國際主流北斗芯片兼容目前（包括北斗在內的）所有的導航系統(tǒng)，增強性能和可靠性，加入了室內定位應用的A-GNSS技術，通過采用MEMS（微電子機械系統(tǒng)）可實現(xiàn)衛(wèi)星信號斷續(xù)時導航系統(tǒng)的無縫續(xù)航能力，特別是在隧道、地下車庫、多層立交橋及城市峽谷等情況下的定位。

3）芯片功能方面，國際主流廠商北斗芯片集成了導航、通信、多媒體、WiFi、藍牙等多項功能，國產(chǎn)芯片功能比較單一，但是現(xiàn)在已有導航與通信結合的芯片面市。

4）芯片應用方面，國際主流廠商發(fā)布了應用于手機、PND、可穿戴產(chǎn)品的芯片，盡管國內已經(jīng)發(fā)布了可應用于手機的北斗芯片，但國產(chǎn)芯片目前應用還是集中在交通監(jiān)控、電力/電信授時、氣象探測等行業(yè)領域。國產(chǎn)北斗定位芯片進入智能手機，意味著國產(chǎn)北斗定位芯片在成熟度、功耗、成本方面得到了大幅提升，同時也將以此為突破口，加速北斗進入大眾消費領域的步伐。

5）芯片生產(chǎn)方面，國際廠商分別采取在中國代工或者建立研發(fā)中心的形式實現(xiàn)本土化以更加快速全面地占領市場，國內廠商應充分利用好國家和行業(yè)政策，在北斗產(chǎn)業(yè)中占領一席之地。國內廠商應該利用本土化綜合優(yōu)勢抱團發(fā)展，而不應由進行同質化惡性價格競爭，影響行業(yè)的良性發(fā)展。