基于MTK方案AG3335芯片设计的款超小型超低功耗定位器

案例背景:
当时设计了一款鸽子定位器，用于记录鸽子比赛的飞行轨迹，由于是安装到鸽子腿上，要求定位器体积小质量轻功耗低。我们采用mtk最新芯片完成了产品的开发，完全符合预期。
技术选型（选型要点：单芯片解决方案，功耗超低）
通过研究对比选定MTK的AG3335芯片，该芯片系统开放openMCU，可在GPS芯片上自由编程实现系统需要功能。在功耗表现上也是同领域佼佼者。
功耗对比图：

GPS定位技术MTK全球领先的企业，其中MT3333芯片已发布8年时间，在市场上得到广泛应用，也是性能相当出色的经典产品。MTK的卫星定位技术积累是相当雄厚的。
产品采用MTK最新的基于Cortex-M4架构12nm技术的定位芯片AG3335MN，该芯片是在MT3333的基础上发展而来，主频530MHz、配备4MB flash、664KB SYSRAM、80KB UserSRAM、除了GPS双频接收解析功能外还包含一些基础外设：2.0USB、4路10bitADC、串口、I2C、SPI、3路PWM，这些资源完全满足系统所有功能，可以实现单芯片解决方案。
芯片定位性能如下图所示：

定位系统框架图：

系统的电源单元，输入直流5V，充电芯片转换至电池电压给电池充电，电池电压直接作为系统主电源供电，辅助电源将电压通过DCDC进一步降低，以供给CPU核心处理单元，这样有利于提高电池电量利用率，降低功耗，最终整机在定位期间12mA、待机时21uA。GPS天线信号采用一级放大和一级滤波送入芯片。定位器和充电器之间通过串口通信，进行数据交互设置和数据上报。充电器采用4G的Cat1模块通信，传输速度快，覆盖面大，技术不易被淘汰。
系统框架
系统主要包括硬件层、驱动层、SDK&FreeRTOS系统层、应用层，如下图所示：

【硬件电路层】：
核心处理单元采用AG3335MN处理器，该MCU集成了多种外设，可以在片内实现产品主要功能。集成GPS接收解调板块，集成MPU能高效的管理各路电源，这样既能减小成品体积，又能提升效率降低成本。
系统包括6个部分，1、AG3335MN核心处理单元，也是产品核心算法执行单元。2、充电和电池保护模块是系统电池管理板块。3、GPS天线是系统硬件的关键板块决定系统整体性能。4、LED是人机交互单元，方便用户了解设备状态。5、电量检测是系统软件感知电池状态的窗口。6、串口是设备与用户数据连接的唯一通道。这6部分是产品的电器组成板块。充电器是设备工作的辅助模块，是用户与设备连接的媒介，是系统不可或缺的一部分。
充电器部分，是系统交互的关键环节，需要做到灵活能扩展，功能要求如下：
1、能自动升级自身软件；
2、能给定位器本体升级软件；
3、存储EPO文件；
4、存储多个定位器的定位数据；
5、独立ID管理，与充值ID关联；
6、定位器ID绑定管理；
7、定期给定位器充电，自动维护电池；
8、自带电池，待机续航6个月以上；

【驱动层】和【SDK&FreeRTOS】：
单片机驱动层部分由MTK提供+部分自主设计，系统和SDK由MTK提供，可以直接根据应用文档调用即可。
单片机编程要求：
1）编程规范。
2）注释清晰。
3）硬件相关文件独立。
4）数据存储管理规范（设计文档）。
5）程序版本管理，能够满足多人同时开发。

【应用层】：
单片机应用程序，是定位器的核心功能的逻辑，各种应用场景和逻辑都需要在应用中实现，单片机RAM和Flash资源有限，在应用编写时需要充分利用，不能轻易过度使用资源，还要考虑到系统软件的后期升级，原则上现有资源使用不超过70%，程序需要精简高效。
应用的功能如下：
GPS冷启动加速，开机首次定位相对较慢，可能耗费时间较久，但这一步必须做到，这是设备工作的第一步。有了第一步的参考以后的定位都是热启动，热启动能快速定位。为了加速冷启动的速度，可以采用EPO功能，为首次定位提供星历和参考时间及参考位置。星历文件在设置参数时就下载好，系统有RTC可以记录准确时间，下载星历的同时可以设置使用地坐标，这样在定时开机后可以使用参考信息加速首次定位的时间。
EPO服务，通过充电器的4G模块下载MTK服务器上的EPO文件，然后发送给每个正在充电的设备，EPO支持3到30天的星历文件。根据服务器的设置，充电器能下载特定时长的星历文件。
电池电量检测，通过检测电池电压间接分析电池电量使用情况。从而能科学的调节采样策略，以保证整个使用过程数据的完整性。
RTC时间，硬件支持32.768KHz的晶振，保证休眠时间和参考时间的准确。时间能够自动在GPS定到位以后自动校准。
定时开关机，在使用前进行设置让定位器休眠，到指定的时间醒来，此功能定义为定时开机功能。在未运动的时间进入休眠状态，以降低功耗，使其降低功耗延长工作时间。
周期采样存储，启动工作以后，定位器按照一定的频率获取定位数据并存储，直到电量耗尽为止，预留电池保护机制，如3.4V进入深度睡眠等。
通过串口设置参数，如：开机时间、休眠时间、次日启动时间、采样周期。
LED指示，LED可以指示设置参数的状态或者电量情况等。起到人机交互的作用，方便观察设置结果。
数据加密、压缩，添加数据压缩和加密功能，以保证数据的安全性。
项目最终参数
系统主要参数指标如下所示：
外形尺寸：21mm X21mmX20mm。
设备重量：4g。
1路GPS接收天线L1频段。
定位时电流12mA（整机）
待机电流20uA（整机，GPS保留部分现场数据）
平均定位时间3S以内
较好条件定位1S以内
研发过程
1、前期方案选择验证测试

2、天线选型测试

3、贴片分析

4、单板电流测试数据

5、GPS接收链路测试
测试标准：
当信号强度为-110dbm时，其CN值为60±2db;
当信号强度为-130dbm时，其CN值为40±2db。
-110dbm信号输入，CN值是59合格

-130dbm信号输入，CN值是39合格

6、信号及时钟抖动测试（阳台）

时钟抖动正常范围，信号良好

可定制开发的方案：
微型定位器、宠物定位器、牛羊定位器、超小型定位器/MT3333/AG3335（通信技术可以匹配NB-iot、Cat1-4G、LoRa）。