Kevin Truempi ist Senior Product Manager bei U-blox.

Bild: U-Blox

Interview zum Ultra-Low-Power-GPS-Chip „Das weltkleinste GPS-Modul“

04.10.2022

Präzise Ortungslösungen kämpfen mit Herausforderungen wie Miniatur-Designs, kleine Batterien und problematische Signalumgebungen. Das Ultra-Low-Power-Modul MIA-M10 liefert mit einer winzigen Antenne und einer kleinen Batterie eine anhaltende, zuverlässige Performance und verbessert somit die Leistung intelligenter Geräte, durch lange Batterielebensdauer und hoher Positionsgenauigkeit. Wie das funktioniert, erklärt Kevin Truempi, Senior Product Manager bei U-blox, im Interview.

Was sind die Hauptmerkmale des MIA-M10 Moduls?

Die Ultra-Low-Power-Funktion hat einen Stromverbrauch von weniger als 25 mW im kontinuierlichen Tracking-Modus. Der Chip verbraucht 35 Prozent weniger Strom als frühere Generationen. Der Miniatur-Formfaktor punktet mit einem Modul in Chipgröße 4,5 x 4,5 mm x 1,0 mm. Durch die hohe RF-Empfindlichkeit, die die Zeit für eine Positionsbestimmung verkürzt und eine maximale Positionsverfügbarkeit bei gleichzeitigem Empfang von 4 GNSS ermöglicht, erlaubt hochpräzise Positionierung und Verfügbarkeit. Zudem ist das Modul mit der Super-S-Technologie ausgestattet. Sie dient zur Steigerung der Positioniergenauigkeit in Umgebungen mit schwacher Signalverfügbarkeit. Die U-blox M10 Platform ist ideal für kleine batteriebetriebene Anwendungen geeignet. Zusätzlich bietet der Schutzradius 95 Prozent Vertrauen in den maximalen Positionsfehler in Echtzeit, den die Anwendung berücksichtigen kann. Außerdem verfügt der Chip über eine Kompensation schwacher Signale und erlaubt die Verfolgung aller vier globalen GNSS-Konstellationen.

Warum ist das MIA-M10-Modul die maßgeschneiderte Lösung für Smart-Geräte und Wearables?

Batteriebetriebene Asset-Tracker unterliegen besonderen, voneinander abhängigen Größen-, Leistungs- und Energieeinschränkungen. Da das MIA-M10 nur etwa halb so groß ist wie Konkurrenzprodukte, ermöglicht der Miniaturformfaktor Entwicklern, attraktivere und komfortablere Lösungen zu entwerfen. Das Modul bietet einen extrem niedrigen Stromverbrauch ohne Beeinträchtigung der GNSS-Leistung. Dies ist besonders wichtig, wenn man die Aktualisierungsrate des GNSS-Empfängers betrachtet: Wenn ein Gerät seine Positionsaktualisierungsrate erhöht, zieht der erhöhte Rechenbedarf mehr Strom aus der Batterie, was die Energieautonomie verringert. Ebenso werden kleine Geräte in der Regel mit kleinen Batterien betrieben, was sich ebenfalls negativ auf die Energieautonomie auswirkt. Kleine GNSS-Antennen wirken sich ebenfalls negativ auf die Ortungsleistung aus, ebenso wie eine schlechte Antennenplatzierung. Fitness-Tracking-Geräte, wie zum Beispiel Sportuhren, sind mit kleinen Antennen und Batterien ausgestattet, die eine relativ hohe Aktualisierungsrate von 1-4 Hz erfordern. Das MIA-M10 umfasst auch diverse Energiesparmodi, die die Batterielebensdauer verdoppeln können, indem sie Positionsgenauigkeit und Stromverbrauch optimal ausbalancieren. Die Unterstützung des AssistNow GNSS-Dienstes von U-blox, der Orbitaldaten über das Internet liefert, verkürzt die Zeit, die das MIA-M10 benötigt, um seine anfängliche Position beim Start zu bestimmen, so dass er sofort Satelliten verfolgen kann, ohne auf den Abschluss langsamer Satellitendaten-Downloads warten zu müssen. Anwendungen, die eine besonders lange Energieautonomie benötigen, können den CloudLocate-Service von U-blox nutzen, der die Lebensdauer von IoT-Anwendungen verlängert, indem er die energieintensive Positionsberechnung in die Cloud verlagert.

Für welche Wearables oder Consumer-
Geräte eignet sich der MIA-M10 
beziehungsweise wird es verwendet?

Der Ultra-Low-Power-GPS-Chip kann seine Stärken besonders in Anwendungen wie Sportuhren/Fitness-Tracking-Geräte, Handheld-Geräte und gesundheitsbezogene Tracker sowie Tracker für Haustiere, Kinder und Senioren ausspielen.

Wie wird der extrem niedrige 
Stromverbrauch erreicht, ohne die 
Positionierungsleistung zu 
beeinträchtigen?

Der MIA basiert auf der neu entwickelten Siliziumplattform M10, die für einen geringen Stromverbrauch ausgelegt ist. Neben Hardware-Verbesserungen haben auch intelligentere Algorithmen dazu beigetragen, noch mehr Strom zu sparen.

Wie wirkt sich der Miniaturform­faktor (kleinstes GNSS-Modul) auf die Ultra-­Low-Power-Funktion aus 
beziehungsweise ermöglicht sie diese?

Die Energieeinsparungen werden hauptsächlich durch die neue M10-Plattform ermöglicht. Der kleine Formfaktor ergibt sich daraus, dass MIA auf einer SiP (System in Package)-Technologie basiert, die es ermöglicht, die Komponenten in einem kleineren Gehäuse enger zu platzieren.

Welche Vorteile bietet der MIA-M10 den Entwicklungsingenieuren?

Das sofort einsatzbereite GNSS-Modul in Chipgröße erfordert keine externen Komponenten, was den Entwicklungs- und Testaufwand reduziert, Kosten und Ressourcen spart und die Markteinführung beschleunigt. Welche Design-Entscheidungen ermöglichten es U-blox, diesen Meilenstein in Bezug auf Energie, Leistung und Fläche zu erreichen? Um einen so wichtigen Meilenstein zu erreichen, gibt es zwei Bereiche, in denen Verbesserungen erzielt werden können. Einer davon ist die Hardware, die auf unserem eigenen U-blox-Siliziumdesign basiert, wo wir mit der M10-Siliziumplattform einen enormen Sprung in Bezug auf den niedrigen Stromverbrauch gemacht haben. Darüber hinaus konnten wir auch neue Ideen und Optimierungen auf der Firmware-Seite verwirklichen, die eine weitere Reduzierung des Stromverbrauchs ermöglichen.

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