GPS是利用繞地球環行軌道運行的人工衛星,正確判斷自己在地球上的位置的系統,利用來自高度約2萬km的6條圓軌道上各配置了4個(共計24個)美國防總省管理的GPS衛星的電波.GPS衛星大約在11點58分繞地球一周.測定接收者和GPS衛星的位置關系,能夠以10m左右的精度算出當地的緯度,經度,高度等.GPS衛星發出的電波內置有高性能的原子鐘,通過1.2/1.5GHz頻帶的電波向地面發送包含時刻的數據,有被加密和未被加密的.本文就車載應用中搭載GPS的汽車導航系統用晶振部件的使用示例,技術課題進行簡單說明.
可以用于民生的是沒有加密的數據,由于意外的精度下降,誤差會達到100m左右.為了減小誤差進行位置情報補正的"DGPS"技術已經投入實際應用.是一種通過在已知位置的基站中進行基于GPS的測量,用FM廣播等地面波發送實際位置和由GPS計算出的位置的偏差,對來自GPS衛星的接收信號計測的結果進行校正,提高位置精度的技術.通常的GPS會產生100m左右的誤差,但是通過DGPS可以減輕約5m左右的誤差.另外,GPS衛星為了在大約7年半的時間內迎來壽命,每年都會發射新的衛星投入軌道,大約有30顆衛星正常運用.GPS接收機接收來自多個GPS衛星的電波,通過分別算出與各自的距離,可以測定當前位置.在能看到3顆衛星的地方可以算出緯度和經度,在能看到4顆衛星的地方除此之外還可以算出高度.(圖1顯示GPS接收示例)
GPS的民生利用是飛機和船舶等航行系統雖然已經進行了,但是隨著近年來石英晶振等其他元器件技術的發展,隨著機器的小型化和低價格化的發展,從情報技術的發展開始繪制地圖,因為顯示的計算機系統等也變得廉價地提供,所以也廣泛地組合到汽車導航系統等中,利用位置情報提供各種各樣的服務.

圖1GPS接收示例

2.GPS用途的水晶制品
汽車導航系統會搭載在車里,但是對于電子零部件的搭載環境絕對不要緊沒有.圖2表示溫補晶振的搭載示例.考慮到諸如高溫度,低溫度等的各種使用環境,發送信號被發送到接收器狹小偏差的tcxo被用作源頭.要求高精度,因此,對溫補晶振要求的要求如下所示.
◆頻率溫度特性:±0.5ppm以下
◆短期頻率穩定度(低相位噪聲,低相位抖動)
◆應對急劇的頻率變化(Microfrequencyjump等)
具體的要求規格示例如表1所示.在用于參考的情況下,振蕩器頻率容許偏差相對于溫度的偏差相對于±2.0ppm,GPS應用時為±0.5ppm,GPS應用的頻率精度是一位數的高精度晶振.

圖2TCXO的搭載示例

表1TCXO所要求的電氣特性的對比(代表例)

3.用于GPS的TCXO的頻率溫度特性
如圖3所示,參考用的溫補晶振的頻率溫度特性在通常的修正中滿足±2.0ppm(規格:外側的點線),但在通常的修正中無法實現±0.5ppm(規格:內側的點線).因此有必要進行高精度的溫度補正.圖4示出了頻率-溫度特性的高精度修正的例子.通過該高精度修正,如圖5所示,可滿足±0.5ppm.如圖4,5所示,通過根據水晶振子的頻率溫度特性進行高精度修正,可減小擬合錯誤,實現滿足GPS用途所要求的振蕩頻率容許偏差±0.5ppm的溫補晶振.為了實現這個高精度,人工水晶,水晶振子,電子電路的所有領域都有必要解決技術課題.