有多少北斗芯片，值得我们期待？

● 文|北京空间科技信息研究所 成振龙

有多少北斗芯片，值得我们期待？

● 文|北京空间科技信息研究所 成振龙

一、前言

卫星导航接收机的硬件系统主要由天线单元、射频单元、基带处理单元、微处理器和电源等模块组成。随着超大规模集成电路和数字信号处理技术的发展，原来的分立元件的接收机设计成芯片，使得体积、功耗、重量、成本进一步降低，性能进一步提高。卫星导航接收机专用芯片组的核心部件包括射频信号处理芯片（射频芯片）、基带信号处理芯片(基带芯片)和微处理器芯片。将射频芯片、基带芯片和微处理器合而为一的单芯片可以提高产品的性能和可靠性、降低体积、功耗和成本，是卫星导航产品发展的趋势。

微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进实现的。芯片制造工艺（也称为“制程”）优良与否，决定了芯片体积和功耗的大小。芯片体积越小，意味着集成电路越精细，功耗也越低，同时其制造难度与成本也越高。制造工艺的提高，意味着芯片的体积将更小、集成度更高。芯片制造工艺在1995年以后，从0.5μm、0.35μm、0.25μm、0.18μm、0.15μm、0.13μm、0.11μm、 90nm、80nm、65nm、55nm、40nm、28nm一直发展到20nm制程。芯片行业的40nm、28nm工艺都已经很成熟。

在北斗系统建网初期，国内导航芯片企业就开展了产品的研制如北斗星通、东方联星、国腾电子、泰斗微电子、华力创通等公司均推出了北斗芯片产品。

2011年12月27日，北斗系统宣布试运行，并公布了测试版接口控制文件（ICD）。2012年12月27日，北斗系统宣布正式提供区域服务，并公布了正式版ICD文件和服务性能规范文件。国外主流卫星导航企业如英国CSR公司（SiRF）、瑞士u-blox公司、加拿大NovAtel公司、美国天宝（Trimble）公司、高通（Qualcomm）公司，台湾联发科（MTK）等公司，凭借深厚的接收机产品技术研发能力作为基础以及国内外市场的先入优势，快速推出支持北斗/GPS双模芯片或多模芯片。这无疑极大推动了国内北斗芯片技术的进步和市场的繁荣。有竞争，才有提升，这也对我国从事北斗芯片的厂商带来极大的挑战。

从目前来看，整个北斗市场格局呈现三足鼎力的局面：在手机、平板电脑为主的大众消费类市场，以高通、博通、MTK为主要代表；在测绘等行业应用市场，以NovAtel公司、Trimble公司为代表，在交通、公安、金融、军队、紧急救援等行业应用市场，以国内芯片企业为代表；在车载等大众应用市场，则以CSR公司（SiRF）、ST公司为代表。以下按照这三类将北斗芯片生产商的主流产品加以介绍。

二、大众消费类北斗芯片

大众消费类北斗芯片包括用于手机和便携式自主导航（PND）等产品上的芯片。智能手机是目前卫星导航应用规模最大的市场，同是也是对卫星导航芯片成熟度、低功耗、低成本要求最高的领域。

1.MTK公司

MTK成立于1997年，是全球著名IC设计厂商。

2013年1月，MTK推出MT3332/MT3333 SoC（片上系统）芯片（见图1），可支持GPS、北斗、GLONASS、伽利略及QZSS等5种全球卫星导航系统的信号，藉由多系统的相互辅助，能大幅提升导航定位的精度和可靠性，避免误差随时间推移及行程增加而累积。

图1 MT3333芯片

2014年2月，MTK发布了全球首款支持4G LTE网络的真八核处理器MT6595（见图2），该芯片采用四核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系统。

图2 采用MT6595芯片的手机

2014年2月，MTK发布了一款无线SoC处理器芯片——MT6630（见图3），支持20/40/80MHz频道带宽，支持低功耗蓝牙，整合了ANT＋（蓝牙健康与健身聚合器套件）技术，可广泛应用于运动健身配件/可穿戴设备，同时支持GPS、北斗、GLONASS、伽利略、QZSS系统。

图3 MT6630芯片

2014年7月，MTK发布了真八核芯片——MT6795，该芯片采用八核Cortex A53，提供2.2GHz的时脉速度，并提供最高达933MHz的双通道LPDDR3内存。MT6795 是MTK专门为高端智能手机打造的SoC，是首款支持2K屏幕的64位真八核LTE解决方案。2015年1月，MTK首次拿下hTC的旗舰机订单。

2015年1月，MTK发布了专为Android Wear系统的可穿戴设备打造的全新低功耗处理器MT2601（见图4），具有双频WIFI、蓝牙4.1以及ANT+和FM等功能，并兼容主流的GPS、北斗、GLONASS，无线连接功能十分强大。

图4 MT2601芯片

2.高通公司

高通是一家美国的无线电通信技术研发公司，成立于1985年7月。2012年12月,高通宣布推出两款28nm工艺的四核芯片和MSM8226,这两款芯片集成了WTR2605多模无线收发器,该收发器支持CDMA、HSPA+、以及TD-SCDMA网络,芯片组集成了GPS,支持北斗和伽利略导航系统。

2013年11月，高通与三星合作推出支持北斗卫星定位功能的旗舰智能手机GALAXY Note 3（配备高通骁龙800移动处理器MSM8974），成为首批支持北斗系统的智能手机（见图5）。2014年，高通发布了28nm工艺、64位的MSM8916、MSM8936，支持GPS、GLONASS和北斗系统。高通2014年7月宣布，将携手中国代工制造商中芯国际，由后者为其代工制造骁龙（Snapdragon）处理器。

图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统的卫星导航芯片BCM47531（见图6），它能够同时使用从5个卫星系统（GPS、GLONASS、QZSS、SBAS和北斗卫星）发出的信号来产生定位数据，提高了导航定位精度，尤其是在性能受建筑和掩体影响的城区，效果更为明显。

图6 BCM 47531芯片

2014年4月，博通宣布推出业界首款用于全球卫星导航系统的单芯片解决方案即具备40nm工艺的芯片——博通BCM4771（见图7），专门用于大众市场的低功耗可穿戴设备，如健身跟踪器、智能手表等。BCM4771同时匹配了GPS、QZSS、北斗等多套卫星导航系统，同时还预估了未来7天星地数据，提高了数据的准确度。以往的卫星导航定位设备在大楼间、地下通道等GPS盲点就会跟踪不到或位置发生偏移，但博通的这款芯片采用与其他传感集线器集成的方式，具备智能情境感知功能。这款超级低功耗的处理器能够为可穿戴设备增加定位和健康追踪服务，并且减少75%的现有电池消耗。这意味着智能手表等外设的续航能力更强，能够为用户带来更长的使用时间。

图7 BCM4771芯片

2014年12月， 博通公司发布智能手机GNSS定位中枢芯片——BCM4774。博通BCM4774同时支持伽利略、GPS、GLONASS、SBAS、QZSS和北斗。在某些模式下，与传统架构相比，博通先进的硬件设计和更大的内存可将能耗减少多达95%，从而大大延长移动设备的电池寿命。

三、行业应用类北斗芯片

1.西安航天华迅科技有限公司

西安华迅于2005年7月成功研制出国内首款具有自主知识产权的GPS射频芯片，2006年11月研制成功国内首款SoC式GPS数字处理芯片。公司于2008年3月研制成功第二代多星座、全频点导航射频芯片，该芯片全面覆盖GPS(L1-L5)、北斗(B1-B3)、伽利略(E1-E6)、GLONASS导航系统的所有频点，并且适用于第三代移动通信环境下对低功耗、抗干扰要求非常严格的手机应用。

2009年研制成功一系列兼容GPS、北斗B1/B2/B3的多通道射频芯片，2010年成功量产兼容GPS和北斗二代国际先进的数字基带处理芯片，2011年实现GPS芯片超过百万片，北斗芯片订单超过20万片。

2014年3月，公司研发出第四代GPS和北斗双模定位芯片并量产。芯片采用0.1μm（HX8411）和40nm （HX8531）两种工艺设计，精度到2.5m。芯片除应用于车载导航外，可以直接进入手机应用。

2.杭州中科微电子有限公司/中国科学院微电子研究所

2007年12月21日，杭州中科微电子有限公司和中国科学院微电子研究所宣布自主研发成功国内首款CMOS卫星导航接收芯片——航芯一号及手机用卫星导航接收芯片——航芯二号。先后又研制成功支持北斗、GPS、GLONASS、伽利略多模单通道射频芯片ATGR101、支持北斗、GPS、GLONASS、伽利略多模双通道射频芯片ATGR201和支持北斗、GPS、GLONASS、SBAS、QZSS多模式导航基带芯片ATGB03。

2014年10月，杭州中科微电子有限公司研制成功我国首款北斗导航多模射频基带一体化单芯片——ATGS01，该芯片采用领先的55nm工艺制程。

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，专业从事高集成度芯片设计和高性能核心算法研发，于2010年9月成功推出第一颗拥有完全自主知识产权的高性能SoC芯片Nebulas。这是一款高性能多系统多频率卫星导航SoC芯片，采用90nm工艺，支持多个卫星导航系统的全部频率，已经完成批量化生产。

2013年，该公司发布Humbird SoC低功耗芯片——UC260（见图8）,采用先进的55nm工艺和公司完全自主知识产权的GNSS技术，可同时运行64通道，为用户提供超低功耗、超高性能的位置服务和用户体验。Humbird兼容支持北斗、GPS、GLONASS、伽利略，支持双系统联合定位和单系统独立定位模式。独有的Ultra-sense高灵敏度基带设计，使接收机在城市峡谷及复杂环境中仍保持出色的定位效果。同时，由于采用了创新性的Rhythm Sleep独有技术，Humbird能够运行在极低的功耗水平。芯片引脚简洁、体积小巧，除适用于车辆监控/导航、授时等专业应用外，也非常适合于便携导航、GIS手持等应用。

图8 Humbird UC 260芯片

4.东莞泰斗微电子科技有限公司

东莞泰斗微电子于2009年12月推出国内第一款北斗导航SOC基带芯片即泰斗第一代北斗/GPS双模导航基带；2011年7月，泰斗第二代北斗/GPS双模导航基带芯片TD1010芯片流片研发成功；2013年9月，发布55nm CMOS“射频+基带+FLASH”三合一的北斗、GPS双模导航导航芯片TD1020（见图9）。2014年，中兴通讯ZTE采用泰斗微电子TD1020的北斗、GPS导航三防智能手机G601U已完成第一批商用机的量产，标志着国内自主北斗芯片已经正式进入智能手机行业。

图9 TD1020芯片

5.北京华力创通科技股份有限公司

华力创通2011年2月成功开发出完全自主知识产权芯片HwaNavChip-1，具有多频双系统、北斗精密码、高动态等先进特性。该款芯片能够同时接收北斗系统B3 和B1频点和GPS系统L1频点，实现多系统组合导航定位和授时功能。是华力创通公司基于自主技术研发的高性能卫星导航芯片，能够同时接收北斗和GPS导航卫星信号，实现精确的三维定位、三维测速、精确授时。GNiStar-2是集新一代的高性能北斗/GPS导航和多媒体平台于一体的高集成度SoC芯片（见图10）。

图10 GNiStar-2芯片

6.北京东方联星科技有限公司

东方联星公司于2009年6月推出东方联星ProGee导航通信芯片，具有GSM/GPRS通信功能和GPS卫星定位功能。2009年8月，推出国内首款成熟商用的北斗、GPS、GLONASS三模兼容高性能卫星导航芯片OTrack-32，采用0.18μmCMOS工艺，是完全国产化的高性能核心器件。

OTrack-128 是公司推出的新一代北斗卫星导航芯片，兼容北斗、GPS、GLONASS、伽利略系统，其尺寸小（12mm×12mm×1.25mm），工艺先进，封装灵活，支持陶封和塑封，抗干扰能力强，最多能消除12 个窄带干扰，支持北斗（无线测定）RDSS业务，支持A-GNSS（辅市场分析

Market Analysis助GNSS）。

NavCore-S单系统芯片于2007年11月实现量产，该芯片可以选择接收北斗、GPS或GLONASS导航卫星信号，实现精确的三维定位、三维测速、精确授时（见图11）。

图11 NavCore-S芯片

7.上海北伽导航科技有限公司

上海北伽导航科技有限公司（原上海伽利略导航有限公司）是在上海市政府的直接支持下成立的专注于卫星导航定位领域科研和产业化的高科技企业。

2014年11月，在上海军民两用基础促进大会上，上海北伽导航科技有限公司发布了40nm的北斗导航芯片航芯一号，据称，航芯一号是国内首颗SoC工艺北斗多模射频基带一体化芯片，将在2015年3月投入量产，在中兴手机上开展百万级的示范应用，并将逐步进入平板电脑、可穿戴设备、车载导航等设备。

8.北京理工雷科电子信息技术有限公司

北京理工雷科电子信息技术有限公司成立于2009年底，目前拥有雷达系统，卫星导航，数据采集、存储、处理等产品的研发和生产。现已推出用户设备B3-B1/L1基带信号处理芯片和可以接收GPS、北斗二号等导航系统卫星信号的GNSS接收机基带芯片。

9.NovAtel公司

成立于1978年的NovAtel公司是目前精密全球导航卫星系统（GNSS）及其子系统领域中，处于领先地位的产品与技术供应商。2013年1月，NovAtel公司宣布，在其OEM6系列产品和OEMStar GNSS接收机上增加对北斗导航系统的支持。OEM6和OEMStar接收机将可通过固件升级实现北斗信号的跟踪，整合到己有的GPS,GLONASS，伽利略和QZSS信号接收支持。

10.天宝公司

天宝公司成立于1978年，数十年来一直在GPS技术开发和实际应用方面处于行业领先地位。2011年，天宝公司推出了两款GNSS模块BD910和BD920，这两个模块的定位精度能够达到厘米级，而且具有RTK（载波相位差分）功能，设计应用在高精度和控制应用工作中。单频的BD910和双频的BD920全球导航卫星系统模块设计封装紧凑，专门用于高精度的应用。该模块可以接收包括GPS、GLONASS、伽利略和北斗系统在内的多种频段信号。另外，BD910和BD920模块还可以集成在BX982接收机中。

2014年10月，天宝推出BD930，具有最快的RTK初始化速度，内置卡尔曼滤波PVT引擎，能迅速实现1～2cm的定位精度。天宝BD930高精度定位板卡支持GPS、GLONASS、伽利略和北斗。对于集成应用者来说，用户可以利用该板卡集成适用于城市、森林峡谷等高精度定位的测量设备。

四、大众应用类北斗芯片

1.CSR公司（SiRF）

美国SiRF公司成立于1995年，于2009年年初被英国的CSR公司收购。SiRF于1996年发布第一代卫星导航芯片——SiRFstarI，1999年发布第二代卫星导航芯片——SiRFstarII，2004年发布了曾经占据市场主流的第三代卫星导航芯片——SiRFstarIII，2009发布了65nm工艺SiRF第四代卫星导航芯片——SiRFstarIV。

收购了SiRF后的CSR公司于2011年发布了40nm工艺的SiRF primalII,采用ARM Cortex-A9处理器运行速度高达1GHz，为最新的导航、娱乐、通信和信息应用程序提供了充足的动力。支持GPS、伽利略、GLONASS和北斗系统。改善了导航系统在视线遮蔽环境的效能，结合定位推算软件，让用户不论开车经过城市峡谷、隧道或者立体停车场，都能维持畅通的导航。

2011年，CSR发布了SiRF第五代卫星导航芯片——SiRFatlasV，偏重于中高档车载导航新品，搜星速度快，散热性强，相比SiRFstarIV代芯片去掉了部分多余的内核和端口，搜星更为稳定。并于2013年初宣布该芯片支持北斗功能。ACCO艾酷A900TV旅游导航仪采用的是SIRFAtlasV双核CPU。

2012年，CSR发布SiRF第六代卫星导航芯片——SiRFatlasVI，该芯片具有星图记忆功能，在第一次搜星定位后，再次开机只需10～30s即可定位。采用了航位推算技术，支持GPS、GLONASS、伽利略和北斗系统。针对高性能、主流的车载信息娱乐系统，以及移动互联网与便携式导航设备而设计的SiRFatlasVITM多功能SoC可同时实现导航、影音播放、免提电话等功能（见图12）。

图12 采用SiRFatlasV芯片的导航设备

2.u-blox公司

瑞士u- blox公司创建于1997年，该公司通过使用其他厂商的GPS芯片设计生产GPS模块的方式打入GPS行业，主攻车载GPS市场。小有成就之后，开始涉足芯片设计。

2013年2月，u-blox公司宣布，已成功实现中国北斗系统卫星定位功能。具备65nm工艺的UBX-G7020 ,支持GPS、GLONASS、QZSS、SBAS、伽利略、北斗，与其他独立式解决方案相较，功耗仅有1/3。

2014年2月，u-blox公司推出一款车载芯片UBXM8030-Kx-DR，兼容GPS/GLONASS/北斗。据了解，该芯片集成了全新的“3D自动假设航路推测”技术，可在高海拔、偏远地区及卫星不可见地区，高密度城市地区，拥挤的高速公路及停车场，计算汽车的位置及速度。该芯片兼容GPS、GLONASS、北斗，还能在卫星信号完全消失时，进行精准定位。

3.ST公司

意法半导体（ST）公司成立于1987年，是意大利SGS半导体公司和法国汤姆逊半导体合并后的新企业，自1999年起，ST始终是世界十大半导体公司之一。

ST已经推出了第一代导航芯片——ST Teseo和第二代导航芯片——ST TeseoII，并于2014年宣布推出第三代导航芯片——独立式定位单芯片Teseo III。Teseo III能够接收多个卫星导航系统发射的信号。对于汽车导航系统，车载信息系统，便携式、海洋、健身等需要任何定位系统发射的最佳讯号的定位设备，Teseo III均可在城市、郊区和山区提供出色的定位准确度。

五、结束语

从以上对国内外三类北斗卫星导航芯片现状的分析，可以得出以下发展趋势和启示。

1）芯片工艺方面，国际主流厂商北斗芯片工艺向28nm直至20nm发展，国内只有个别厂商发布了40nm工艺的芯片，而国外主流已全部采用40nm工艺以上，导致国产芯片体积、重量、功耗偏高，性能方面也存在一定差距。基于SoC技术的单芯片是目前芯片的主流趋势，国内仅有个别企业利用自主的基带芯片与本土其他企业的射频芯片进行了SIP（系统级封装），目前还没有一款基带射频一体化SoC芯片货架产品。

2）芯片处理性能方面，国际主流北斗芯片兼容目前（包括北斗在内的）所有的导航系统，增强性能和可靠性，加入了室内定位应用的A-GNSS技术，通过采用MEMS（微电子机械系统）可实现卫星信号断续时导航系统的无缝续航能力，特别是在隧道、地下车库、多层立交桥及城市峡谷等情况下的定位。

3）芯片功能方面，国际主流厂商北斗芯片集成了导航、通信、多媒体、WiFi、蓝牙等多项功能，国产芯片功能比较单一，但是现在已有导航与通信结合的芯片面市。

4）芯片应用方面，国际主流厂商发布了应用于手机、PND、可穿戴产品的芯片，尽管国内已经发布了可应用于手机的北斗芯片，但国产芯片目前应用还是集中在交通监控、电力/电信授时、气象探测等行业领域。国产北斗定位芯片进入智能手机，意味着国产北斗定位芯片在成熟度、功耗、成本方面得到了大幅提升，同时也将以此为突破口，加速北斗进入大众消费领域的步伐。

5）芯片生产方面，国际厂商分别采取在中国代工或者建立研发中心的形式实现本土化以更加快速全面地占领市场，国内厂商应充分利用好国家和行业政策，在北斗产业中占领一席之地。国内厂商应该利用本土化综合优势抱团发展，而不应由进行同质化恶性价格竞争，影响行业的良性发展。