Модули навигации и сотовой связи «НАВИА»: история изменений

Немного истории

В конце 2010 года в компании PT Electronics было принято решение о начале работ по созданию и постановке на производство линейки навигационных приемников. В те времена навигационные приемники уже показали свою полезность, однако размеры и, самое главное, цены на приемники, поддерживающие не только американскую навигационную систему GPS (NavSTaR), но и российскую навигационную систему ГЛОНАСС, были запредельными по современным меркам. Да и надежность и энергопотребление устройств GPS/ГЛОНАСС оставляли желать лучшего. Именно из-за этого встречалось в разработках и применение двух раздельных приемников — для снижения энерго­потребления в рабочем режиме действовал приемник «чисто GPS», а для возможности прохождения приемочных и сертификационных тестов — приемник «совмещенный GPS/ГЛОНАСС». Доходило до нелепого — приклеенный на двухсторонний скотч GPS/ГЛОНАСС-приемник (обычно к этому моменту уже неисправный), никак не подключенный к устройству.

Решение сделать навигационный приемник GPS/ГЛОНАСС в малогабаритном форм-факторе и с приемлемой для рынка ценой обусловило выбор ядра самого устройства — чипсета. Наиболее коммуникабельным и адекватным производителем навигационных чипсетов оказался STMicroelectronics с семейством TeseoII. Из множества чипсетов этого семейства был выбран вариант со встроенной флэш-памятью и QFN-корпусом STA8088FG. В те годы поддержка ГЛОНАСС еще была редкостью в зарубежных чипсетах, и компания STMicroelectronics отразила это в названии микросхемы, введя букву G в название модели. Утверждалось, что чипсеты, в которых блок приема ГЛОНАСС отключен производителем, не будут иметь данной буквы в наименовании.

Инженерные образцы микросхемы должны были быть доступны в первом квартале 2011 года. Срок начала серийного выпуска микросхемы был изначально анонсирован на конец второго квартала того же года. Действительность внесла коррективы в эти планы, и инженерные образцы были готовы лишь в середине второго квартала 2011 года, а первые серийные образцы удалось получить лишь в четвертом квартале. Именно тогда и появился проект НАВИА.

В начале 2019 года отдел НАВИА был выделен в отдельное юридическое лицо ООО «НАВИА». На начальном этапе подразделение НАВИА входило в состав компании в качестве отдела. Тогда в кооперации с партнерами был создан хит — модуль ML8088, который на момент выхода оказался самым маленьким в мире GPS/ГЛОНАСС-модулем, при этом цена была вполне доступной.

Навигационные модули

При освоении серийного производства модулей в России происходило множество перипетий. Применение компонентов размера 0201 (0,6×0,3×0,3 мм) вызвало массу затруднений у ряда российских производителей, уровень антистатической защиты в процессе производства был низкий. Как результат — уровень внутреннего производственного брака на начальном этапе превышал 40% даже с учетом ремонта. Однако правильный подбор предприятий-изготовителей, модернизация ими производственных линий, внедрение дополнительных стадий контроля, применение автоматизированных стендов для программирования и контроля параметров модулей, введение сквозной системы прослеживания параметров выпускаемых модулей позволили снизить внутренний производственный брак менее чем до 0,03%.

В процессе производства все модули проходят вибростенд, двукратный контроль параметров, то есть обычные, «гражданские» изделия выпускаются по подобным нормам для изделий высокой надежности.

Естественно, в процессе развития продукта он проходит ряд модернизаций, что положительно сказывается на его параметрах и надежности. Так, сейчас модуль ML8088 имеет версию v10, то есть десятую итерацию. Конечно, не все версии доходят до серийного производства, многие из них порождают следующие, с дополнительно улучшенными характеристиками.

Жизнь не стоит на месте: стали активно развиваться европейский GALILEO и китайская навигационная система BeiDou. Конкуренты не дремлют — и не только у нас, но и у производителя нашего чипсета. Появились новые чипсеты, поддерживающие GPS и ГЛОНАСС, началось активное внедрение поддержки GALILEO и BeiDou. Если с GALILEO особых проблем не возникало потому, что частотный диапазон гражданских сигналов совпадает с аналогичным диапазоном GPS, то прием сигналов BeiDou создал массу трудностей, так как частотный диапазон основных сигналов гражданского назначения лежит ниже аналогичного диапазона GPS. В то же время частотный диапазон основных сигналов гражданского назначения системы ГЛОНАСС располагается выше аналогичного диапазона GPS.

Поначалу проблему приема BeiDou решали достаточно просто: или GPS/ГЛОНАСС, или GPS/BeiDou. Однако многих потребителей не удовлетворял такой вариант, и разработчики чипсетов стали готовить новые изделия. Это потребовало существенной переработки конструкции чипсетов, поскольку требовалось из двухканального чипсета (GPS/ГЛОНАСС-каналы приема и оцифровки) с узкополосными трактами сделать или двухканальный с широкополосными трактами, или трехканальный с узкополосными трактами (канал GPS, канал ГЛОНАСС, канал BeiDou), или одноканальный с широкополосным трактом (BeiDou + GPS + ГЛОНАСС).

Сегодня на рынке присутствуют различные приемники: как «трехсистемные» (BeiDou/GPS/ГЛОНАСС), так и «двухсистемные» (или BeiDou/GPS, или GPS/ГЛОНАСС). Компания «НАВИА» серийно выпускает приемники на «двухсистемных» чипсетах.

В настоящее время, после пандемии, спада производства и особенно после введения санкций против Российской Федерации, многие чипсеты стали недоступны официально и труднодоступны даже в рамках параллельного импорта. Чипсеты STMicroelectronics имеют официально объявленные сроки поставки существенно более 50 недель (более года!), что увеличивает срок изготовления модулей на этих чипсетах до полутора лет с момента размещения заказа. Чипсеты американского производства неинтересны российскому потребителю, так как в них анонсировано сначала на программном, а потом и на аппаратном уровне отключение поддержки ГЛОНАСС. Чипсеты тайваньского производства пока доступны в рамках параллельного импорта, сроки поставки разумные, поэтому модули на них продолжают выпускаться.

Наиболее интересными для применения становятся чипсеты производства континентального Китая (КНР).

Резюмируя информацию по серийным приемникам, можно сделать следующий вывод:

• приемники ML8088 всех модификаций мы считаем устаревшими и не рекомендуем их для применения;
• приемники ML8089F остаются доступными для заказа, однако срок производства мы оцениваем в 75 недель;
• приемники NL3333 (рис. 1, 2) продолжают выпускаться серийно и доступны для заказа;
• приемники KL3333 модификации KL3333M выпускаются серийно и доступны для заказа.

Рис. 1. Приемник NL3333

Рис. 2. Схема подключения приемника NL3333

Беспроводные коммуникации

После освоения приемных устройств вполне логичным решением было перейти к приемо-передающим. Были разработаны и изготовлены малыми сериями модули BluetoothLE со встроенной антенной BT-01A и BT-03A, а также модуль с выводами для подключения выносной антенны BT-01. Был подготовлен к серийному выпуску модуль BT-04A. Проводились разработки модулей LoRa.

В настоящее время мы прорабатываем решения BluetoothLE на основе китайских чипсетов ряда компаний. Рассматриваются решения как «стандартного», так и «дальнобойного» BluetoothLE разных спецификаций — от BLE4.2 до BLE5.2.

Сотовая связь

После освоения модулей беспроводной коммуникации малого радиуса действия совершенно логично перейти к наиболее интересному сегменту рынка — модулям сотовой связи. На этот сегмент рынка заглядываются многие компании, однако трудности, подстерегающие осваивающего это направление, очень велики, да и расходы, сопровождающие такое освоение, намного превышают расходы, требуемые для освоения других, ранее пройденных нами шагов. Однако наше руководство решилось сделать этот шаг.

Работа началась с изучения чипсета 2G MT6261 компании MediaTek. На этом чипсете сделано огромное количество модулей разных производителей, базовый кристалл данного чипсета положен в основу чипсета MT2503 (совмещенный 2G + GNSS), на котором также сделано большое количество модулей.

На основе этого чипсета было сформировано решение NAVIA2G. Фактически он представляет собой узел, аналогичный модулю SIM800, только в виде дизайна платы, схемотехники и SDK с необходимыми библиотеками. Заказчик может перетрассировать этот узел для получения дополнительных функций или, наоборот, для отключения тех функций, которые не требуются для конкретного технического решения. Мы оказываем техподдержку и поставляем основные компоненты для производства (чипсет, кварцевый резонатор и усилитель мощности), под которые разработано решение.

Технологически процесс изготовления изделия с отдельным GSM-модулем достаточно прост: взял модуль, впаял на плату в нужное место с соблюдением технологии пайки и можно применять.

Однако в случае применения чипсета задача существенно усложняется. Припаять чипсет и остальные компоненты не представляет большой сложности (хотя это BGA с достаточно мелким шагом), а вот дальше начинаются вопросы:

• Программное обеспечение чипсета. как прошить?
• Значение идентификатора IMEI. как записать, где взять?
• Значение серийного номера. как записать?
• Настройка и калибровка. как и чем выполнить?
• Тестирование. как и чем?

Для прошивки, записи IMEI, серийного номера и калибровки нужно специфическое программное обеспечение — его мы предоставим, но для настройки и калибровки требуется соответствующее оборудование, которое есть у ограниченного количества компаний в России (в том числе у нашей компании). Это и приборы (радиочастотный тестер устройств сотовой связи), и приспособления для подключения таких приборов.

Актуальные проекты

В настоящее время у нас ведется большой проект совместно с АО «НИИМА «Прогресс» по разработке (уже завершена), доработке встроенного программного обеспечения по результатам тестирования и по замечаниям заказчиков (процесс постоянный) и производству модуля сотовой связи 2G/3G ПН6280 на основе чипсета MT6280 компании MediaTek (рис. 3, 4). Модуль создан под стандарты ЭРА-ГЛОНАСС и ПЛАТОН и внесен в реестр промышленной продукции, произведенной на территории Российской Федерации, под номером 3349\1\2022. Законтрактованный объем производства превышает полмиллиона модулей.

Рис. 3. Модуль ПН6280

Рис. 4. Схема подключения модуля ПН6280

Также мы продолжаем выпускать и поддерживать навигационные модули на чипсете MT3333 компании MediaTek. Ведется доработка встроенного программного обеспечения модулей под нужды заказчиков, в том числе путем создания проприетарного протокола обмена.

В рамках отказа от изделий производства «недружественных стран» разрабатываются новые версии демонстрационных плат модулей с применением компонентов китайского производства.

Планы

В развитие тематики сотовой связи мы в ко­операции с АО «НИИМА «Прогресс» планируем заняться разработкой нового модуля под требования ведущего российского автопроизводителя. Новый модуль, как, собственно говоря, и предыдущий ПН6280, будет одновременно похож и непохож на существующие.

Традиционно мы стараемся делать изделия и в привычных форм-факторах, чтобы ускорить для заказчика процесс перехода с «чужого» модуля на наш, и в наших собственных форм-факторах (например, NL3333, ПН6280). По этой причине возможно, что новый модуль увидит свет в двух исполнениях, с разными форм-факторами.

Уход с российского рынка ряда производителей микросхем периферии (USB-UART, Ethernet-UART и т. д.) вызвал интерес к аналогичным изделиям китайского производства. Более того, многие китайские решения обладают свойствами, которые представлены только в топовых моделях микросхем периферии, — например, диапазон напряжения питания UART-интерфейса (фактически размах входных и выходных сигналов) у большинства микросхем именитых изготовителей ограничен снизу значением 3–3,3 В — и это при широком распространении микропроцессоров с напряжением питания 1,8 В.

В то же время у производителя WCH большинство микросхем работает с напряжением питания интерфейсов 1,8–5 В. И это не только для одноканальных, но и для многоканальных микросхем преобразователей! Микросхемы выпускаются в различных корпусах, что также упрощает освоение.

Мы планируем разработать и выпустить целую линейку демонстрационных плат на различных микросхемах, чтобы максимально полно ознакомить пользователей с предлагаемыми нами решениями.

Естественно, нам очень интересно применить силы в создании NB-IoT-решения. Опять-таки, не модуля, а именно решения, которое заказчик мог бы внедрить в свой дизайн платы. Есть интересный чипсет, сейчас мы ведем работы по заключению контракта.

Ну и в качестве подтверждения, что название «НАВИА» по-прежнему касается навигации — естественно, навигационное направление мы не намерены забывать. В планах есть и «простые» навигационные приемники GPS/ГЛОНАСС/BeiDou с работой только в диапазоне L1, и «прокачанные» приемники GPS/ГЛОНАСС/BeiDou с диапазонами L1+L5, и самый интересный для нас вариант — с диапазонами L1+L2 GPS/ГЛОНАСС/BeiDou и поддержкой RTK.