u-blox ANTARIS 4 System Integration Manual

Incl. reference design
Table of Contents

Advertisement

Quick Links

  
 
 
 
®
ANTARIS
4
GPS Modules
System Integration Manual (SIM) 
(incl. Reference Design) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Abstract
 
This
 document describes the features of u-blox's ANTARIS
 
modul
es. 
These mo
 
dules 
 
SuperSense™ ability and low power consumption in the compact
and very popular TIM and LEA form factors and the even smaller
NEO form factor.  
 
This  manual  applies  to  all  ANTARIS
Firmware 5.00 and above. 
your position is our focus
 
co
mbine 
excell
ent
  GPS pe
 
 
®
4  GPS  receivers  based  on
 
®
4 GPS
rformance,
u-blox AG
Zürcherstrasse 68 
8800 Thalwil 
Switzerland 
www.u-blox.com 
 
Phone +41 44 722  7444 
Fax +41 44 722 7447 
info@u-blox.com 
 
 
 
 
 
 

Advertisement

Table of Contents
loading

Summary of Contents for u-blox ANTARIS 4

  • Page 1    u-blox AG Zürcherstrasse 68  8800 Thalwil  Switzerland    www.u-blox.com      Phone +41 44 722  7444  Fax +41 44 722 7447    info@u-blox.com    ® ANTARIS           GPS Modules   System Integration Manual (SIM)  (incl. Reference Design)                     ...
  • Page 2  and software, in order to improve its design and/or performance, without prior notice.    u-blox  makes  no  warranties,  neither  expressed  nor  implied,  regarding  the  information  and  specifications  contained  in  this  document.  u-blox  assumes  no  responsibility  for  any  claims  or  damages arising  from  information contained  in  this  document,  or from  the  use  of  products  and services detailed  ther ein. This ...
  • Page 3   your position is our focus Preface ® The  ANTARIS 4  System  Integration  Manual  provides  the  necessary  information  to  successfully  design  in  and  ® configure these ANTARIS  based GPS receivers. The chapter below helps you to navigate this manual and to find  the information you are looking for as quickly as possible.  I.1 How to use this Manual This manual has a modular structure. It is not necessary to read from the beginning to the end.   ® ® Focus  on  sections  remarked  with    for ANTARIS 4 if you are familiar with ANTARIS  technology. ...
  • Page 4 Contact our information service on the homepage http://www.u-blox.com  • Read the questions and answers on our FAQ database on the homepage http://www.u-blox.com  u-blox Glossary and Abbreviations Every technology has it’s own language. To assure a precise terminology we provide a general GPS dictionary [1] on our website. Feel free to download this information for a better understanding of our documents.  I.2 Technical Support Worldwide Web Our  website  (www.u-blox.com)  is  a  rich  pool  of  information.  Product  information,  technical  documents  and  helpful FAQ can be accessed 24h a day.  By E-mail If you have technical problems or cannot find the required information in the provided documents, contact the  nearest of the Technical Support offices by email. Use our service pool email addresses rather than any personal  email address of our staff. This makes sure that your request is processed as soon as possible. You will find the  contact details at the end of the document.  By Phone If an email contact is not the right choice to solve your problem or does not clearly answer your questions, call ...
  • Page 5: Table Of Contents

      your position is our focus Contents GPS Fundamentals......................11 Theory of operation..........................11 Basic Operation Cycle ......................... 12 Start-Up.............................. 12 Considerations for GPS Performance ....................14 1.4.1 Dilution of Precision (DOP)......................14 1.4.2 Multipath ............................ 15 Antennas............................16 1.5.1 Selecting the right Antenna......................16 1.5.2 Active and Passive Antennas......................17 1.5.3 Patch Antennas ........................... 17 1.5.4 Helix Antennas ..........................19 1.5.7 Helix or Patch, which selection is best?..................
  • Page 6   your position is our focus 2.3.1 Low Cost Receivers (ROM only) ....................36 2.3.2 Programmable Receivers (Receivers with integrated FLASH memory) ........... 36 Form Factors............................37 2.4.1 NEO Modules ..........................37 2.4.2 LEA Modules ..........................37 2.4.3 TIM Modules ..........................38 Choosing the optimal module ......................39 ®  2.5.1 ANTARIS 4 Feature Matrix ......................40 ® Compatibility of ANTARIS  GPS receivers  ..................
  • Page 7   your position is our focus 4.3.1 Passive Antenna .......................... 72 4.3.2 Active Antenna ........................... 73 4.3.3 Active Antenna Bias Power......................74 4.3.4 Active Antenna Supervisor......................75 Serial Communication ........................79 4.4.1 USART Ports ..........................79 4.4.2 USB Serial Port (LEA-4x and NEO-4S)   ................... 81 4.4.3 UBX Binary Protocol ........................82 4.4.4 NMEA Protocol..........................85 4.4.5 RTCM Protocol ..........................88 4.4.6 How to change between protocols....................
  • Page 8 Repeated Reflow Soldering......................131 5.3.7 Wave Soldering ......................... 131 5.3.8 Hand Soldering ......................... 131 5.3.9 Rework............................131 5.3.10 Conformal Coating ........................132 5.3.11 Casting............................132 5.3.12 Grounding Metal Covers ......................132 5.3.13 Use of any Ultrasonic Processes ....................132 Product Testing......................133 u-blox In-Series Production Test  ....................133 GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   Contents   GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 8     ...
  • Page 9   your position is our focus Test Parameters for OEM Manufacturer .................... 133 Sy em Sensitivity Test ........................134 6.3.1 Guidelines for Sensitivity Tests ....................134 6.3.2 ‘Go/No go’ tests for integrated devices..................134 PC Support Tools ......................135 Firmware Update  ........................135 7.1.1 ATR062xL.exe  ........................135 7.1.2 U-center Update Tool  ......................136 7.1.3 Firmware update with u-center AE .................... 136 ®...
  • Page 10 4 receivers ..............167 Software Changes ..........................167 Migration from LEA-LA to LEA-4A/LEA-4S ..................167 Migration from LEA-LA to LEA-4H/LEA P ..................168   Migration from TIM-Lx to TIM-4x pin out..................170 ® ® Pin Comparison ANTARIS  to ANTARIS 4..................171 Migration from TIM-ST to TIM-4x  ................... 173 Mechanical Dimensions/ Pinout ...............175 LEA Modules ............................ 175 TIM Modules ............................ 176 NEO Modules ........................... 177 Index .........................178 Lists ...........................
  • Page 11: Gps Fundamentals

      1 GPS Fundamentals 1.1 Theory of operation ® Basic Signal Processing (ANTARIS GPS Technology) RF Section GPS Channels Navigation Interface Acquisition Correlator 1 Down conversion Correlator 2 Navigation Filtering Data Output Calculation A/D Conversion Correlator 16 RF Input Digital IF Pseudorange Position, Velocity Serial Output Analog Signal signal Carrierphase Time Solution Orbit Information 1.575 GHz per SV...
  • Page 12: Basic Operation Cycle

      1.2 Basic Operation Cycle When the receiver is powered up, it proceeds trough a sequence of states until it can initially determine position,  velocity  and  time.  Afterwards,  the  satellite  signals  are  tracked  continuously  and  the  position  is  calculated  periodically.  This process is depicted below:  Initialization Initialization Decode Ephemeris Data Only if Ephemeris and Pseudoranges for at least 3 SVs Search SVs Calculate Initial Position Orbit Data Calculate Successive Track SVs Positions...
  • Page 13   Warmstart Warmstart is performed whenever the receiver has only access to valid almanac data, and has not significantly  moved since the last valid position calculation. This is typically the case, if the receiver has been shut off for more  than  2  hours,  but  still  has  knowledge  of  last  position,  time  and  almanac.  This  allows  it  to  predict  the  current  visible  SVs.  However,  since  ephemeris  data  is  not  available  or  outdated,  the  receiver  needs  to  wait  for  the  ephemeris broadcast to complete.
  • Page 14: Considerations For Gps Performance

      1.4 Considerations for GPS Performance GPS works with weak signals. The signal strength on earth is approximately 15dB below the thermal noise floor.  In  order  to  design  a  reliable  GPS  system,  the  following  parameters  have  to  be  considered  carefully  during  the  design phase as they may significantly degrade the GPS performance.  1.  Antenna limitations  Poor gain of the GPS antenna  • Poor directivity (radiation pattern) of the GPS antenna  • Improper orientation of the antenna to the sky  • Poor matching between antenna and cable impedance  • Poor noise performance of the receivers input stage or the antenna amplifier  • 2.  Electrical Environment  Jamming from external signals ...
  • Page 15: Multipath

      Examples of DOP values:       PDOP: 1.7  PDOP: 4.3  PDOP: 12.6  DOP value is ok for good GPS  DOP value is acceptable for a  DOP too high (all the satellites are in  performance  good GPS performance  a straight line), this will degrade the  GPS performance  Figure 4: Examples of DOP values 1.4.2 Multipath Direct Multipath Direct Shadowing   Figure 5: A multi-path environment A multi-path environment exists if GPS signals arrive at the antenna directly from the satellite, (line of sight, LOS)  and also from reflective surfaces, e.g. water or building walls. If there is a direct path in addition to the reflected  path available, the receiver can usually detect the situation and compensate to some extent. If there is no direct  line  of  sight,  but  only  reflections,  the  receiver  is  not  able  to  detect  the  situation.  Under  these  multipath  conditions the range measurement to the satellite will provide incorrect information to the navigation solution, ...
  • Page 16: Antennas

      The receiver cannot compensate for the second effect because the signals cancel out at the antenna, not inside  the GPS unit. However, as the reflected signal is usually much weaker than the direct signal, the two signals will  not cancel out completely. The reflected signal will also have an inverted polarity (left hand circular rather than  right hand circular), further reducing the signal level, particularly if the antenna has good polarization selectivity.   Water is a very good reflector; so all  marine applications require special attention to reflected signals arriving at  the antenna from the underside, i.e. the water surface. Also, the location of the antenna close to vertical metal  surfaces can be very disruptive since metal is an almost perfect reflector. When mounting an antenna on top of a  reflective surface, the antenna should be mounted as close to the surface as possible. Then, the reflective surface  will act as an extension of the antennas ground plane and not as a source of multi-path.  1.5 Antennas Even  the best  receiver  cannot  bring back  what  has  been  lost at the  antenna.  The  importance of  the attention  paid to this part of a GPS system cannot be stated highly enough.  1.5.1 Selecting the right Antenna Several  different  antenna  designs  are  available  on  the    GPS  applications  market.  The  GPS  signal  is  right-hand  circular polarized (RHCP). This results in a style of antenna that is different from the well-known whip antennas ...
  • Page 17: Active And Passive Antennas

    10 cm.  Care  should  be  taken  that  the  gain  of  the  LNA  inside  the  antenna  does  not  lead  to  an  overload condition at the receiver. For receivers that also work with passive antennas, an antenna LNA gain of  15 dB is usually  sufficient, even for cable lengths up to 5 m. There’s no need for the antenna LNA gain to exceed  26 dB for use with u-blox receivers. With shorter cables and a gain above 25 dB, an overload condition might  occur on some receivers.  When  comparing  gain  measures  of  active  and  passive  antennas  one  has  to  keep  in  mind  that  the  gain  of  an  active antenna is composed of two components, the antenna gain of the passive radiator, given in dBic, and the ...
  • Page 18   12 x 12 mm . Very cheap construction techniques might use ordinary circuit board material like FR-4 or even air  as a dielectric, but this will result in a much larger size, typically in the order of 10 x 10 cm . Figure 8 shows a  typical example of the radiation pattern of a 16 x 16 mm  ceramic patch antenna. This measurement only shows  the upper sphere of the radiation pattern. Depending on ground plane size there will also be a prominent back  lobe present.     Figure 8: Typical Radiation Pattern of a Patch Antenna, MuRata, Inc. For the specific example shown in Figure 9 one can easily see that the so-called axial ratio, the relation of major  to minor axis of the elliptical polarization has a minimum at the 50 mm  square ground plane. At this point, the  polarization of the antenna is closest to an ideal circular polarization (axial ratio = 0 dB). At a 100 mm  square  ground  plane  size  this  particular  patch  shows  an  axial  ratio  in  the  order  of  10 dB,  which  is  closer  to  linear  polarization than to circular and will result in respective losses. This effect can also be seen ...
  • Page 19: Helix Antennas

      Smaller sized patches will usually reach their maximum gain with a slightly smaller ground plane compared to a  larger size patch. However, the maximum gain of a small sized patch with optimum ground plane may still be  much lower than the gain of a large size patch on a less than optimal ground plane.  It is not only gain and axial ratio of the patch antenna that is affected by the size of the ground plane but also  the matching of the antenna to the 50 Ohms impedance of the receiver. See Section 1.5.8 for more information  on matching.  1.5.4 Helix Antennas Helix antennas can be designed for use with or without ground plane. For example, the radiating elements on  board the GPS satellites have a ground plane. Using an array of helix antennas, the GPS satellites can control the  direction of the emitted beam. If a helix antenna is designed without ground plane it can be tuned such to show  a more omni directional radiation pattern as shown in Figure 10.     Figure 10: Radiation pattern of helix antenna without ground plane, Sarantel, Ltd. Although we can determine an axial ratio close to 9 dB between zero degree and 90 degrees elevation, which  compares  to  the  patch  antenna,  the  back  lobe  of  the  helix  generally  degrades  much  smoother  and  does  not  show any sensitivity at ...
  • Page 20: Antenna Matching

      antennas with a “reasonable” size will therefore typically show a lower sensitivity compared to a “reasonably”  sized patch antenna.  A helix antenna might result in a “more satellites on the screen” situation in difficult signal environments when  directly compared with a patch antenna. This is due to the fact that the helix will more easily pick up   signals through its omni directional radiation pattern. However, the practical use of these signals is very limited  because  of  the  uncertain path  of  the reflected signals.  Therefore,  the receivers can see  more  satellites but the  navigation solution will be degraded because of distorted range measurements in a multi-path environment.  If possible test the actual performance of different antenna types in a real life environment before starting the  mechanical design of the GPS enabled product.  1.5.8 Antenna Matching All common GPS antennas are designed for a 50 Ohms electrical load. Therefore, one should select a 50 Ohms   cable  to  connect  the  antenna  to  the  receiver.  However,  there  are  several  circumstances  under  which  the  matching ...
  • Page 21: Antenna Placement

      NA can help to match the  hard to control impedance of  the antenna to a 50 Oh ms cable. This effect is indeed  beneficial if the antenna cable between the antenna and  the receiver is only short. In this  case, there’s no need  or  the  gain  of  the  LNA  to  exceed   10-15 dB.  In  this  en vironment  the  sole  purpose  of  the  LNA  is  to  provid e  imped ance matching and not signal  amplification.    1.5.9 Antenna Placement Where the antenna is mounted  is crucial for optimal performance of the GPS receiver.  When using patch antennas, the antenna plane should be parallel to the geographic horizon. The antenna must  have full view of the sky ensuring a direct line-of-sight with as many visible satellites as possible. ...
  • Page 22: Interference Issues

      1.6 Interference Issues A  typical  GPS  receiver  has  a  very  low  dynamic  range.  This  is  because  the  antenna  should  only  detect  thermal  noise in the GPS frequency band, given that the peak power of the GPS signal is 15 dB below the thermal noise  floor.  This  thermal  noise  floor  is  usually  very  constant  over  time.  Most  receiver  architectures  use  an  automatic  gain control (AGC) circuitry to automatically adjust to the input levels presented by different antenna and pre- amplifier combinations. The control range of these AGC’s can be as large as 50 dB. However, the dynamic range ...
  • Page 23: Eliminating Digital Noise Sources

      Moreover, the GPS band is far beyond the 1 GHz limit that applies to almost all EMC regulations. So, even if a  device is compliant with respect to EMC regulations it might severely disturb a GPS receiver.   If the GPS antenna is to be placed very close to some other electronics, e.g. the GPS receiver itself or a PDA-like  applianc  the EMC issue must be take n very seriously right from the concept phase of the design. It is one of  the  most  demanding  tasks  in  electrical  engineering  to  design  a  system  that  is  essentially  free  of  measurable  emissions in a given frequency band.   1.6.2 Eliminating Digital Noise Sources Digital  noise  is  caused  by  short  rise-times  of  digital  signals.  Data  and  address  buses  with  rise-times  in  the  nanosecond range will emit harmonics up to several GHz. The following sections contain some general hints on ...
  • Page 24   driving  large bus  systems. Alternatively, high-speed  signal  lines  can  be  terminated  with resistors  or even active  terminations to reduce high frequency radiation originating from overshoot and ringing on these lines.   If dielectric layers are thick compared to the line width, route ground traces between the signal lines to increase  shielding. This is especially important if only two layer boards are used (see Figure 14).  Bad: Excessive Radiation Good: Radiation terminated   Figure 14: Terminating radiation of signal lines 1.6.2.3 Decoupling Capacitors Use a sufficient number of decoupling capacitors in parallel between power and ground nets. Small size, small  capacitance  types  reduce  high-frequency  emissions.  Large  size,  high  capacitance  types  stabilize  low  frequency  variations. It’s preferred to have a large number of small value capacitors in parallel rather than having a small ...
  • Page 25     Figure 16: Temperature dependency of COG/NPO dielectric, AVX   Figure 17: Temperature dependency of X7R dielectric, AVX   Figure 18: Temperature dependency of Y5V dielectric, AVX GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   GPS Fundamentals  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 25     ...
  • Page 26: Shielding

      1.6.3 Shielding If  employing  the  countermeasures  listed  in  Section 1.6.2  cannot  solve  EMI  problems,  the  solution  may  be  shielding  of  the  noise  source.  In  the  real  world,  shields  are    not  perfect.  The  shielding  effectiveness  you  can  expect from a solid metal shield is somewhere in the order of 30-40 dB. If a thin PCB copper layer is used as a  shield, these values can be even lower. Perforation of the shield will also lower its effectiveness.  Be aware of the negative effects that holes in the shield can have on shielding effectiveness. Lengthy slots might ...
  • Page 27   Figure 20: MuRata’s NFM21C Feed Through Capacitors Any feed through capacitor will only achieve its specified performance if it has a proper ground connection.  If the use of a special feed through capacitor is not feasible for a particular design, a simple capacitor between  the signal line and shielding ground placed very close to the feed through of the signal line will also help. It has  been found that a 12 pF SMD capacitor works quite well at the GPS frequency range. Larger capacitance values  will be less efficient.  One should keep in mind that a feed through capacitor is basically a high frequency “short” between the signal  line  and  ground.  If  the  ground  point  that  the  capacitor  is  connected  to  is  not  ideal,  meaning  the  ground  connection or plane has a finite resistance, noise will be injected into the ground net. Therefore, one should try  to place any feed trough capacitor far away from the most noise sensitive parts of the circuit. To emphasize this  once again, one should ensure a very good ground connection for the feed through capacitor.   If there is no good ground connection available at the point of the feed through, or injection of noise into the  non-ideal ground net must be avoided totally, inserting a component with a high resistance at high frequencies  might  be  a  good  alternative.  Ferrite  beads  are  the  components  of  choice  if  a  high  DC  resistance  cannot  be  accepted. ...
  • Page 28   1.6.3.2 Shielding Sets of Sub-System Assembly Yet  another  problem  arises  if  multiple  building  blocks  are  combined  in  a  single  system.  Figure 21  shows  a  possible scenario. In this case, the supply current traveling through the inductive ground connection between the  two  sub-systems  will  cause  a  voltage  difference  between  the  two  shields  of  the  sub-system.  The  shield  of  the  other system will then act as a transmitting antenna, radiating with respect to the ground and shield of the GPS ...
  • Page 29: High Sensitivity Gps

      ® 1.7 High Sensitivity GPS (SuperSense GPS) GPS signals are already very weak when they arrive at the Earth’s surface. By the time the GPS signals arrive at  the  receiver  they  are  typically  as  weak  as  –130dBm  (–160dBW).  This  is  well  below  the  thermal  noise  level.  Standard GPS receivers (e. g.  TIM-4A) integrate the received GPS signals for up to 20ms. This results in the ability  to  track  signals  down  to  about  –150dBm  (–180dBW).  High  Sensitivity  GPS  receivers  are  able  to  integrate  the  incoming ...
  • Page 30: Assisted Gps / A-Gps

      1.8 Assisted GPS / A-GPS Assisted GPS, or A-GPS, is a technology that uses an assistance server to cut down the time needed to determine  a location using GPS. It is useful in urban areas, when the user is located in "urban canyons", under heavy tree  cover, or even indoors. It is becoming more common and it's commonly associated with Location Based Services  (LBS) over cellular networks. Figure 25 depicts a typical A-GPS system.   GPS Satellites GPS Satellites Radio link, e.g.GSM Aiding Base Receiver Server Station Receiver With GPS Receiver Assistance Server Mobile Device   Figure 25: Aiding Topology 1.9 DGPS (Differential GPS) Differential  GPS  (DGPS)  provides  slightly  better  accuracy  than  a  stand-alone  GPS  receiver.  The  correction  data  from a reference station is transmitted to the GPS receiver in order to eliminate Pseudorange errors. Additional ...
  • Page 31: Sbas (Satellite Based Augmentation Systems)

      1.10 SBAS (Satellite Based Augmentation Systems) SBAS  (Satellite  Based  Augmentation  System)  is  an  augmentation  technology  for  GPS,  which  calculates  GPS  integrity  and  correction  data  with  RIMS  (Ranging  and  Integrity  Moni toring  Stations)  on  the  ground  and  uses  geostationary satellites (GEOs) to broadcast GPS integrity and correction data to GPS users. The correction data is  tra smitted on the GPS L1 frequency (1575.42 MHz), and  therefore there is no additional receiver required to ...
  • Page 32: Dead Reckoning Enabled Gps (Dr)

      Another benefit is the use of GPS integrity information. In that way SBAS Control stations can ‘disable’ usage of  ® GPS  satellites  in  case  of  major  GPS  satellite  problems  within  6  seconds  time  to  alarm.  The  ANTARIS 4  GPS  Technology will only use satellites, for which integrity information is available, if integrity monitoring is enabled.  For more information on SBAS and associated services please refer to   • RTCA/DO-229C (MOPS). Available from www.rtca.org   • gps.faa.gov for information on WAAS and the NSTB  • www.esa.int for information on EGNOS and the ESTB  • www.essp.be  for  information  about  European  Satellite  Services  Provider  EEIG  is  the  EGNOS  operations  manager.  ...
  • Page 33: Dead Reckoning Principal

      1.11.1 Dead Reckoning Principal In  contrast  to  GPS,  which  delivers  absolute  positions,  Dead  Reckoning  is  a  relative  method.  The  sensors  give  information  for a defined measurement  period,  and the  location  is  calculated  relative to  the previously known  position. Therefore an absolute GPS position is required as a starting point, which is the last known GPS position.  + dy + dx δ Known parameters: s = Traveled distance (odometer, direction) δ...
  • Page 34   GPS Positioning is weighted more heavily as long as the GPS parameter (e.g. DOP, number of satellites, signal  quality)  indicates  good and  reliable  performance.  In  situ ations, where the GPS signals  are  poor,  reflected  from  buildings (multipath) or jammed, the DR solution is used  with a higher weighting.  No GPS Poor GPS Good GPS Blending Calibration Extrapolation Position, Velocity, Time Position, Velocity, Time Position, Velocit y, Time from real-tim e clock Altitude held constant   Fig re 30: Dead Reckoning Blending • No GPS: ...
  • Page 35: System Consideration

      2 System Consideration 2.1 Introduction ® All ANTARIS 4 products run on the same GPS engine. The different types of receivers differ mainly in flexibility  and user specific features.   Power consumption • ® ANTARIS 4 runs on an optimized Continuous Power Mode.   • For applications with defined off times and for very low pow er consumption applications, FixNOW™ can be  enabled (for details refer to Section 4.2.7).  Antenna • ® ANTARIS 4 receivers support active and passive antennas of different technologies and shapes.  • ® The  antenna  short  circuit  detection  is  a  standard  feature  of  ANTARIS 4.  Antenna  open  circuit  detection  is  optional. ...
  • Page 36: Technology

      2.2 Technology 2.2.1 Standard GPS Receivers ® Standard  GPS  receivers  are  based  on  u-blox’s  high  performance  16-channel  ANTARIS 4  technology.  They  represent an excellent compromis e between low cost and high performance, which makes them the ideal choice  for most applications.  ® 2.2.2 SuperSense GPS Receiver ® ® SuperSense   GPS receivers are also based on u-blox’s high performance ANTARIS 4 technology. They include a  more  accurate  time  base  (TCXO)  and  additional  software,  providing  up  to  10dB  additional  sensitivity,  which ...
  • Page 37: Form Factors

    The  NEO  form  factor  is  16.0  x  12.2  x  2.8  mm  and  has  24  pins.  It  supports  one  USART  and  one  USB  communication interface and is optimized for minimal floor space compared to the TIM and LEA form factors.  NEO modules allow fully automatic assembly and soldering.   2.4.2 LEA Modules   TOP View     Figure 32: LEA form factor The LEA form factor is 17.0 x 22.4 x 3 mm and has 28 pins. It supports one USART and one USB communication  interface and is optimized for minimal floor space compared to the TIM form factor. The LEA form factor is now  available in it’s 2  generation (LEA-LA, LEA-4x) allowing u-blox customers to profit from technological advances  without having to redesign their applications. LEA modules allow fully automatic assembly and soldering.   GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   System Consideration  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 37     ...
  • Page 38: Tim Modules

      2.4.3 TIM Modules Top View     Figure 33: TIM form factor  TIM form factor is 25.4 x 25.4 x 3 mm and ha s 30 pins. u-blox introduced this form factor to the market in  2004 and it is now available in the 3  generation (TIM-ST, TIM-Lx, TIM -4x) allowing u-blox customers to profit  from  technological  advances  without  having  to  redesign  their  applications.  TIM  modules  allow  fully  automatic  assembly and soldering.  GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   System Consideration  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 38     ...
  • Page 39: Choosing The Optimal Module

      2.5 Choosing the optimal module ® Figure 34The family of ANTARIS 4 GPS receiver modules is shown in Figure 34. The optimal choice depends on  the specific application requirements.  • For Timing Applications choose LEA-4T  • For DR Applications choose LEA-4R or TIM-4R.  • If USB is required or genera   lly for new developmen  use the LEA or  NE  from  fact or  • ® If the module replac  an existing ANTARIS  receiver based on the TIM form factor or if two serial ports are  required, the TIM form factor is  recommended .  • If minimal board space is important, decide for the NEO form factor.  • If a temperature ra  of –30°C  to +70°C is suffici t, en  consider  using LEA-4M.
  • Page 40: Antaris ® 4 Feature Matrix .......................................................................................................... 40

      your position is our focus 2.5.1 ® ANTARIS 4 Feature Matri   ® 2 ®   ANTARIS ANTARIS Low  Pro- Pro- Module Type  Programmable  Low Cost  Low Cost  Time  DR  Cost  grammable  grammable    only  only  Passive Antenna             ...
  • Page 41: Compatibility Of Antaris Gps Receivers

      your position is our focus ® 2.6 Compatibility of ANTARIS GPS receivers ® The  ANTARIS 4  GPS  modules  are  designed  for  a  high  level  of  compatibility,  even  over  product  generations.  De ending  on  customer  requirements  a  design  may  start  with  a  low  cost  receiver  and  can  be  changed  to  a  ®...
  • Page 42: Active Vs. Passive Antenna

      your position is our focus 2.7 Active vs. Passive Antenna First some general issues:  • A GPS receiver needs to receive signals from as many satellites as possible. A GPS re ceiver cannot provide  optimal  performance  in  narrow  streets  between  high  buildings  (i.e.  in  urban  canyons),  in  underground  parking  lots  or  if  objects  cover  the  ant nna.  Poor  sky  visibility  may  result  in  position  drift  or  a  prolonged  Time-To-First-Fix (TTFF). Therefore, good sky visibility is very important.  ...
  • Page 43: Design-In

      your position is our focus 3 Design-In ® This section provides a Design-In Checklist a s well as Reference Schematics for new designs with ANTARIS 4. For  ® ® migration of existing ANTARIS  product designs to ANTARIS 4 please refer to Appendix D.  For  a  Design-In  for  for  the  LEA-4R/TIM-4R  Dead  Reckoning  GPS   Modules  refe r  to  the  LEA-4R/TIM-4R System Integration Manual [7].  ® 3.1 Schematic Design-In Checklist for ANTARIS Designing-in a TIM-4x, LEA-4x or NEO-4x GPS receiver is easy especially when a design is based on the reference ...
  • Page 44: Lea-4X Design

      your position is our focus When  migrating  from  an  ANTARIS  GPS  receiver  (TIM-Lx  or  LEA-LA),  reduce  R5  of  the  Antenna  Short  and  Open Supervisor circuit to 33k (see Section 4.3.3.2).  Serial Communication (see Section 4.3) Choose  UBX  for  an  efficient  (binary)  data  handling  (see  Section 4.4.3)  or  if  more  data  is  required  than  supported by NMEA (see Section 4.4.4) ...
  • Page 45   your position is our focus Passive Antenna Passive Antenna RF_IN RF_IN BOOT_INT BOOT_INT VBAT VCC_RF VBAT VCC_RF V_ANT/NC RESET_N V_ANT RESET_N Backup Backup AADET_N/NC GPSMODE6 ET_N PCS0_N/ SS_N/ P26 Battery Battery GPSMO VDD18OUT EXTINT1/ P13 VDD18OUT GPSMODE2/ PCS2_N/ P12 GPSMODE23 GPSMODE7 SCK/ P23...
  • Page 46   your position is our focus Function Description Remarks (LEA) The serial output voltage levels on Tx depend on the applied VDDIO voltage        Serial Port /USB level.  TxD1 3  O  Serial Port 1  VDDIO serial port output. Leave open if not used.   5V tolerant serial port input with internal pull-up resistor to V_BAT. Leave open  if not used.   RxD1 4  I  Serial Port 1  Note Don’t use an external pull up resistor. LEA-4A / LEA-4S / LEA-4M (only): Tx 2 1  O ...
  • Page 47: Tim-4X Design

      your position is our focus 3.3 TIM-4 x D ign For a minimal De sign  wit  TIM-4x the following  fu nctions and pins have to be considered:  • Connect the Power supp ly to VCC.  • Assure a optimal ground  connection to  all g round pins   • Connect the antenna to RF_IN over a matc hing 50 Ohm micro strip and define th e antenna supply for active  ennas (internal or  ex rnal power  supply )  • If you need Hot- or Warm start in  your appli cation, connect a Backup Battery to V_BAT  • Decide whether TIMEPULSE, RESET or BOO TMODE option are required in your application and conne ct the ...
  • Page 48   your position is our focus Function Description Remarks (TIM) Antenna         The connection to the antenna has to be routed on the PCB. Use a controlled  impedance of 50 Ohm to connect RF_IN to the antenna or the antenna  GPS signal input  RF_IN 17  I  connector (for det ails refer to Section 3.6.5)  from antenna  Don’t supply DC through this pin.  Use V_ANT pin to supply power.  Connect to GND if Passive Anten na is used.   Antenna Bias  If an active Antenna is used, add a 10R resistor (see 4.3.3.2) in front of V_ANT  V_ANT 19  I  voltage  input to the Antenna Bias Voltage or VCC_RF for short  circuit protection or use  the antenna supervisor circuitry (see 4.3.3.2).   Can be used to power an external active antenna (VCC_RF connected to ...
  • Page 49: Neo-4S Design

      your position is our focus .4 NEO-4S De sign or a minimal D   esign  with EO-4S, th  N e followin g function  and pins have to be considered:  • Connect the Power supply to VCC.  • Assure a optimal ground connection to all g round pins  • Connect the antenna to RF_IN over a match ing 50 Ohm micro strip.   • If an active antenna shall be connected to NEO, m ake sure to  add an inductor for the antenna bias voltage   shown in  sectio 4.3.3.1 n   and follow  the  layout recommendations in section 3.6.6.  • Connect pins 8 and 9 together. ...
  • Page 50 RF_IN  I  GPS signal input  impedance of 50 Ohm to connect RF_IN to the antenna or the antenna connector  (for details refer to Section 3.6.5)  GND  I  Ground  fer to pin 10.  GND  I  Ground  Refer to pin 10.  MOSI  O  SPI MOSI  Leave open if SPI interface is not used. Contact u-blox for more information  about the SPI interface.  MISO  I  SPI MISO  The function of pin 16 depends on the status of the SELECT pin:   • If SELECT pin is connected to VCC: Pin 16 is a configuration input, which defines the USB Power Mode. Connect  SPI Clock  /   to GND for Bus-Powered USB interface. Leave open if USB interface Self- USB Power Mode   SCK / CFG_USB  O/I  Powered   •...
  • Page 51: Layout De Sign-In Checklist For Antaris

      your position is our focus ® 3.5 Layout De sign-In Checklist for ANTARIS Follow this checklist for your Layout design to get an optimal GPS performance.  Layout optimizations (Section 3.6) Is the GPS module placed according to the recommendation in Section 3.6.2?  Have you followed  the Grounding concept (see Section 0)?  Keep the micro strip as short as possible.  Add a ground plane underneath the GPS module to reduce interference.  For  improv ed  shielding,  add  as  many  vias  as  poss ible  around  th e  micro  strip,  around  the  serial  communication lines, underneath the GPS module etc. ...
  • Page 52: Layout

      your position is our focus 3.6 Layout GPS signals at the surface of the Earth are about 15dB below the thermal noise floor. Signal loss at the antenna  and  the  RF  connection  must  be  minimized  as  much  as  possible.  When  defining  a  GPS  receiver  layout,  the  placement of the antenna with respect to the receiver, as well as grounding, shielding and jamming from other  digital devices are crucial issues and need to be considered very carefully.  3.6.1 Footprint This section provides important information enabling the design of a reliable and sensitive GPS system.  TIM modules LEA modules   0.8 mm [32 mil] 1.0mm [39 mil] 0.8 mm 2.45 mm  [32mil]...
  • Page 53: Paste Mask

      your position is our focus 3.6.2 Paste Mask Figure 41 and Table 8 demonstrate the recommended positioning of Cu, Solder and Paste Masks, as well as the  suggested  distances.  Note  that  these  are  recommendations  only  and  not  specifications.  The  exact  geometry,  distances and solder paste volumes must be adapted to the specific production processes (e.g. soldering etc.) of  the customer.   To  improve  the  wetting  of  the  half  vias  it  is  recommended  to  reduce  the  amount  of  past e ...
  • Page 54: Placement

      your position is our focus 3.6.3 Placement ® The  placement  of  the  ANTARIS 4  GPS  Receiver  on  the  PCB  is  very  important  to  achieve  maximum  GPS  performance.  The  connection  to  the  antenna  must  be  as  short  as  possible  to  avoid  jamming  into  the  very  sensitive RF section. ...
  • Page 55   your position is our focus micro strip line O tional active antenna supply ANTARIS GPS module   Figure 43: Recommended layout for TIM-xx As seen in Figure 43, an isolated ground area is created around and below the RF connection. This part of the  circuit has to be kept as far away from  potential noise sources as possible. Make sure that no signal lines cross or  vias of signal traces show up at the PCB surface underneath the area surrounded by the red rectangle. Also, the  ground plane should be free from digital supply return currents in this area. On a multi layer board, the whole  layer  stack  below  the  RF  connection  should  be  free  of  digital  lines.  This  is  because  even  a  solid  ground  plane  provides only limited isol tion. ...
  • Page 56: Antenna Micro Strip

      your position is our focus General design recommendations:  • The length of the micro strip line should be kept as short as possible. Lengths over 2.5 cm (1 inch) should be  avoided on standard PCB material and  without  additional shielding.  • Distance  between  micro  strip  line  and  ground  area  on  the  top  layer  should  at  least  be  as  large  as  the  dielectric thickness.  • Routing the RF connection close to digital sections of the design should be avoided.  • To reduce signal reflections, sharp angles in the routing of the micro strip line should be avoided. Chamfers  or  fillets  are  preferred  for  rectangular  routing;  45-degree  routing  is  preferred  over  Manhattan  style  90-degree routing. ...
  • Page 57: Antenna Bias Voltage On Neo-4S And Lea-4M

      your position is our focus     Figure 45: Micro strip on a 2-layer board (Agilent AppCAD Coplanar Waveguide) Figure 45 shows an example of a 2-layer FR4 board of 1.6 mm thickness and a 35µm (1 once) copper cladding.  The  thickness  of  the  micro  strip  is  comprised  of  the  claddi ng  (35µm)  plus  the  plated  cupper  (typically  25µm).  Figure 46 ...
  • Page 58   your position is our focus Good Microstrip Microstrip Inductor L Inductor L Antenna Supply Voltage Antenna Supply Voltage (e.g. VCC_RF) (e.g. VCC_RF)   Figu re 47: Recommended layout for connecting the antenna bias voltage for LEA-4M and NEO-4S    ...
  • Page 59: Receiver Description

      your position is our focus 4 Receiver Description 4.1 Overview ® The ANTARIS 4 GPS Module is a self-contained receiver for the Global Positioning System (GPS). The complete  signal processing chain from antenna input to serial output is contained within a single component.  The height of 3mm (~120mil) and small size makes it the ideal GPS solution for applications with stringent space  requirements. This type of package makes expensive RF cabling obsolete. The RF input is available directly on a  ®   pin, the ANTARIS GPS Module is SMT solderable and can be handled by standard pick and place equipment.  ® The  ANTARIS 4  GPS  Receiver  provides  up  to  two  serial  ports,  which  can  handle  NMEA,  UBX  proprietary  data  format and differential GPS correction data (RTCM) and a USB device port (only LEA-4x and NEO-4x modules) ...
  • Page 60   your position is our focus 4.1.1.1 The RF Section explained The RF section fulfills four major tasks:  • Low Noise Amplification of the antenna signal   The  built-in  Low  noise  amplifier,  LNA  (ATR0610)  provides  the  initial  amplification  of  the  antenna  signal.  It  has a very low noise figure and is the first pre-amplification stage. The performance of this part determines  the noise performance of the whole receiver.  • Filtering of the antenna signal  Since the architecture of the ATR0601 does not use an image reject mixer for power saving reasons, a SAW  filter at the RF input is needed to suppress the image frequency.  • Frequency conversion of the input signal to a frequency suited for digital processing.  • Sampling of the analog signal to obtain a digital bit stream  An automatic gain control (AGC)  loop is used in front of the A/D-converter to maintain an optimum load for ...
  • Page 61: Power Management

      your position is our focus 4.2 Power Management 4.2.1 Connecting Power ® The ANTARIS 4 GPS Receiver basically has two power supply pins, VCC and VBAT. For LEA modules there is an  additional  pad  power  supply  pin  VDDIO  that  defines  the  IO  voltage  levels.  Figure 50  shows  the  internal  connections of the power supply network.  VCC_RF to RF section: Noise F ilter A and ATR0601 1.8 V to ATR062x core, FLASH...
  • Page 62: Avoiding Increased Current In Low Power Modes

      your position is our focus ® As long as Vcc is supplied to the ANTARIS 4 GPS Receiver, the backup battery is disconnected from the RTC and  the backup RAM in order to avoid unnecessary battery drain (see Figure 52). Power to RTC and BBR is supplied  from Vcc in this case.  GPS Voltage Supply Voltage Supervisor RTC and Battery Backup RAM (BBR) VBAT   Figure 52: Backup Battery and Voltage Before Vcc is supplied for the first time, switch J1 Figure 52 is not initialized. In this case increased battery drain  ight occur if the backup battery is connected to the V_Bat pin. The battery drain will drop to the specified level  s soon as Vcc is applied  the first time.  ote  It’s advised  to connect the backup batter y while Vcc is on or – if not possible  – power up the module ...
  • Page 63: Power Saving Modes

      your position is our focus 4.2.4 Power Saving Modes 4.2.5 Ope rating Mo ® The  ANTARIS 4  GPS  tec hnology  offers  ultra-low  power  architecture  with  built-in  autonomous  power  save  functions. The receiver us es Autonomous Power Management to minimize  the power consumption at any given  time. The CPU clock is  ge ared down every time the full CPU performance is not needed. Even at very low cloc k  speeds, the CPU can still respond to interrupts and gear up CPU clock quickly if required by the computing task.  The software freque ntly m akes use of this feature to reduce average po w  consumption. Furthermore, the clock ...
  • Page 64: Continuous Tracking Mode

      your position is our focus Power Consumption Continuos Mode FixNow Mode 1'000 10'000 Off Time [s]   Figure 5 3: Po wer Consumption with FixNOW Mode   Requirements Recommended Operation Mode Maximum Accuracy  Continuous Tracking Mode (CTM);  Default configuration  Periodic position fixes (< 10s)  Continuous Tracking Mode (CTM)  Power consumption is of minor concern ...
  • Page 65: Power Saving Modes (Fixnow™ Mode, Fxn)

      your position is our focus BAS  Disabling  SBAS  (WAAS,  EGNOS)  reduces  the  current  consumption  by  up  to  3mA  (dependi ng on the number of visible SBAS satellites).  pdate Rate  Reducing   the  update  rate  from  1 Hz  to  0.2 Hz  (1 position  in  5 seconds)  results  in  a  current  saving  of  about  0.6 mA.  Increasing  the  update  rate  from  1 Hz  to  4 Hz  increases the current  consumption by 2 to 3 mA ...
  • Page 66   your position is our focus Full Power State (On State) ® In Full Power State all components of the ANTARIS 4 chipset are powered through pin VCC. This is the standard  operation mode. Depending on CPU load, activity of the peripheral hardware and external load on the I/Os, the  actual supply current requirement may vary significantly.  Sleep State (Off State) Within  this  mode  the  CPU  is  powered  and  the  receiver  can  be  woken  up  with  a  request  on  the  serial  communication interface or an external interrupt. ...
  • Page 67   your position is our focus Wakeup conditions Trigger EXTINT0  Rising edge  RxD1 or RxD2  Falling edge  Table 13: Possibilities to wakeup the receiver Note  When  waking  up  a  receiver  from  sleep-  or  backup  state  with  a  serial  message  (RxD1  or  RxD2),  a  number (at least 8) of 0xFF characters shall be send prior to the RXM-POSREQ message. Otherwise  the first bytes may get lost.
  • Page 68   your position is our focus start-up Get Fix Continuously IF  ( no fix ) IF ( t > T_on ) Reacquisition Acquisition IF ( got 1st fix ) IF ( got fix ) IF ( t > T_acq ) IF ( t > T_reacq ) Acquisition Off State Reacquisition Off State Off State IF ( FixNow requested )  IF ( FixNow requested )  IF ( FixNow requested ) IF ( t > T_off ) IF ( t > T_acq_off ) IF ( t > T_reacq_off ) T_off  will be aligned to TOW if TOW alignment is enabled)  ...
  • Page 69   your position is our focus .2.7.7 FXN with out On/ Off Time  this mode , the receiver wi ll – as long as there  is good  GPS coverage  – never turn it self  off. If there is loss of  ignal,  or  if  there   is  no  signa l  at  powe r-up,  the  receiver  il w l  time  out  and  ...
  • Page 70   your position is our focus .2.7.8 N with On/Off Time  contrast to using  FXN with out On/O ff Time the receive will only stay on for T_on a r  r an initial fix has been  chieved an d switch to Off St ate for T_off afterw ards.   there is no GPS  signal whe n the rec eiver wakes up, th re e  ceiver will try to  acquire a  fix as usual for T_ac q. If  his is not su ccessful the rece iver goes to Off St ate for T_acq _off.  GPS Signal lost signal OK...
  • Page 71   your position is our focus Example Enabled        Use on/off time 0  (= one valid fix)    60  T_on [s] T_off [s] Absolute align  Disabled    Base TOW [s]  Not used  T_acq [s] 60    T_acq_off [s] 120  5    60  T_reacq [s] T_reacq_off [s] Operation As long as there is good GPS coverage, the receiver will perform PVT solutions for T_on, then switches to the ...
  • Page 72: Externally Controlled Power Management

      your position is our focus Example Enabled        Use on/off time 0  (= one valid fix)    86’400 (=24 hours)  T_on [s] T_off [s] Absolute align Enabled    Base TOW [s] 43’200 (=12 hours)  60 (=1 minute)    120  (=2 minutes)  T_acq [s] T_acq_off [s] T_reacq [s] 5    T_reacq_off [s] 60 ...
  • Page 73: Active Antenna

      your position is our focus ‘noise’ that may interfere with the antenna performance. For further information about Antenna designs refer to  Section 3.4.  Passive  antennas  do  not  require  a  DC  bias  voltage  and  can  be  directly  connected  to  the  RF  input  pin  RF_IN.  Sometimes, they may also need a passive matching network to match the impedance to 50 Ohms.  Note Some  passive  antenna  designs  present  a  DC  short  to  the  RF  input,  when  connected.  If  a  system  is  designed with antenna bias supply AND there is a chance of a passive antenna being connected to ...
  • Page 74: Active Antenna Bias Power

    LEA-4M and NEO-4S For all other receivers, refer to Section 4.3.3. EO-4S and LEA-4M do not provide the antenna bias voltage for active antennas on the RF_IN pin. It is therefore  essary  to  provide  this  voltage  outside  the  module  via  an  inductor  as  indicated  in  Figure 62.  u-blox  recommends  using  an  inductor  from  Coilcraft  (0402C S-36NX). ...
  • Page 75: Active Antenna Supervisor

      your position is our focus 4.3.3.2 Short Circuit Protection This section only applies to TIM-4x and LEA-4x receivers with the exception of LEA-4M. If a reasonably dimensioned series resistor R_BIAS is placed in front of pin V_ANT, a short circuit situation can  be detected by the baseband processor. If such a situation is detected, the baseband processor will shut down  supply to the antenna. For firmware version earlier than 5.00, the voltage supply to the antenna will only be re- established after a hardware reset of the receiver, e.g. after power cycling. For firmware version 5.00 or later the  receiver can be configured to attempt to reestablish antenna power supply periodically.   Note To configure the antenna supervisor use the UBX-CFG-ANT message. For further information refer to  ® the ANTARIS 4 Protocol Specification. References  Value  Tolerance  Description ...
  • Page 76   your position is our focus 4.3.4.1 Short and Ope n Circu it Active Ant enna Supervisor This s ection o nly appli es to TIM-4x and LEA-4x receiv ers with the exce ption o f LEA-4M.  Antenna  Supe rvisor c an be c onfigured by a  serial port message...
  • Page 77   your position is our focus Active Antenna RF_IN Antenna Supply in V_ANT V_ANT VCC_RF ADDET_N ADDET_N Analog GND TIM/LEA   Figure 65: Schematic of open circuit detection AADET_N  is  assigned  to  different  pins  for  TIM-4R  and  the  other  variants  of  TIM-4x.  On  TIM-4x,  AADET_N  is  assigned ...
  • Page 78   your position is our focus References  Value  Tolerance  Description  Remarks  ± 1 1  2.2 µF  Capacitor, X7R, min 10 V    0%  ± 1 C2  100 nF  Capacitor, X7R, min 10 V    0%  FB1    Ferrite Bead  e.g. Murata BLM18HD601SN1  600 Ω  ± 10% R1  Resistor, min 0.063 W    56 Ω    ± 10% R2  Resistor, min 0.250 W    10 Ω    ± 1 R3, R4 ...
  • Page 79: Serial Communication

    4.4 Serial Communication ® The  ANTARIS 4  GPS  Technology  comes  with  a  highly  flexible  communication  interface.  It  supports  both  the  NMEA    the  proprietary  UBX  protocol  and  is  able  to  accept  differential  correction  data  (RTCM).  It  is  truly  multi-port nd multi-protocol capable. Each protocol (UBX, NMEA, RTCM, custom protocol) can be assigned to ...
  • Page 80   your position is our focus Possible Asynchronous Serial Interface Configurations Data bit Parity bit Stop bit Baud rate   4’800   8  N  1  9’600  19’200  38’400  57’600   115’200  Table 22: USART configuration Th baud  rates  can be  set  individually for each Serial  Port.  Different e ...
  • Page 81: Usb Serial Po Rt (Lea -4X And Neo-4S)

      your position is our focus 4.4.1.3 SPI Interface The standard software does not support the SPI interface. SPI is only used on LEA-4R/TIM-4R for connecting the  external  sensors.  It  is  also  used  to  connect  an  optional  EEPROM  to  NEO-4S  for  permanently  saving  of  configuration changes.   4.4.2 U SB Serial Po (LEA and NEO-4S) ll LE A-4x  receivers an d NEO -4S fe atur e one USB serial po...
  • Page 82: Ubx Binary Protocol

    The  voltage  range  for  VDDUSB  is  specified  from   3.0V  to  3.6V,  which  differs  slightly  from  the  specificat ion for VCC.    4.4.3 UBX Binary Protocol he  u-blox   GPS  Receivers   use  a  u -blox  propri etary  protocol  to  ansmit  GPS  data  ...
  • Page 83   your position is our focus 4.4.3.2 UBX Message Class A Class  a grouping of messag is  es, which are related to each other. The following table gives the short names,  description and Class ID Definitions.  C ss ID Class Name Class No Description Examples NAV  Navigation  0x01  Navigation Results  Position, Speed, Time, Acc, Heading, DOP, SVs used  RXM  Receiver Manager  0x02  Receiver Manager Messages  Pseudo Ranges, avg. C/N0, Channel STATUS    Infor mative  0x04  Printf-Style Messages  Error, Warning, Notice  A K ...
  • Page 84   your position is our focus Th  following table g ives information about the various values:  Nu b m er Formats Short Type Size (Bytes) Comment Min/Max Resolution   Unsigned Char  1    0...255  1  I1  Signed Char  1  2's com plement -128...127 1    Unsigned Short  2    0...65535  1  I2 ...
  • Page 85: Nmea Protocol

      your position is our focus 4.4.3.4 UBX Message Flow There are certain features associated with the messages being sent back and forth:  • Acknowledgement  When me ssages from the Cla ss CFG are sen t to the receiver, the receiver will send an Acknowledge or a Not  Acknowledge mess age back t the sender, depending on whether or not the message was processed  o  corr ectly.  • Polling Mechanism   Most messages that can be  ou tput by the receiver can also be polled.  There  is  not  a  single  specific  me ssage,  which  polls  any  other  message.  The  UBX  protocol  wa s ...
  • Page 86   your position is our focus   Figure 72: NMEA Protocol Framing NMEA Parser The NMEA specification is fairly open and allows minor variations in the implementation (e.g. number of position  after decimal point, etc.) but it always requests commas between as a separator between NMEA data fields. One  should  therefore  write  a  parser  that  searches  for  commas  and  extracts  everything  between  two  commas.  Th is  way, the parser is independent of the number of digits for the individual message fields. It will even be ab le to  handle empty fields ",,". Beside the commas, a good parser should be able  the handle the valid flags correctly.  Data are only valid if the valid flag is set to valid. If it’s set to invalid, the NMEA parser should reject data output  by the receiver. By no means should it forward it to the application.  ® NMEA messages supported by the ANTARIS 4 GPS Technology ®...
  • Page 87   your position is our focus The NMEA standard allows for proprietary, manufacturer-specific messages to be added. These shall be marked  with  a  manufacturer  mnemonic.  The  mnemonic  assigned  to  u-blox  is  UBX  and  is  used  for  all  non-standard  messages.  • Proprietary NMEA:  PUBX,00  - Navstar Position (Lat/Long)  • PUBX,01 - Navstar Position (UTM)  • PUBX,03 - Navstar Satellite Information  • PUBX,04 - Navstar Time &  Clock Information  • PUBX,40 - Set NMEA message output rate  • PUBX,41 - Set Protocols and Baudrate ...
  • Page 88: Rtcm Protocol

    4.4.5 RTCM Protoco he RTCM (Radio  Technical  Commission for Maritime Services) pro tocol is a unidirectional protocol (input to the  eceiver)  su pplying  the  GP S  receiver  with  real-time  differential  co rrection  data  (DGPS).  The  RTCM  protocol  specification is available from http://www.rtcm.org/.  ® The ANTARIS 4 GPS Technology support RTCM Correction Type Messages 1,2, 3 and 9.  GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   Receiver Description  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 88     ...
  • Page 89: How To Change Between Protocols

      your position is our focus 4.4.6 How to change between protocols 1.  Reconfiguring a port from one protocol to another is a two-step process. First of all, one needs to assign the  preferred  protocol(s)  to  a  port.  One  port  can  handle  several  protocols  at  the  same  time  (e.g.  NMEA  and  UBX). By default, all ports are configured for UBX and NMEA protocol so in most cases, it’s not necessary to  change the port settings at all (UBX-CFG-PRT or "PUBX,41" messages).  2.  Activate certain messages  on each port.  4.5 Acquisition ® At ...
  • Page 90: Warmstart Strategy

      your position is our focus 4.5.2 Warmstart Strategy In Warmstart, the receiver reads the approximate time (from RTC clock), position and almanac information from  Battery  Backup  RAM,  assigns  up  to  12  channels  with  currently  visible  SVs  and  tries  to  acquire  them.  The  remaining channels will be assigned to non-visible SVs as the receiver may have been moved to another location  during off time.   Once sufficient SVs are found and ephemeris is decoded, the receiver starts to navigate.  4.5.3 Hotstart Strategy In  Hotstart,  the  receiver  reads  the  approxima te ...
  • Page 91   your position is our focus External data source, e.g. wireless network operator Almanac Precise Time Ephemeris Synchronization Coarse Position Pulse Coarse Time Cold Start Improved to Improved to typ 34 s typ 24 s typ 4-12 s     Figu re 75: Aidin g Principal  ...
  • Page 92: Assistnow Online

     com munication networks that support Internet access, including GPRS, UMTS  and  Wireless  LAN.  No  special  arrange ments  need  to  be  made  wit h  mobile  network  operators  to  enable  AssistNow  nline.  ® ® Note: All ANTARIS 4 GPS  rece ivers support AssistNow  Online. ® 4.5.6 AssistNow line ® AssistNow  Offline is an A-GPS se rvice that boosts GP S acquisition performance, bringing Time To First Fix (TTFF) ...
  • Page 93: Supersense ® Gps - Weak Signal Gps (Tim-4H/ Lea-4H/ Tim-4S/ Lea-4S) ..................................... 93

      your position is our focus ® u-blox provides AlmanacPlus  data files in different sizes, which contain differential almanac corrections that are  valid for a period of between 1 and 14 days thereafter. Users can download correction data anytime they have  an Internet connection, for example at home or in the office. The GPS receiver stores the downloaded data in  the non-vola tile Flash EPROM.  ® ssistNow  O ffline works in locat ions without a ny wireless connectivity as the correction data files reside in the  eceiver. This makes them  immedi ately available upon start-up, eliminating connection set-up delays, dow nload  aiting times and ca ll charges.  ® ® ote: All A NTARIS 4 GPS re ceivers with Flash EPROM are AssistNow  Offline capable but require a  special  firmware. ® 4.5.7 SuperSense GPS - Weak Signal GPS (TIM-4H/ LEA-4H/ TIM-4S/ LEA-4S) This section only applies to TIM-4H/TIM-4S, LEA-4H/LEA-4S and NEO-4S.
  • Page 94   your position is our focus Acquisition and Ephe meris Downl onger  integr ation  tim es  also  improve  the  acquisition  sensitivity  but  it’s  not  possible  to  reach  the  tracking  sensitivity.  One  of  the   main  issues  is  that  the  decoding  ...
  • Page 95: Sensitivity Settings (Tracking And Acquisition Modes)

      your position is our focus 4.5.8 Sensitivity Settings (Tracking and Acquisition Modes) For a given hardware setup (antenna and receiver), higher sensitivity can be reached by  extending the integration  time of the GPS signal. This means that higher sensitivity is a trade-off versus the time it takes to detect a GPS  signal.  Therefore,  both  the  hardware  setup  and  the  user  application  determine  which  sensitivity  mode  will  provide the best performance .  ® The ANTARIS 4 GPS Technology allows the sensitivity of the receiver to be modified in four steps. Namely, they  are:  • Auto Sensitivity (sensitivity automatically adjusted according to measured signal levels).  •...
  • Page 96: Navigation

    Receiver Autonomous Integrity Monitoring  Specific Differential GPS parameters  DGPS able 27: Overview GPS Navigation Pa rameter 4.6.1.1 Navigation Output ® e ANTARIS 4  GPS Technology outpu ts the navigation data in LLA (Latitude, Longitude and Altitude), ECEF   Earth Centered  Earth Fixed) or UT M (Universal Transverse Mercator) format.  he  LLA  output  can  be  configure d  to  one  out  of  more  than  200  predefined  datums  or  to  a  user  datum. ...
  • Page 97: N Avigation Update Rate

      your position is our focus 4.6.2 avigation Update Rate ® The ANTARIS 4 GPS Technology supports raw data and navigation update rates higher or lower than 1 update  per second.  Parameter Description Defines the time between two raw data (pseudo range) measurements.  Measurement Period  Navigation Rate  Defines the navigation update rate (see formula below).  Defines whether the navigation update is aligned to GPS time or UTC.  Time Source Table 28: Navigation rate parameters 1000 Navigation UpdateRate   Navigation Rate Measuremen tPeriod   Note The update rate has a direct influence on the power consumption. The more fixes that are required, ...
  • Page 98: Static Hold Mode

      your position is our focus Platform Description Timing applications (antenna must be stationary) or other stationary applications  Stationary • Velocity is constrained to 0 m/s  • No process noise (assuming  zero dynamics)  Applications with low accelerations and low speed, as any portable devices carried and  Pedestrian moved by manpower.  • Assuming low acc elerations  A tomotive Used for applications that can be compared with the dynamics of a  passenger car.   • Assuming low process noise  • Assuming low vertical acceleration  At se Recommended for applications at sea, with zero vertical velocity.  • Assuming zero vertical velocity  • Assuming low process noise  Airborne <1g Used for applications that have to handle a higher dynamic range than a car and higher  vertical accelerations.  •...
  • Page 99: Degraded Navigation

    Dead  Reckoning  Timeout  is  reached.  The  position  is  extrapolated but it’s indicated as “NoFix” (except for NMEA V2.1).  Note For sensor based Dead Reckoning GPS solutions, u-blox offers Dead Reckoning enabled GPS modules  (LEA-4R/TIM-4R).  They  allow  high  accu racy  position  solutions  for  automotive  applications  at  places  with  poor  or  no  GPS  coverage.  This  technology  relies  on  additional  inputs  from  a  turn  rate  sensor ...
  • Page 100: Navigation Input Filters

      your position is our focus 4.6.7 Navigation Input Filters he navigation input filt ers m ask the inpu t d ata of the  navigation engine. These settings are optimized already. It   not re comm ended that c nges  to any pa ramete rs be made unless advised by u-blox support engineers.    Parameter Description Fix Mode By defaul t, the receiver calculates a 3D  position fix if possible but reverts to a  2D positio n if necessary (Automatic 2D/3D). It’s possib le to force the  receiver t o permanen tly calculate 2D (2D-only) or 3D (3D-only) positions.  Fix Altitude Initial alti...
  • Page 101   your position is our focus 4.6.8.1 PDOP and P Accuracy Mask These navigation output filters adjust the valid flag of the NMEA and UBX- message. Users of the UBX protocol  have additional access to messages containing an accuracy indicator, along with the position.  4.6.8.2 TDOP and T Accuracy Mask The TDOP  and T accurac y mask  control the TIMEPULSE output. They define when the TIMEPULSE is available  and within the requested accuracy range. Only when these conditions are met the TIMEPULSE is available on  the TIMEPULSE pin.  GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   Receiver Description  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 101     ...
  • Page 102: Position Quality Indicators

      your position is our focus 4.6.9 Position Quality Indicators 6.9.1 NMEA Valid Flag (Position Fix Indic ator) A  position fix is declared as v alid if all  of the conditions below are met:  • ® Position fix with at least  3 satellites (2D or 3D fix ). In order to ensure a good accu racy, th e ANTARIS 4 GPS  Technology does not sup port 1D fixes.   • The ‘3D Position Accurac y Estimate’  needs to be below the ‘Position Accuracy Mask ’  • The PDOP value needs to  be below the  ‘PDOP Accuracy Mask’. ...
  • Page 103   your position is our focus Table  33  lists  of  the  status  fields  (valid  flags)  for  the  different  NMEA  message  for  NMEA  standard  0183  Version 2.2 and smaller:  No Position Fix  Dead  Valid Position Fix  Combined  NMEA  (after power-up,  Reckoning  2D Position  3D  14  Field   but User  GPS/EKF  Message   after losing  (linear extra- Fix  ...
  • Page 104   your position is our focus 4.6.9.2 UBX Valid Flag (Position Fix Indicator) UBX protocol provides status information in abundance. Table 35 lists the position fix flags:  Status Field Message Enumeration Description GPSfix  NAV-STATUS  0x00  No Fix   NAV-SOL  0x01  Dead Reckoning only  0x02  2D-fix  0x03  3D-fix  0x04  GPS + Dead Reckoning combined Flags  NAV-STATUS  0x01  GPS fix OK (i.e. within PDOP & Position Accuracy Masks)  NAV-SOL  0x02  DGPS used  0x04 ...
  • Page 105: Dgps (Differential Gps)

      your position is our focus 4.6.10 DGPS (Differential GPS) For information abo ut the RTCM protocol refer to Section 4.4.5.  4.6.11 SBAS (Satellit e Based Augmentation Systems) 4.6.11.1 SBAS Features ® ANTARIS 4 is capable of receiving multiple SBAS satellites in parallel, even from different SBAS systems (WAAS,  EGNOS, etc.).  They  can  be tracked  and  used for  navigation  simultaneously.  Up  to  three SBAS satellites  can be  searched in parallel and every SBAS satellite tracked  utilizes one vacant GPS receiver channel. Only the number  ®...
  • Page 106   your position is our focus The following SBAS messages are supported, in accordance to standard DO-229C:   Message Type  Message Content  Used from   0(0/2)  Test Mode   All  1  PRN Mask Assignment  Primary  2, 3, 4, 5  Fast Corrections  Primary  6  Integrity  Primary  7  Fast Correction Degradation  Primary  9  GEO Navigation (Ephemeris)  All  10  Degradation  Primary  12  Time Offset  Primary  17  GEO Almanachs  All  18  Ionosphere Grid Point Assignment  Primary  24 ...
  • Page 107   your position is our focus 4.6.11.2 SBAS Configuration To  configure  the  SBAS  functionalities  use  the  UBX  proprietary  message  UBX  –  CFG  (C onfig)  –  SBAS  (SBAS  onfiguration) messag e.  Parameter Description Enables or disa bles the SBAS subsys m  Mode SBAS Subs ystem Allow test mode usage  Allow / Disallo  SBAS usage from satellites in Test Mode  ...
  • Page 108: Raim (Receiver Autonomous Integrity Monitoring)

      your position is our focus 4.6.12 RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) RAIM is a process where the GPS unit itself uses various techniques to monitor the signals it  is receiving from the  atellites, ensuring th at the information used in the navigation solution is valid. Four SVs are required for a 3D   avigation solu tion. The pre sence of one  bad SV could    tected if five SVs were available. A bad SV could be  iden tified and eliminated  from  the solu on if six or more SVs    are available (Fault  De ction and Exclusion (FDE)).  ® he  ANTARIS   Technolog y  support s  RAIM  and  has  the  bility  to  enable/disable  this  feature  using  software  commands.
  • Page 109: Timing

    EPULSE  Pulse Length Duration of  the  TIMEPULSE  Pulse Frequency The pulse frequency is calculated from the pulse period (u-center output only)  Selection whether the Time Pulse is GPS time or UTC time synchronized  Time Source ® Cable Delay Signal delay in  the  cable from the antenna to the ANTARIS 4 GPS Rece iver   ® User Delay The cable delay from  ANTARIS 4 GPS Receiver to the user device plus s ignal delay of  any user application  ® Delay of the signal in the ANTARIS 4 GPS Receiver RF module (hard coded)  RF Group Delay Table 40: TIMEPULSE Parameter description...
  • Page 110   your position is our focus Figure 86 shows the sequential order of the signal present at pin TIMEPULSE and the respective output message  for the simple case of 1 puls e per second and a one second navigation update rate.   UTC 8:30:00 UTC 8:30:01 TIMEPULSE Serial Data Out Position fix calculation Protocol: UTC 8:30:00 Protocol: UTC 8:30:01   Figure 86: TIMEPULSE output signal and protocol time message, example for 1 s period and rising edge configuration The navigation update rate and TIMEPULSE period should be configured to result in a meaningful pattern. For ...
  • Page 111   your position is our focus 4.7.1.2 1PPS TIMEPULSE The following example shows a 1PPS rising e dge triggered TIMEPULSE aligned to GPS time  Parameter values Pulse Mode + 1 – rising      1000  100  Pulse Period [ms] Pulse Length [ms] Time Source 1 – GPS    Cable Delay [ns] 50  User Delay [ns] 0  Table 41: 1PPS TIMEPULSE Parameter settings GPS 8:30:00 GPS 8:30:01 TIMEPULSE...
  • Page 112   your position is our focus 4.7.1.4 60s UTC aligned TIMEPULSE The following example shows a 60s, falling edge triggered TIMEPULSE aligned to UTC Time  Parameter values Pulse Mode - 1 – falling      60000  1  Pulse Per iod [ms] Pulse Length [ms] Time Source 0 – UTC     Cable De [ns] 50  User Delay [ns] 0 ...
  • Page 113: Time Mode

      your position is our focus 4.7.2 Time Mode This section only applies to LEA-4T modules. ® LEA-4T modules support a special Time Mode for increased time accuracy. The AN TARIS 4 is designed only for  stationary antenna setup.  The Time Mode features three different settings. When the Time Mode  is disabled, the receiver works like a  standard PVT receiver. If high timing accuracy is required and the fixed antenna position is not known, set the  ® Time Mode to ‘survey-in’. In this mode the ANTARIS 4 GPS receivers averages the position measurements over  a  long  period  of  time  until  a  predefined  standard  deviation  is  achieved.  Afterwards  the  receiver  will  be  automatically set to fixed Mode and the Timing features will be activated. ...
  • Page 114: Timemark

    4.7.3 Timemark This section only applies to LEA-4T modules. ® ANTARIS 4 GPS Receiver can be used for time measurement s with a sub millisecond resolution using the external  interrupt (EXTINT0). The Timemark function can be enabled with UBX – CFG – TM (for firmware version <5.00)  or UBX – CFG – TM2 (for firmware version ≥ 5.00).   The  results  are  transmitted  via  serial  port  with  the  UBX  –  TIM  –  TM/TM2  messages  including  time  of  the  last ...
  • Page 115: Re Iver Configuration

      your position is our focus 4.8 Receiver Configuration 4.8.1 Configuration Concept ® e A NTAR 4 GPS  hnology  is  fully  configura ble with UBX protocol configuration messages (message class  UBX-CFG).   config ation of   rec eiver can be changed  during normal operation mode. The configuration  ta is  auto tically  red to th e c urre nt configuration se ction and becomes immediately active (see Figure 91).  ® The ANTARIS 4 GPS core always uses the current configuration.  The settings from the current section will only become permanen t settings if they are saved to the permanent ...
  • Page 116   your position is our focus .8.1.2 Org nization the Configur ion Sectio e confi guration  is  divid  into sev eral sub-s ections.  Each of these sub-sections corresponds to one or several  UBX-CFG messa ges.   Sub-Section  CFG - Messages  Description  0  PRT  UBX–CFG –PRT  rt settings  1  MSG  UBX–CFG –MSG  Message settings (enable/disable, u pdate rate)  BX–CFG –NMEA  2  INF ...
  • Page 117   your position is our focus 4.8.1.4 Change Configuration permanently To change a configuration permanently on the receiver, the configuration parameters must have been previously  stored in order to be available  at startup. Therefore any permanent change of configuration must be saved in the  battery backup RAM for Low  Cost receivers or FLASH  for Programmable Receivers.  To store a configuration select the UBX – CFG (Config) – CFG (Configuration) save command in u-center AE and  send the message to the receiver by pressing the send button ( ).    Figure 92: Saving a configuration section Note Use the <ctrl> + <left click> to deselect the last selection, if you choose “user defined”. 4.8.1.5 Loading a Configuration Generally there is no need to manually load configuration settings since they are automatically loaded at startup.  The ability to force a load of the settings can be useful if you changed some settings (without saving them) and  want to reset the configuration to the last saved configuration. To do this select the requested sections in the  load box and send the message to the receiver.  4.8.1.6 Clear a Configuration permanently Clearing a configuration can be useful if you want to reset to the factory default state. You have to load them ...
  • Page 118: Gpsmode Pin Configuration (Rom Only / Low Cost Receivers)

    Revert to default Use Custom Firmware Setting Settings   ® Figure 93: ANTARIS 4 GPS Technology Start-Up Procedure Note The start-up configuration  can be changed at any time sending appropriate configuration commands  over serial port. ® TIM and LE A receivers support only a subset of all GPS MODE configurations of the ANTARIS 4 Chipset due to  limited pins available on the module.  Function TIM-4A/ TIM-4S LEA-4A LEA-4S     GPSMODE2     GPSMODE3       ...
  • Page 119   your position is our focus 4.8.2.2 Sensitivity Settings For LEA-4A, TIM-4A and TIM-4S: TIM-4x LEA-4A GPSMODE3 GPSMODE2 Description [PU] [PU]   0  0  Auto        1  Fast Mode        1  0  Normal sensitivity mode       1  1  High sensitivity mode ...
  • Page 120   your position is our focus Message Set Protocol Message Class Messages Standard  GGA, RMC  NMEA NAV  SOL, SVINFO  Medium NMEA Standard  GGA, RMC, GSA, GSV, GLL, VTG, ZDA  NAV  SOL, SVINFO, POSECEF, POSLLH, STATUS, DOP, VELECEF, VELNED, TIMEGPS,  TIMEUTC, CLOCK  Standard  GGA, RMC, GSA, GSV, GLL, VTG, ZDA, GRS, GST  High NMEA Proprietary  PUBX00, PUBX03, PUBX04  NAV  SOL, SVINFO, POSECEF, POSLLH, STATUS, DOP, VELECEF, VELNED, TIMEGPS,  TIMEUTC, CLOCK  MON  SCHD, IO, IPC  Standard  GGA, RMC, GSA, GSV, GLL, VTG, ZDA, GRS, GST  Debug NMEA Proprietary  PUBX00, PUBX03, PUBX04 ...
  • Page 121: Sy Em Functions

      your position is our focus 4.9 System Functions 4.9.1 Reset Options ® The  ANTARIS 4  GPS  Technology  distinguishes  between  four  types  of  reset.  An  external  hardware  reset  (by  pulling  open  drain  RESET_N  pin  low),  two  resets  are  controlled  software  resets  and  one  is  an  asynchronous  software reset, which are used to shut down and restart parts or  the whol receiver. ...
  • Page 122: Boot_Int- Boot Mode Selection

    Figure 96: BOOT_INT, Internal connection Note This  Pin  is  only  needed  if  a  firmware  upgrade  failed  and  therefore  the  firmware  image  is  corrupt.  Leave BOOT_INT unconnected if not used.  Note It’s advisable to foresee a jumper between BOOT_INT_N and VCC. For Low Cost Receivers this signa l  is only used for production tests at u-blox, hence no jumper is required.  4.9.4 EXTINT - External Interrupt Pin EXTINT0 (and optional EXTINT1) is an external interrupt pin. This pin is used in standard configuration to initiate  a position fix in the FixNOW™ Mode. A rising edge at EXTINT wakes up the module and initiates a position fix  ® calculation. Using the ANTARIS 4 Software Customization Kit, EXTINT can initiate external interrupts to custom ...
  • Page 123: System Monitoring

      your position is our focus 4.9.5 System Monitoring ® The ANTARIS 4 GPS Rece iver provides System Monitoring functions that allow the operation of the embedded  processor and associated peripherals to be supervised. These System Monitoring functions are being output as  part of the UBX protocol, class ‘MON’. The in formation available from the system monitoring functions is:  1.  Software Version  2.  Hardware Version  3.  Current syste m CPU load  4. Maximum stack usage since last reset    5.  Last exception (type/registers/ sta ck dump)  6.  Target (USART/SPI) specific values:   Number of bytes  received  • Number of bytes  transmitted  • Number of pa rity errors  •...
  • Page 124: Product Handling

      your position is our focus 5 Product Handling ® Note As all ANTARIS 4 products are LEAD FREE (RoHS compliant).  5.1 Packaging ® The ANTARIS 4  GPS  Modules are  delivered  as  hermetically  sealed  reeled  tapes  in  order  to  enable  efficient  production, production lot set-up and tear-down.    ® Figure 97: Reeled ANTARIS 4 GPS Receiver modules 5.1.1 Reels ®...
  • Page 125: Tapes

      your position is our focus 5.1.2 Tapes The dimensions and orientations of the tapes for the TIM-4x, LEA 4x and NEO-4x GPS Modules are specified in Figure 99 and Table 54.       4.00mm Feed Direction Dimension Module Length(mm) Remarks TIM  25.9  Height of module  LEA  23.0 NEO  16.6  TIM  25.9  Width of module  LEA  17.6  NEO  12.6  TIM  32.0  Distance from leading  edge of module to  LEA ...
  • Page 126: Storage

      your position is our focus    Figure 100: Applicable MSD Label (See Section 3.1 for baking instructions) 5.2.3 Storage Shelf life in sealed bag is 12 months at <40°C and <90% relative humidity.   5.2.4 Handling A humidity indicator  card and a desiccant bag to absorb humidity are enclosed in the sealed package.  The parts  are shipped on tape-a nd-reel in a hermetically sealed package.  If no humidity has been drawn, the three fields  in the humidity indicator card indicate blue color.  GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   Product Handling  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 126     ...
  • Page 127: Floor Life

      your position is our focus   Figure 101: Humidity Indicator Card, good condition 5.2.5 Floor Life For  products  with  moisture  sensitivity  leve l  4 ,  the  floor  life  is  72  hours,  or  precisely  three  days.    Under  factory  floor  temperature  and  humidity  condition s ...
  • Page 128: Pr Essing Oc

      your position is our focus 5.3 Processing 5.3.1 Moisture Preconditioning Both encapsulant and substrate materials absorb moisture.  JEDEC specification J-STD-020 must be observed to  prevent  cracking  and  delamination  associated  with  the  "popcorn"  effect  during  solder  reflow.  The  popcorn  effect can be described as miniature explosions of evaporating moisture.  Baking before processing is required in  following cases:  • Humidity indicator card: At least one circular indicator is no longer blue  • Floor life or environmenta l requirements after opening the seal is opened has been exceeded, e.g. exposure  to xcessive seasonal humidity.   e om ended baking procedure: ation: ...
  • Page 129: Reflow Soldering

      your position is our focus 5.3.3 Reflow Soldering A convection type-soldering oven is strongly recommended  over  the  infrared  type  radiation  oven.   Convection  heated  ovens  allow  precise  control  of  the temperature  and  all  parts  will  be  heated  up  evenly,    regardless of material properties, thickness of compon ents and surface color. ...
  • Page 130: Optical Inspection

      These Peak temperatures is around 10 degree igher than the recomme  h nded st andard leads process  ® on ANTARIS  products.  ® Note The ANTARIS  modules must not be solde d w ith a damp heat process .    5.3.4 Optical Inspection ® After soldering the ANTARIS 4 GPS Module, consider an optical inspection  step  to check whether:  • ® ANTARIS 4 GPS Module is properly aligned and centered over the pads  • All pads are properly soldered  • No excess solder has created contacts to neighboring pads, or possibly to pad stacks and vias nearby.  GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   Product Handling  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 130     ...
  • Page 131: Cleaning

      your position is our focus 5.3.5 Cleaning In  general,  cleaning  the  populated  modules  is  strong ly  discouraged.    Residuals,  which  are  underneath  the  ® ANTARIS 4 GPS Modules, cannot be removed easily with a washing process.  • Cleaning with water will lead to capillary effects where water is absor bed in the gap between the baseboard  ® and  the  ANTARIS 4  GPS  Module.    The  combination  of  residuals  of  soldering  flux  and  encapsulated  water ...
  • Page 132: Conformal Coating

    EMI  covers  is  done  at  the  customer's  own  risk.  The  numerous  ground  pins  should  be  sufficient  to  provide  optimum immunity to interferences and noise.  ® Note u-blox  makes  no  warranty  for  damages  on  the  ANTARIS 4 GPS  Module  caused  by  soldering  metal  cables or any other forms of metal strips directly onto the EMI covers.  5.3.13 Use of any Ultrasonic Processes ®...
  • Page 133: Product Testing

      your position is our focus 6 Product Testing 6.1 u-blox In-Series Production Test u-blox  focuses  on  high  quality  for  its  products.  To  achieve  a  high  standard  it’s  our  philosophy  to  supply  fully  tested units. Therefore at the en d of the production process, every unit is tested. Defective units are analyzed in  detail to improve the production  quality.  his is achie ved with au tomatic  test equipme...
  • Page 134: Sy Em Sensitivity Test

    6.3 System Sensitivity Test The  best  way  to  test  the  sensitivity  of  a  GPS  device  is  with  the  use  of  a  1-channel  GPS  simulator.  It  assures  reliable and constant signals at every measurement.     Figure 104: 1-channel GPS simulator u-blox  reco mmends the following Single-Channel GPS Simulator:  • Spirent  GSS6100 ...
  • Page 135: Pc Support Tools

      your position is our focus 7 PC Support Tools 7.1 Firmware Update There are several ways to upgrade the firmware  1.  Command line tool (ATR062xL.exe)  2.  U-center update tool  7.1.1 ATR062xL.exe The command line tool ATR06xL.exe can be used to upgrade firmware over serial port.  It’s possible to write customized batch files to run the firmware upgrade automatically. To run the ATR062xL.exe  with a batch file, add a file e.g. udwld.bat to  your project directory with the following content according to your  PC and GPS receiver setup:    mple: Atr062xL.exe –f ANTARIS_Fw_5.00.bin –c COM –p com1 –m UBX 9600   There are arguments of the command line tool: b <baudrate>...
  • Page 136: U-Center Update Tool

      your position is our focus 7.1.2 U-center Update Tool 7.1.3 Firmware update with u-center AE The  receiver  firmware  can  be  updated  with  the  firmware  update  function  in  the  Tools  Menu  of  u-center AE.  ® Follow these steps to upgrade the firmware on ANTARIS 4 GPS Receiver:  7.1.3.1 Firmware Update via Serial Port (USART) 1. ...
  • Page 137   your position is our focus 8.  Press ‘Update’ Button to start download.       Figure 106: Screenshot, u-center Firmware; Update Tool settings for Serial Port Update GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   PC Support Tools  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 137     ...
  • Page 138: Using U-Center Antaris Edition

    ® 7.2 Using u-center ANTARIS Edition ® ® u-center ANTARIS  Edition (u-center AE) is a very powerful PC support tool. It’s provided with every ANTARIS ® EvalKit and ANTARIS Software Customization Kit. New continuously improved releases can be downloaded for  free from our website: http://www.u-blox.com.     ® Figure 110: Screenshot, u-center ANTARIS Edition (u-center AE) GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)   PC Support Tools  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 138     ...
  • Page 139: Using U-Center Message View

      your position is our focus 7.2.1 Using u-center Message View The  u-center  Message  View  is  used  to  communicate  with  the  GPS  receiver.  Receiver  output  messages  (e.g.  navigation  output,  status  and  debug  information)  are  displayed;  input  messages  (e.g.  configuration  messages)  can be sent. There are different sections for NMEA and UBX protocol.  ...
  • Page 140   your position is our focus 7.2.1.1 Receiver Output Messages Message Tree Last Update Black mes sages  Time in seconds  have recen tly been  since last update.  updated; grey  messages have not  Message Content been updated.  Selected Message Blue shaded if mes- sage has been  received f rom the  GPS recently  Hex Dump otherwise grey.    Figure 112: Message Display of an U-center output message Double-clicking ...
  • Page 141: Recording Logfiles

      your position is our focus 7.2.2 Recording Logfiles -center allows recordin g and playi ng log file. Usi ng t he pl er controls, one record a log file, step through or   lay all messages from th e log file. T he series of  buttons in th   e player toolbar can be used to navigate through   he log file. The records w ill be displaye d on th e navigat n di splay window, in  the same wa y that live GPS data   displayed when usi ng u- center. Refer   the  u-ce nter AE u r’s guide [4] for ...
  • Page 142: Configuration Of Antaris

      your position is our focus ® 7.2.4 Configuration of ANTARIS 4 based GPS Receivers ® u-center AE is able to get the actual configuration of an A NTARIS  based GPS receiver and store it to an ASCII  ® text file containing hexadecimal reco rds. Such a file  can  be e dited and stored to an ANTARIS  based GPS receiver  gain. By cl icking the menu “Tools->GPS Configur tion dialog  n…” of u-center AE, the GPS Configura pens. The follow ing functions are avail able:    Figure 115: Screenshot, u-center GPS configuration •...
  • Page 143   your position is our focus   Figure 117: Content of a Configuration File When  clicking  the  “Edit”  button  in  the  GPS  Configuration  dialog,  the  Notepad  editor  opens  (standard  Windows software). Configurations are stored the following way:  • ®  line: it contains the version of the ANTAR  based GPS receiver where the configuration is from. Never change this line!  • For the 2  line and following eac h line contains the same: <class ID>-<message ID> - <hexadecimal byte ...
  • Page 144: Troubleshooting

      your position is our focus 8 Troubleshooting ® The ANTARI GPS receiver does not meet the TT F specific ake sure yo ur antenna has a g ood  sky view.  bstructed view leads to prolonge  startup times.     a  well es igned  system, the a verage   of  the C/No ratio    of  high eleva tion  ...
  • Page 145  a GPS receive r has  no information about  th e number f leap  conds until this information is   o receiv d from the GPS satellites,  which can take up to 12.5 minutes. During this time, the receiver will have to  make  an  assumption  and  output  a  default  value.  u-blox  has  decided  to  output  0s  in  this  case.  Some  people  would prefer 13s (the number of leap seconds at the time being). Though the latter approach seems to be an  advantage as one doesn't see any time jump in ca se of cold starts right now, it is very questionable approach  since a potential problem is hidden for a long time . As the number of leap seconds will change sooner or later  (the earth rotation slows down), the problem might not occur when the units are already deployed in the field.    hat can  be done to overcome this proble m? ...
  • Page 146   your position is our focus My application (e.g. u-center AE) does not receive anything Check if the evaluation box is powered and make sure the serial cable is properly connected to the evaluation  box and the PC. By default, the e valuation box will output UBX protocol on port 1 at 57600 baud.   My application (e.g. u-center AE) d oes not rec eive a me ssages ® ake sure the ba ud rate is sufficient. If  the bau d rate is  in ficient, GPS rec eivers based on the ANTARIS  GPS  Technology will skip excessive messages.  ...
  • Page 147: A Default Settings

      your position is our focus A Default Settings Note For  the  default  settings  for  the  ROM-only  -  Low  Cost  GPS  receivers  please  refer  as  well  to  Section 4.8.2  as  the  config uration  settings  are  defined  by  the  status  of  the  GPSMODE  Pins  at  the  start up.
  • Page 148   your position is our focus Navigation (UBX – CFG – NAV2) Parameter Default setting Unit Range/Remark 3-Automoti ve    tationary; 2- Pede stri an; 3-Autom otive; 4 ea; 5-A borne  Dyna mic Platform Model <1g; 6-Airborne <2g;  7- Airborne <4g  Allow Almanac Navigation Disabled     bled - Disabled  Static Hold Threshold 0.00 ...
  • Page 149: Power Saving Modes

      your position is our focus Receiver Manager (UBX - CFG – RXM) LEA A, LEA-4P, LEA-4M, TIM-4A, TIM-4 nd TIM-4R Parameter Default setting Unit Range/Remark GPS M Norm al    to; Normal; Fast Acquisition; High  Sensiti ty  w ower Mo 0 – CTM    0  CTM; 1 - FXN   - Table 6 2: Receiver Configuration defa...
  • Page 150: Sbas Configuration

      your position is our focus A.4 SBAS Configuration SBAS Configuration Parameter Default setting Unit Range/Remark SBAS Subsystem Enabled    abled – Disabled    Allow test mode usage  Disabled     Enabled – Disabled  Services  Ranging (Use SBAS for  Enabled    Enabled – Disabled  navigation)  Apply SBAS Correction  Disabled    Enabled  – Disabled  Data  Apply integrity information  Disabled  ...
  • Page 151: Message S (Ubx - Cfg - Msg)

      your position is our focus Message s (UBX – CFG – MSG) UBX  Message Type USART1 USART2 Range/Remark (TARGET1 (TARGET2 ) (TARGET3 )   NAV-P OSECEF Out            NAV-P OSLLH Out    1       ...
  • Page 152: Messages (Ubx - Cfg - Inf)

      your position is our focus NMEA Message Type USART1 USART2 Range/Remark (TARGET1 (TARGET3 ) (TARGET2 )   NMEA - DTM Out            NMEA - GBS Out            NMEA - GGA Out  1    1      NMEA - GLL Out ...
  • Page 153: Timing Settings

      your position is our focus A.8 Timing Settings Time ark (UBX – CFG – TM2) Parameter Default setting unit Range/Remark Input  Line  31 – EXTIN T0    0 –  EXTINT 0; 1 – EX TINT  1; 2– EXTI NT 2  Enable Timemark  Disabled    Enabled; disabled  Mode       ; Single  Time B ase ...
  • Page 154: B Map Datums

      your position is our focus B Map Datums B.1 Predefined Datums Please  re fer to the bookl et GPS Basics, Introduction to the system [2] for a detailed introduction to coordinate  systems, datums and datum  conversion.   Ellipsoid index Rotation and scale Index Name Acronym dX [m] dY [m] dZ [m] (see Table 76) index (see Table 77) 0 ...
  • Page 155   your position is our focus Ellipsoid index Rotation and scale Index Name Acronym dX [m] dY [m] dZ [m] (see Table 76) index (see Table 77) 33  North Sahara 1959 - Algeria  NSD  -186.0 -93.0 310.0 34  Old Egyptian 1907 - Egypt  OEG  -130.0 110.0 -13.0 35  Point 58 - Mean Solution (Burkina Faso & Niger) ...
  • Page 156   your position is our focus Ellipsoid index Rotation and scale Index Name Acronym dX [m] dY [m] dZ [m] (see Table 76) index (see Table 77) Europ ean 1950 - England, Wales, Scotland &  70  EUR-G  -86.0 - 96.0 -120.0 Channel Islands  European 1950 - England, Wales, Scotland &   71  EUR-K  -86.0 - 96.0 -120.0 Ireland ...
  • Page 157   your position is our focus Ellipsoid index Rotation and scale Index Name Acronym dX [m] dY [m] dZ [m] (see Table 76) index (see Table 77) N. Americ an 1927 - Eastern  Canada  02  Newfoun dland, New Brunswick, Nova Scotia &  -G  -22.0 160.0 190.0 Quebec)   03  N. Americ an 1927 - Manitoba  & Ontario ...
  • Page 158   your position is our focus Ellipsoid index Rotation and scale Index Name Acronym dX [m] dY [m] dZ [m] (see Table 76) index (see Table 77) 136  South American 1969 - Chile  SAN-D  -75.0 -1.0 -44.0 137  South American 1969 - Colombia  SAN-E  -44.0 -36.0 uth American  1969 - Ecuador (excluding  138 ...
  • Page 159   your position is our focus Ellipsoid index Rotation and scale Index Name Acronym dX [m] dY [m] dZ [m] (see Table 76) index (see Table 77) 170  Mahe 1971 - Mahe Island  MIK  41.0 -220.0 -134.0 171  Reunion - Mascarene Islands  RUE  94.0 -948.0 -1262.0 172  American Samoa 1962 - American Samoa Islands ...
  • Page 160   your position is our focus Ellipsoid index Rotation and scale Index Name Acronym dX [m] dY [m] dZ [m] (see Table 76) index (see Table 77)   Pulkovo 1942 Russia   -    28.0 -130.0 -95.0 207  Tananarive Obser vatory 1925 - Madagascar   TAN  -189.0 -242.0 08 ...
  • Page 161   your position is our focus Index Description Rot X [seconds] Rot Y [seconds] Rot Z [seconds] Scale [-] 0    +0.0000  +0.0000  +0.0000  0.000  1    0.0000  0.0000  -0.5540  220  2  European  Datum  1987 IAG RETr ig Subcommision 0.1338  -0.0625  -0.0470  0.045  able 7: Ro tation and scale...
  • Page 162: C Demo Design

    4.3 .  C.1.3 Layout Figure 118 and F re 119 show  exam ples of an  lication bo ard based on u-blox PS2 board. One can easily  identi fy  the  larg e  nu mber  of  vias  an d  the  ground  a reas  on  the   top  l ayer.  Since  the  dielectric  is  rather  thic k ...
  • Page 163: Le - Smart Antenna A

      your position is our focus   Figure 119: Reference layout: B ottom layer r 1.6 FR-4 material Note u-blox of fers  a P  review  su  fo  yo ur esi  d  to assure good GPS performance. Plea se contact  your loca l u -blox office already in an ear  stage of your design process for optimal guida e. C.2 LEA – Smart A nten The ...
  • Page 164: Schematic

      your position is our focus C.2.1 Schematic ANT1   gure 121: LEA S rt Antenn a Sch ematic Some of the pass ive compo nts (Resisto s) can be  neglected, if the design does not have to support Low Cost  odules (like LE -4A).  GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)    Demo Design  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 164     ...
  • Page 165: Bill Of Material

      your position is our focus C.2.2 Bill of Material   Part description  Remarks  ANT1  25 x 25mm Ceramic Patch Antenna   e.g. EMTAC ANR1580M25B4, e.g. F0=1580   C1, C3  10µ, 20%, S1210    C2  10n, 10%, S0603    D1  Schottky diode, e.g. BSA40-05  Only required if optional battery J2 is used.  J1  10-pin connec tor, 2.54mm pitch  e.g. Mol ex 7395 right angle header  J2  Sanyo ML621-TZ 1 Rechargeable Li  Battery   Optional. If not used, connect pin J1-6 to battery on motherboard or to GND.   R3A  100k Resistor,  10%, S0603,  0.063W  GPSMODE6, see also section 4.8.2.3. For LEA-4S and LEA-4A, fit R3B or leave  ...
  • Page 166: Layout

      your position is our focus C.2.3 Layout The layout is designed for a 2-layer 1mm FR4 PCB board.      Figure 123: Bott om Layer igur 122: T op Layer   GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)    Demo Design  GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 166     ...
  • Page 167: D Migration To Antaris

    ® ® Migrating ANTARIS  to an ANTARIS 4 GPS receiver is a very straightforward procedure. Nevertheless there are  some points to be considered  during the migration.  D.1 Software Changes < Firmware 5.00 or Firmware 5.00 or Remarks < ROM5 ROM5 UBX-CFG-NAV  UBX-CFG-NAV2  To ease the navigation configuration u-blox has introduced a new message. It  has also additional features. UBX-CFG-NAV is not supported anymore on  ® ANTARIS 4. See also Section 4.6.  UBX-TIM-TM  Time mark feature  UBX-CFG-TM  Starting with firmware version 5.0, these messages are not longer supported!  UBX-TIM-TM2  Improved Time Mark feature.  UBX-CFG-TM2  Only supported on LEA-4T.  UBX-RXM-RAW  UBX-RXM-RAW  Satellite RAW and subframe data. ...
  • Page 168: Migration From Lea-La To Lea-4H/Lea P

      your position is our focus LEA-LA LEA-4A / LEA -4S Remarks for Migration Pin Name  Typical Assignment  Pin Name  Typical Assignment    GPSMODE2/ Backward compatible: This pin can be connected  Connected to GND  GPSMODE23 Not connected  to GND, VDD18OUT or VCC. An external pull up  GPSMODE2 or VDD_18OUT  resistor is not required as there is one built-in.  Not connected GPSMODE7 Not connected  Connected to GND VDDUSB Connected to GND  Placing a LEA-4x into an existing LEA-LA board  design will disable USB port.  Not connected USB_DM Not connected  Not connected USB_DP Not connected ...
  • Page 169   your position is our focus LEA-LA LEA-4H / LEA-4P Remarks for Migration Pin Name  Typical Assignment  Pin Name  Typical Assignment    mode is increased by up to 50µA  Connected to GND  Backward compatible: can be left open or  GPSMODE2 PCS2_N Not connected  or VDD_18OUT  connected to GND, VDDIO or VDD_18OUT.  Not connected Not connected  Connected to GND  Connected to GND VDDUSB Placing a LEA-4x into an existing LEA-LA board  or VDD_USB  design will disable USB port.  Not connected USB_DM Not connected  Not connected Not connected  USB_DP Connected to ...
  • Page 170: Migration From Tim-Lx To Tim-4X Pin Out

      your position is our focus D.4 Migration from TIM-Lx to TIM-4x pin out The  pin-outs  of  TIM -Lx  and  TIM-4x  modules  do  not  differ  significantly.  Table 81 compares  the  modules  and  ighlights  the  differences  to  be  considered.  Please  note  that  this  table  does  not  consider  any  migration  from  TIM-LR. ...
  • Page 171: Pin Comparison Antaris  To Antaris 4

      your position is our focus ® ® Pin Comparison ANTARIS to ANTA   ® ® ANTARIS ANTAR TIM-4A/ TIM-4S TIM-4P/ TIM-4H TIM-LA /TIM-LC TIM-LL/ TIM-LF/ TIM-LH TIM-LP TIM-LR       Pin Name Typical  Pin Name Typical  Pin Name Typical   Na Typical  Pin Name ...
  • Page 172   your position is our focus   ® ® ANTARIS ANTARIS LEA-LA LEA-4A/ LEA-4S LEA-4P/ LEA-4H/ LEA-4T Pin Name Typical  Pin Name Typical  Pin Name   Typical  Assignment Assignment  Assignment  TxD2 3.0V out  TxD2 3.0V out  MOSI  1  1.8 - 5.0V RxD2 3.0V in RxD2 MISO  2    TxD1 3.0V out ...
  • Page 173: Migration From Tim-St To Tim-4X

    TIM-4x (ANTARIS Remarks NMEA V2.2  NMEA V2.3  Most NMEA parsers should be able to handle V2.2 and V2.3. Should your  parser struggle with V2.3, configure TIM-4x to output NMEA V2.1 by sending   an UBX-CFG-NMEA message.  ® 12 channels  16 channels  ANTARIS 4 is able to track up to 16 satellites in parallel. Since one GSV  message contains only up to 4 satellites, ANTARIS may send up to 4 GSV  messages whereas TIM-ST only output 3. If this causes problem, reduce the  NMEA output of ANTARIS to 12 satellites by sending a CFG-NMEA message  ® Lat and Long are output in  Lat and Long are only  ANTARIS 4 can be reconfigured to output Lat and Long in case of invalid fixes  case of invalid fixes  output for valid fixes  by sending an UBX-CFG-NMEA message.  ® Accepts position up to a  Accepts position up to a  ANTARIS 4 receivers are more sensitive than TIM-ST. Hence the more  PDOP of 50  PDOP of 25  conservative approach with a PDOP of 25 works usually fine. However, it’s  possible to configure TIIM-Lx to accept position with a higher PDOP by sendin g  a UBX-CFG-NAV2 message  Lat and Long are output  Lat and Long are output  The NMEA specification is fairly open and allows minor variations in the  with 4, the time with 3 ...
  • Page 174 The  pin-outs  of  TIM-ST  and  TIM-4x  modules  do  not  differ  significantly.  Table 84  compares  the  modules  and  highlights the differences to be considered.  TIM-ST TIM-4x Remarks Pin Name  Typical Assignment  Pin Name  Typical Assignment    The nominal voltages are identical but the  2.75 – 3.45V 2.70 – 3.30V  tolerances differ slightly. u-blox recommends  using a 3.0V LDO for TIM-4x (see 4.2.1.1)  GND  No difference   BOOT_INT BOOT_INT NC  No difference  RXD1 3.0V in  RXD1  in  No difference  ...
  • Page 175: E Mechanical Dimensions/ Pinout

      your position is our focus E Mechanical Dimensions/ Pinout E.1 LEA Modules 2.85 ± 0.1 mm [112.2 ± 4 mil] 2.85 ± 0.1 mm [112.2  ± 4 mil] LEA-4P RF_IN RF_IN LEA-4A BOOT_INT LEA-4H BOOT_INT LEA-4S VCC_RF V_BAT VCC_RF V_BAT LEA-4T V_ANT RESET_N V_ANT RESET_N 1.10 ± 0.1 mm [  43.3 ± 4 mil] 1.10 ± 0.1 mm [  43. 3 ± 4 mil] AADET_N GPSMODE6 AADET_N (Reserved) 3.80 ± 0.1 mm [149.6 ± 4 mil] 3.80 ± 0.1 mm [149.6  ± 4 mil]...
  • Page 176: Tim Modules

      your position is our focus E.2 TIM Modules 25.4 ± 0.1 mm [1000 ± 4 mil] 25.4 ± 0.1 mm [1000 ± 4 mil] TIM-4P RF_IN RF_IN TIM-4A TIM-4H TIM-4S V_ANT V_ANT 1.9 ± 0.1 mm 1.9 ± 0.1 mm  ± 4 mil] [75 ± 4 mil] VCC_RF VCC_RF 8 ± 0.1 mm 2.8 ± 0.1 mm 0 ± 4 mil] [110 ± 4 mil] V_BAT VDD18OUT V_BAT VDD18OUT RESET_N EXTINT1 RESET_N GPSMODE3 EXTINT0 EXTINT0 GPSMODE5 RxD2 GPSMODE2 RxD2...
  • Page 177: Neo Modules

      your position is our focus E.3 NEO Modules   0.8 ± 0.1 mm [  31.5 ± 4 mil] MOSI RF_IN MISO SCK/CFG_USB VCC_RF 1.1 ± 0.1 mm [  43.3 ± 4 mil] (Reser ved) NEO-4S 3.0 ± 0.1 mm [118.1 ± 4 mil] (Reser ved) VDDUSB (Reser ved) USB_DP TxD1 USB_DM RxD1 EXTINT0 V_BAT TIMEPULSE SELECT OT_INT 1.0 ± 0.1 mm [  39.4 ± 4 mil] 12.2 ± 0.1 mm [480.3 ± 4 mil] 2.8 ± 0.3 mm [110.2 ± 12 mil]   Figure 126: Pin-out NEO-Mod ules Note...
  • Page 178: F Index

      your position is our focus F Index   2D Navigation,  99  Fast Acquisition, 95   Firmware U pdate, 135, 136  FixNOW™, 63, 65  FLASH, 59, 115, 117  Footprint, 52  Accuracy, 30,  63, 71, 72, 100, 101, 110, 144  Full Power State, 65, 66, 69, 71  Acquisition,  12, 89, 95  FXN, 63, 65  Activ e Ante nna, 42  , 22, 60   AGPS, 90  Aiding, 13,  90  Aiding Topo logy, 30, 91  GPS Time, 97, 109, 111 , 145  Almanac Na vigation, 96, 99, 144  GPSMODE, 118  Antenna, 42, 144  Grounding, 52, 54, 132 ...
  • Page 179   your position is our focus Standard GPS Receivers, 36  Static Hold Mode, 98  OCD, 78  Status Information, 104  Odometer, 32, 99, 102, 103  ® SuperSense , 36  Open Circuit Detection, 78  , 93  utput Message,  140  TDOP, 110  assive Antenna,  42, 72  Testing, 133  aste Mask, 53   TIM modules, 38  atch Antenna, 17  Timemark, 114  PDOP, 14, 1 00, 101, 144  TIMEPULSE, 60, 100, 109  in Configuration, 118  Timing Receivers, 36  lacement, 54  TTFF, 42, 144  Position Accuracy Mask, 144  turn rate sensor, 32, 34, 99, 102, 103  Posit ion Fix Indicator,  102, 104  osition upon Re quest, 66 ...
  • Page 180: G Lists

      your position is our focus G Lists G.1 List of Figures F igure 1: Basic Signal Processing ................................... 11 F igure 2: Basic Operation Cycle ..................................12 F igure 3: Decision Tree on Startup Mode ..............................13 F igure 4: Examples of DOP values ................................. 15 F igure 5: A multi-path environment ................................15 F igure 6: Patch Antennas, EMTAC Technology Corp............................. 16 F igure 7: Quadrifilar Helix Antenna, Sarantel, Ltd............................17 F igure 8: Typical Radiation Pattern of a Patch Antenna, MuRata, Inc.
  • Page 181   your position is our focus F igure 40: Recommended footprint ................................52 F igure 41: Solder and paste mask with enlargement showing positioning and cross section of underlying solder paste ......... 53 F igure 42: TIM placement ..................................... 54 F igure 43: Recommended layout for TIM-xx ..............................55 F igure 44: PCB build-up for Micro strip line. Left: 2-layer PCB, right: 4-layer PCB ..................55 F igure 45: Micro strip on a 2-layer board (Agilent AppCAD Coplanar Waveguide) ..................57 F igure 46: Micro strip on a multi layer board (Agilent AppCAD Coplanar Waveguide) .................. 57 F igure 47: Recommended layout for connecting the antenna bias voltage for LEA-4M and NEO-4S .............. 58 F igure 48: Hardware Block Schematic ................................
  • Page 182: List Of Tables

      your position is our focus F igure 89: 60s TIMEPULSE Output Signal ..............................112 F igure 90: Timemark example ..................................114 F igure 91: Configuration concept ................................115 F igure 92: Saving a configuration section ..............................117 ® F igure 93: ANTARIS 4 GPS Technology Start-Up Procedure ........................118 F igure 94: RESET generation ..................................121 F igure 95: Examples for wiring RESET_N ..............................122 F igure 96: BOOT_INT, Internal connection ..............................122 ®...
  • Page 183   your position is our focus T able 6: Pin-out TIM-4x ....................................48 T able 7: Pin-out NEO-4S ....................................50 T able 8: Paste Mask Dimensions for TIM-4x, LEA-4x and NEO-4S ........................53 T able 9: Operating Modes .................................... 63 T able 10: Choosing an operation strategy ..............................64 T able 11: Means to reduce Power Consumption in Continuous Tracking Mode .................... 65 T able 12: Overview Power States .................................. 65 T able 13: Possibilities to wakeup the receiver ..............................67 T able 14: FXN mode parameter description ..............................
  • Page 184   your position is our focus T able 50: Serial I/O configuration with GPSMODE pins ..........................119 T able 51: ROM message set ..................................120 T able 52: USB Power Modes ..................................120 ® T able 54: Dimensions for ANTARIS 4 GPS Modules on tape ........................125 T able 55: Buttons description in the U-center Message View ........................139 T able 56: Antenna settings ..................................147 T able 57: Antenna settings ..................................147 T able 58: Datum default settings ................................147 T able 59: Navigation default settings ................................
  • Page 185: H Glossary

      your position is our focus H Glossary API  Application Programming Interface  APM  Autonomous Power Management  BBR  Battery backup RAM  CTM   Continuous Tracking Mode, operation Mode of the u-blox GPS receiver technology   ECEF  Earth Centered Earth Fixed  ESD  Electro Static Discharge  FixNOW™  Operation Mode of the u-blox GPS receiver technology, initiates fix.  FXN   FixNOW™, operation Mode of the u-blox GPS receiver technology, initiates PVT fix.  HAE  Height Above WGS84-Ellipsoid  LLA  Latitude, Longitude and Altitude  LNA  Low Noise Amplifier  LOS  Line of sight,   MSL  Height above Mean Sea Level or Orthometric Height  NMEA 0183  ASCII based standard data communication protocol used by GPS receivers.  PUBX  u-blox proprietary extension to the NMEA protocol  PVT   Position, Velocity, Time  ...
  • Page 186 4 Protocol Specifications – CHM, Doc No GPS.G3-X-03002  ® [10]  USB Installation for ANTARIS 4 GPS Receivers, Doc No GPS.G4-CS-05007  [11]  TIM-4A Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-05023  [12]  LEA-4A Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-05017  [13]  TIM-4P Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-05027  [14]  LEA-4P Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-05021  [15]  TIM-4H Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-05025  [16]  TIM-LR Datasheet, Doc No GPS.G3-MS3-04039  [17]  TIM-4S Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-05074  [18]  LEA-4S Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-05072  [19]  LEA-4T Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-05070  [20]  NEO-4S Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-06107  [21]  LEA-4M Datasheet, Doc No GPS.G4-MS4-06108  All these documents are available on our homepage ( h ttp://www.u-blox.com ) .    GPS Modules - System Integration Manual (SIM) (incl. Reference Design)    GPS.G4-MS4-05007-A1 Page 186     ...
  • Page 187 Fax:  +41 44 722 74 47  E-mail:  info@u-blox.com  w ww.u-blox.com Sales Offices North, Central and South America Europe, Middle East, Africa Asia, Australia, Pacific u-blox America, Inc.  u-blox AG u-blox Singapore Pte. Ltd.  1902 Campus Commons Drive  Zuercherstrasse 68  435 Orchard Road  Suite 310  CH-8800 Thalwil  #19-02, Wisma Atria,  Reston, VA 20191  Switzerland  Singapore 238877  USA  Phone: ...

Table of Contents