u-blox NEO-5 Series Hardware Integration Manual

u-blox NEO-5 Series Hardware Integration Manual

Hide thumbs Also See for NEO-5 Series:
Table of Contents

Advertisement

Quick Links

  
 
 
 
 
 
NEO-5
u-blox 5 GPS Modules
Hardware Integration Manual
Abstract
This document describes the hardware features and specifications of the  
u-blox 5 powered NEO-5 series of cost effective, high-performance ROM-Based GPS 
modules.  
 
Features include AssistNow Online and AssistNow Offline A-GPS services, KickStart 
accelerated acquisition, SuperSense
tracking sensitivity, low power consumption and an innovative jamming-resistant RF 
architecture. The compact 16.0 x 12.2 mm form factor of the highly successful NEO-4S 
is maintained, enabling easy migration. The NEO-5 series supports passive and active 
antennas. 
 
 
your position is our focus
 
®
 Indoor GPS providing best-in-class acquisition and 
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
Need help?

Need help?

Do you have a question about the NEO-5 Series and is the answer not in the manual?

Questions and answers

Subscribe to Our Youtube Channel

Summary of Contents for u-blox NEO-5 Series

  • Page 1   www.u-blox.com      Phone +41 44 722 7444  Fax +41 44 722 7447    info@u-blox.com                NEO-5   u-blox 5 GPS Modules Hardware Integration Manual   Abstract This document describes the hardware features and specifications of the   u-blox 5 powered NEO-5 series of cost effective, high-performance ROM-Based GPS  modules.     Features include AssistNow Online and AssistNow Offline A-GPS services, KickStart  ® accelerated acquisition, SuperSense  Indoor GPS providing best-in-class acquisition and  tracking sensitivity, low power consumption and an innovative jamming-resistant RF  architecture. The compact 16.0 x 12.2 mm form factor of the highly successful NEO-4S  is maintained, enabling easy migration. The NEO-5 series supports passive and active  antennas.     ...
  • Page 2: Neo-5 - Hardware Integration Manual Gps.g5-Ms5-08003-A2

    This document and the use of any information contained therein, is subject to the acceptance of the u-blox  terms and conditions. They can be downloaded from www.u-blox.com.  u-blox makes no warranties based on  the  accuracy  or  completeness  of  the  contents  of  this  document  and  reserves  the  right  to  make  changes  to  specifications and product descriptions at any time without notice.   u-blox  reserves  all  rights  to  this  document  and  the  information  contained  herein.  Reproduction,  use  or  disclosure to third parties without express permission is strictly prohibited. Copyright © 2008, u-blox AG.  For most recent documents, please visit www.u-blox.com     ...
  • Page 3: Preface

      your position is our focus Preface u-blox Technical Documentation As  part  of  our  commitment  to  customer  support,  u-blox  maintains  an  extensive  volume  of  technical  documentation for our products. In addition to our product-specific technical data sheets, the following manuals  are available to assist u-blox customers in product design and development.  • GPS Compendium: This document, also known as the GPS book, provides a wealth of information  regarding generic GPS questions about system functionalities and technology.  • Protocol Specification: Messages, configuration and functionalities of the u-blox 5 software releases are  explained in this document.  • Hardware Integration Manual: This Manual provides hardware design instructions and information on ...
  • Page 4: Contact

    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  the nearest Technical Support office for assistance. You will find the contact details at the end of the document.  Helpful Information when Contacting Technical Support When contacting Technical Support please have the following information ready:  • Receiver type (e.g. NEO-5M) and firmware version (e.g. V4.00)  • Receiver configuration  • Clear description of your question or the problem together with a u-center logfile   • A short description of the application  • Your complete contact details  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary      GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 4   ...
  • Page 5: Table Of Contents

    Display Data Channel (DDC) ......................13 2.3.4 Synchronous Peripheral Interface (SPI) ..................13 I/O Pins ............................... 13 2.4.1 EXTINT0 ............................13 2.4.2 Configuration Pins (CFG_COM0, CFG_GPS0) ................13 Design-In ............................14 2.5.1 Schematic Design-In Checklist for u-blox 5 .................. 14 2.5.2 NEO-5 Design..........................14 2.5.3 Design for NEO-5M/ NEO-5Q ...................... 16 Layout Design-In Checklist........................18 Layout ..............................19 2.7.1 Footprint ............................. 19 2.7.2 Paste Mask ..........................
  • Page 6 Grounding Metal Covers ......................34 3.3.13 Use of Ultrasonic Processes......................34 Product Testing......................35 u-blox In-Series Production Test ......................35 Test Parameters for OEM Manufacturer....................35 System Sensitivity Test ........................36 4.3.1 Guidelines for Sensitivity Tests ..................... 36 4.3.2 ‘Go/No go’ tests for integrated devices..................36 A Migration to u-blox 5 receivers .................37 Migration from NEO-4S to NEO-5....................... 37 NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Contents    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 6   ...
  • Page 7 Decoupling Capacitors ........................ 46 Shielding ............................48 C.3.1 Feed through Capacitors ......................48 C.3.2 Shielding Sets of Sub-System Assembly ..................50 D Lists ..........................51 List of Figures ............................. 51 List of Tables............................52 Glossary ........................52 Related Documents ......................53 Contact..........................2 4 8 H NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Contents    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 7   ...
  • Page 8: Hardware Description

    1.1 Functional Overview The NEO-5 module series is a family of self-contained GPS receivers featuring the high performance 50-channel  u-blox 5 positioning engine. These modules provide exceptional GPS performance in a compact form factor and  at  an  economical  price.  u-blox  5  sets  a  new  standard  in  GPS  receiver  technology.  A  32-channel  acquisition  engine with over 1 million effective correlators is capable of massive parallel searches across the time/frequency  space.  This  enables  a  Time  To  First  Fix  (TTFF)  of  less  than  1  second,  while  long  correlation/dwell  times  make ...
  • Page 9: Architecture

      your position is our focus 1.3 Architecture NEO-5 modules are divided into two distinct, separately shielded sections. The smaller section is the RF- Section,  the larger section contains the Baseband. See Figure 1 for a block diagram of the NEO-5 series.  The RF Front-End contains the integrated Low Noise Amplifier (LNA), the SAW bandpass filter, the u-blox 5 RF-IC  and the TCXO or XTO crystal.   The Baseband section contains the digital circuitry comprised of the u-blox 5 Baseband processor, the RTC crystal  and additional elements such as the optional FLASH EPROM for enhanced programmability and flexibility.  RF_IN TIMEPULSE Baseband Processor UART Filter RF Front-End Digital VCC_RF IF Filter Engine with EXTINT Integrated LNA SRAM ROM Code  VCC  SPI (optional) V_BACKUP Power Backup Management  USB V2.0 ARM7  CPU TCXO or XTAL...
  • Page 10: Design-In

    (see  datasheet  for  specification) for a short time. In order to define a battery capacity for specific applications the sustained power  figure shall be used.  2.1.1.2 V_BCKP - Backup Battery In case of a power failure on pin VCC, the real-time clock and backup RAM are supplied through pin V_BCKP.  This  enables  the  u-blox  5  receiver  to  recover  from  a  power  failure  with  either  a  Hotstart  or  a  Warmstart  (depending on the duration of VCC outage) and to maintain the configuration settings. If no backup battery is  connected, the receiver performs a Coldstart at power up.    If no backup battery available connect the V_BCKP pin to GND (or VCC).  As long as VCC is supplied to the u-blox 5 receiver, the backup battery is disconnected from the RTC and the ...
  • Page 11: Power Modes

    With  NEO-5  modules  active  antennas  are  supplied  via  an  external  coil  or  circuit.  See  Section  2.5.2  for  more  information.  2.2 System Functions 2.2.1 EXTINT - External Interrupt Pin EXTINT0 is an external interrupt pin. It will be used in future NEO-5 releases for wake-up functions in low-power  modes.  2.2.2 System Monitoring The u-blox-5 GPS and GALILEO Receiver 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’.   Please refer to the u-blox 5 Protocol Specification [3]. For more information on UBX messages, serial interfaces  for design analysis and individual system monitoring functions.  2.3 Interfaces 2.3.1 Serial UART 1 (RxD1/TxD1) is the default serial interface. It supports data rates from 4.8 kBit/s to 115 kBit/s. The signal  levels are CMOS 0 V to VCC. An interface based on RS232 standard levels (+/- 12 V) can be realized using level  shifters such as Maxim MAX3232.    The RxD1 has fixed input voltage thresholds, which do not depend on VCC (see NEO-5 Data Sheet [2]).  Leave open if unused. ...
  • Page 12 C23,  Capacitors    Required according to the specification of LDO U1  C24  D2  Protection  Protect circuit from overvoltage    diodes  / ESD when connecting.  R4, R5  Serial  Establish a full-speed driver  A value of 27 Ohms is recommended.  termination  impedance of 28…44 Ohms  resistors  R11  Resistor  Ensures stable signal at    VDD_USB.  Table 3: Summary of USB external components   NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 12   ...
  • Page 13: Display Data Channel (Ddc)

    NEO-5Q  and  NEO-5M  provide  one  or  two  pins  for  boot-time  configuration.  These  pins  become  effective  immediately after start-up. Once the module has started, the configuration settings may be modified with UBX  configuration messages. The modified settings remain effective until power-down or reset. If these settings have  been  stored  in  battery-backup  RAM,  then  the  modified  configuration  will  be  retained,  as  long  as  the  backup  battery supply is not interrupted.  Some configuration pins are shared with other functions, e.g. SPI. During start-up, the module reads the state of  the configuration pins. Afterwards the other functions can be used.  For more information about settings and messages see the NEO-5 Data Sheet [2].    NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 13   ...
  • Page 14: Design-In

    The  Layout  Design-In  Checklist  also  helps  to  avoid  an  unnecessary respin of the PCB and helps to achieve the best possible performance.     It  is  highly  recommended  to  follow  the  Design-In  Checklist  when  developing  any  u-blox  5  GPS  applications. This can significantly reduce development time and costs.  Have you chosen the optimal module? NEO-5 ...
  • Page 15 • Decide whether TIMEPULSE options are required in your application and connect the appropriate pins on  your module  • Connect pins 8 and 9 together.  • NEO-5 modules do not provide the antenna bias voltage for active antennas on the RF_IN pin. It is therefore  necessary  to  provide  this  voltage  outside  the  module  via  an  inductor  as  indicated  in  Figure  5.  u-blox  recommends using an inductor from Coilcraft (0402CS-36NX). Alternative parts can be used if the inductor’s  resonant frequency matches the GPS frequency of 1575.4MHz.   Active Antenna Low Noise Amplifier RF_IN VCC_RF   Figure 5: Recommended wiring for active antennas •...
  • Page 16: Design For Neo-5M/ Neo-5Q

    Top View Micro Processor SCL2 USB_DP Micro (USB) TxD1 USB_DM Processor RxD1 EXTINT0 (serial) V_BCKP TIMEPULSE USB port (optional) SS_N/NC Reserved Backup Battery   Figure 7: Passive Antenna Design for NEO-5 Receivers NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 16   ...
  • Page 17 3.6V  tolerant  serial  input.  Internal  pull-up  resistor  to  VCC.  Leave  open  if  not  used.   RxD1  I  Serial Port 1  Don’t use an external pull up resistor.  Backup voltage  It’s recommended to connect a backup battery to V_BCKP in order to enable  V_BCKP  I  supply  Warm and Hot Start features on the receiver. Otherwise connect to GND.  VCC  I  Supply voltage  Max allowed ripple on VCC=50mVpp  GND  I  Ground  See pin 10.  Table 4: Pinout NEO-5                                                            Planned availability of Bus Powered Mode: Q1/09  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 17   ...
  • Page 18: Layout Design-In Checklist

    For  improved  shielding,  add  as  many  vias  as  possible  around  the  micro  strip,  around  the  serial  communication lines, underneath the GPS module etc.  Calculation of the micro strip (Section 2.7.5) The micro strip must be 50 Ohms and be routed in a section of the PCB where minimal interference from  noise sources can be expected.  In case of a multi-layer PCB, use the thickness of the dielectric between the signal and the 1st GND layer  (typically the 2nd layer) for the micro strip calculation.  If the distance between the micro strip and the adjacent GND area (on the same layer) does not exceed 5  times the track width of the micro strip, use the “Coplanar Waveguide” model in AppCad to calculate the  micro strip and not the “micro strip” model.    NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 18   ...
  • Page 19: Layout

    Figure 8: Recommended footprint 2.7.2 Paste Mask Figure 9 shows the recommended positioning of the Paste Mask, the Copper and Solder masks, as well as the  step  stencil.  These  are  recommendations  only  and  not  specifications.  Note  that  the  Copper  and  Solder  masks  have the same size and position.   To improve the wetting of the half vias, reduce the amount of solder paste under the module and increase the  volume outside of the module by defining the dimensions of the paste mask to form a T-shape (or equivalent)  extending beyond the Copper mask as shown in Figure 9. In addition, use a step stencil covering the entire area  of the module and beyond the paste mask to increase the volume of solder paste here. The solder paste at the  step stencil should have a total thickness of 175 to 200 μm.   If a step stencil is not used it is still advisable to increase the volume of solder paste outside the module to attain  the desired level of wetting. This must be done by modifying the shape of the paste mask outside the module, to  allow for the increased volume of solder paste.    NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 19   ...
  • Page 20: Placement

    Make  sure that  RF  critical  circuits are  clearly  separated  from any  other  digital  circuits on  the system  board. To  achieve this, position the receiver digital part towards your digital section of the system PCB. Care must also be  exercised with placing the receiver in proximity to circuitry that can emit heat. The RF part of the receiver is very  sensitive to temperature and sudden changes can have an adverse impact on performance.  The RF part of the receiver is a temperature sensitive component. Avoid high temperature drift and air vents near the receiver. NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 20   ...
  • Page 21: Antenna Connection And Grounding Plane Design

    Digital Part RF& heat 'emitting' circuits Digital & Analog circuits Digital & Analog circuits       Figure 10: Placement 2.7.4 Antenna Connection and Grounding Plane Design u-blox 5 modules can be connected to passive patch or active antennas. The RF connection is on the PCB and  connects the RF_IN pin with the antenna feed point or the signal pin of the connector, respectively. Figure 11  illustrates connection to a typical five-pin RF connector. One can see the improved shielding for digital lines as  discussed in Appendix C.3. Depending on the actual size of the ground area, additional vias should be placed in  the outer region. In particular, the edges of the ground area should be terminated with a dense line of vias.  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 21 ...
  • Page 22 Module Module Ground plane Ground plane Either don't use these layers or fill with ground planes   Figure 12: PCB build-up for Micro strip line. Left: 2-layer PCB, right: 4-layer PCB NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 22   ...
  • Page 23: Antenna Micro Strip

    The micro strip is the most common configuration for printed circuit boards. The basic configuration is shown in  Figure 13 and Figure 14. As a rule of thumb, for a FR-4 material the width of the conductor is roughly double  the thickness of the dielectric to achieve 50 Ohms line impedance. For  the  correct  calculation  of  the  micro  strip  impedance,  one  does  not  only  need  to  consider  the  distance  between the top and the first inner layer but also the distance between the micro strip and the adjacent GND  plane on the same layer    Use the Coplanar Waveguide model for the calculation of the micro strip.      NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Design-In    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 23   ...
  • Page 24: Antenna And Antenna Supervisor

      Figure 14: Micro strip on a multi layer board (Agilent AppCAD Coplanar Waveguide) 2.8 Antenna and Antenna Supervisor u-blox  5  modules  receive  L1  band  signals  from  GPS  and  GALILEO  satellites  at  a  nominal  frequency  of  1575.42 MHz. The RF signal is connected to the RF_IN pin.  u-blox 5 modules can be connected to passive or active antennas.   ...
  • Page 25: Active Antenna

      your position is our focus   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 the  design, consider a short circuit protection.    All u-blox 5 receivers have a built-in LNA required for passive antennas.  2.8.2 Active Antenna NEO-5 modules do not provide the antenna bias voltage for active antennas at the RF_IN pin. See Section 2.5.2  for more information.  2.8.3 Active Antenna Supervisor NEO-5 modules do not support the Antenna Supervisor.  NEO-5 - Hardware Integration Manual ...
  • Page 26: Product Handling

    All NEO-5 modules are RoHS compliant (lead-free).   3.1 Packaging NEO-5  modules are  delivered  as  hermetically  sealed,  reeled  tapes  in  order  to  enable  efficient  production,  production lot set-up and tear-down.    Figure 15: Reeled u-blox 5 Modules 3.1.1 Reels NEO-5 modules for GPS and GALILEO are deliverable in quantities of 250pcs on a reel. The dimensions of the  reel are shown in Figure 16.    Figure 16: Dimension of reel for 250 pieces (dimensions unless otherwise specified in mm) NEO-5 - Hardware Integration Manual ...
  • Page 27: Tapes

    Figure 17: Dimensions and orientation for NEO-5 modules on tape 3.2 Shipment, Storage and Handling 3.2.1 Handling u-blox 5 modules are designed and packaged to be processed in an automatic assembly line, and are shipped in  Tape-and-Reel.   These components contain highly sensitive electronic circuitry. Handling the NEO-5 modules without proper ESD protection may destroy or damage them permanently.
  • Page 28: Storage

    Figure 18: Applicable MSD Label (See Section 3.1 for baking instructions) 3.2.3 Storage Shelf life in sealed bag is 12 months at <40°C and <90% relative humidity.   3.2.4 Handling A humidity indicator card and a desiccant bag to absorb humidity are enclosed in the sealed package.  The parts  are  shipped  on  tape-and-reel  in  a  hermetically  sealed  package.    If  no  moisture  has  been  absorbed,  the  three  fields in the humidity indicator card indicate blue color.  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Handling    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 28   ...
  • Page 29: Floor Life

    For products with  moisture  sensitivity  level  4,  the floor  life  is  72  hours,  or precisely three days.    Under  factory  floor temperature and humidity conditions (<30°C, <60% relative humidity), the parts must be processed and  soldered within this specified period of time.  Once the sealed package of the reel is opened and the parts exposed to humidity, they need to be processed  within 72 hours (precisely three days) in a reflow soldering process. If this time is exceeded, or the sticker in the  sealed  package  indicates  that  the  goods  have  been  exposed  to  moisture,  the  devices  need  to  be  pre-baked  before the flow solder process. Please refer to Section 3.3 for instructions on how to pre-bake the components.  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Handling    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 29   ...
  • Page 30: Processing

    Use of "No Clean" soldering paste is strongly recommended, as it does not require cleaning after the soldering  process has taken place. The paste listed in the example below meets these criteria.  Soldering Paste:    LFSOLDER TLF-206-93F (Tamura Kaken (UK) Ltd.)  Alloy specification:  Sn 95.5/ Ag 3.9/ Cu 0.6 (95.5% Zinc/ 0.6 % Silver/ 0.6% Copper)  Melting Temperature:   216 - 221°C  Stencil Thickness:  150 μm for base boards   The final choice of the soldering paste depends on the approved manufacturing procedures.  The paste-mask geometry for applying soldering paste should meet the recommendations in section 2.7.2   The  quality  of  the  solder  joints  on  the  connectors  (’half  vias’)  should  meet  the  appropriate  IPC  specification.  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Handling    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 30   ...
  • Page 31: Reflow Soldering

    Temperature fall rate: max 3°C / s       To  avoid  falling  off,  the  u-blox  5  GPS/GALILEO  module  should  be  placed  on  the  topside  of  the  motherboard during soldering.  The  final  soldering  temperature  chosen  at  the  factory  depends  on  additional  external  factors  like  choice  of  soldering  paste,  size,  thickness  and  properties  of  the  base  board,  etc.    Exceeding  the  maximum  soldering ...
  • Page 32: Optical Inspection

    3 °C/s End Temp. Typical Leadfree 150 - 200 °C Soldering Profile max 1- 4 °C/s max 60 - 120 s Elapsed Time [s] Figure 20: Recommended soldering profile   When soldering leadfree (u-blox 5) modules in a leaded process, check the following temperatures:  PB- Technology Soaktime:   40-80sec  Time above Liquidus:     40-90 sec  Peak temperature:     225-235 °C   ...
  • Page 33: Cleaning

    Hand  soldering  is  allowed.  Use  a  soldering  iron  temperature  setting  of  "7"  which  is  equivalent  to  350°C  and  carry out the hand soldering according to the IPC recommendations / reference documents IPC7711.  Place the module precisely on the pads. Start with a cross-diagonal fixture soldering (e.g. pins 1 and 16), and  then continue from left to right.  3.3.9 Rework The NEO-5 module can be unsoldered from the baseboard using a hot air gun.   Avoid overheating the module. After the module is removed, clean the pads before placing and hand-soldering a new module.  Never attempt a rework on the module itself, e.g. replacing individual components. Such actions immediately terminate the warranty.   NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Handling    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 33   ...
  • Page 34: 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.    u-blox makes no warranty for damages to the NEO-5 module caused by soldering metal cables or any  other forms of metal strips directly onto the EMI covers.  3.3.13 Use of Ultrasonic Processes Some  components  on  the  NEO-5  module  are  sensitive  to  Ultrasonic  Waves.  Use  of  any  Ultrasonic  Processes ...
  • Page 35: Product Testing

      your position is our focus 4 Product Testing 4.1 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 end of the production process, every unit is tested. Defective units are analyzed in  detail to improve the production quality.  This is achieved with automatic test equipment, which delivers a detailed test report for each unit. The following  measurements are done:  • Digital self-test (Software Download, verification of FLASH firmware, etc.)  •...
  • Page 36: System Sensitivity Test

    1.  Connect a 1-channel GPS simulator to the OEM product  2.  Choose the power level in a way that the “Golden Device” would report a C/No ratio of 38-40 dBHz  3.  Power up the DUT (Device Under Test) and allow enough time for the acquisition  4.  Read the C/No value from the NMEA GSV or the UBX-NAV-SVINFO message (e.g. with u-center AE)  5.  Compare the results to a “Golden Device” or a u-blox 5 Evaluation Kit.  4.3.2 ‘Go/No go’ tests for integrated devices The  best  test  is  to  bring  the  device  to  an  outdoor  position with excellent sky view (HDOP  <  3.0).  Let  the  receiver acquire satellites and compare the signal strength with a “Golden Device”.   ...
  • Page 37: A Migration To U-Blox 5 Receivers

      A Migration to u-blox 5 receivers ® Migrating ANTARIS 4 to a u-blox 5 GPS/GALILEO receiver is a straightforward procedure. Nevertheless there are  some points to be considered during the migration.  ®   Not all of the functionalities available with ANTARIS 4 are supported by u-blox 5. These include:  • FixNow Mode  • Low Power Modes   • RTCM   • UTM  A.1 Migration from NEO-4S to NEO-5 The pin-outs of NEO-4S and NEO-5M/NEO-5Q differ slightly. Table 5 compares the modules and highlights the  differences to be considered.  NEO-4S NEO-5 Remarks for Migration Pin Name  Typ. Assignment  Pin Name ...
  • Page 38: B Antennas

    These  designs  are  highly  optimized  to  suppress multi-path signals reflected from the ground (choke ring antennas, multi-path limiting antennas, MLA).  Another  area  of  optimization  is  accurate  determination  of  the  phase  center  of  the  antenna.  For  precision  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 38   ...
  • Page 39: 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 ...
  • Page 40 A  good  allowance  for  ground  plane  size  is  typically  in  the  area  of  50 to 70 mm .  This  number  is  largely  independent  of  the  size  of  the  patch  itself  (when  considering  ceramic  patches).  Patch  antennas  with  small  ground planes will also have a certain back-lobe in their radiation pattern, making them susceptible to radiation  coming from the backside of the antenna, e.g. multi-path signals reflected off the ground. The larger the size of  the ground plane, the less severe this effect becomes.  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.  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 40   ...
  • Page 41: Helix Antennas

    However,  one  has  to  keep  in  mind  that  comparable  antenna  gain  requires  comparable  size  of  the  antenna  aperture, which  will  lead  to  a  larger  volume  filled by a  helix  antenna  in  comparison to a  patch  antenna.  Helix  antennas with a “reasonable” size will therefore typically show a lower sensitivity compared to a “reasonably”  sized patch antenna.  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 41   ...
  • Page 42: Antenna Matching

    Figure 28: Dependency of center frequency on ground plane dimension for a 25 x 25 mm patch, EMTAC A LNA placed very close to the antenna can help to relieve the matching requirements. If the interconnect length  between antenna and LNA is much shorter than the wavelength (9.5 cm on FR-4), the matching losses become  less important. Under these conditions the matching of the input to the LNA becomes more important. Within a  reasonable  mismatch  range,  integrated  LNAs  can  show  a  gain  decrease  in  the  order  of  a  few  dBs  versus  an  increase of noise figure in the order of several tenths of a dB. If your application requires a very small antenna, a  LNA can help to match the hard to control impedance of the antenna to a 50 Ohms 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  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 42   ...
  • Page 43: Antenna Placement

    Table 6: Optimal antenna placement                                                           Some  cars  have  a  metallic  coating  on  the  windscreens.  GPS/GALILEO  reception  may  not  be  possible  in  such  a  car  without  the  use  of  ® SuperSense  Technology. There is usually a small section, typically behind the rear view mirror, reserved for mobile phone and GPS/GALILEO  antennas.  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 43   ...
  • Page 44: C Interference Issues

    1.  Strong RF transmitters close to GPS frequency, e.g. DCS at 1710 MHz or radars at 1300 MHz.  2.  Harmonics of the clock frequency emitted from digital circuitry.  The first problem can be very difficult to solve, but if GPS/GALILEO and RF transmitter are to be integrated close  to each other, there’s a good chance that there is an engineer at hand who knows the specifications of the RF  transmitter. In most cases, counter measures such as filters will be required for the transmitter to limit disruptive  emissions below the noise floor near the GPS/GALILEO frequency.   Even if the transmitter is quiet in the GPS/GALILEO band, a very strong emission close to it can cause saturation  in the front-end of the receiver. Typically, the receiver's front-end stage will reach its compression point, which  will  in  turn  increase  the  overall  noise  figure  of  the  receiver.  In  that  case,  only  special  filtering  between  the  GPS/GALILEO antenna and receiver input will help to reduce signal levels to the level of linear operation at the  front-end.   NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 44   ...
  • Page 45: Eliminating Digital Noise Sources

    Bad: Excessive Radiation Good: Radiation terminated   Figure 29: Signal and power plane extends should lie within ground plane extends Optional shield   Figure 30: Further improvement of reduction of power plane radiation NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 45   ...
  • Page 46: High Speed Signal Lines

    Furthermore,  ceramic  capacitors  come  with  different  dielectric  materials.  These  materials  show  different  temperature  behavior.  For  industrial  temperature  range  applications, at least a X5R quality should be selected. Y5V or Z5U types may lose almost all of their capacitance  at  extreme  temperatures,  resulting  in  potential  system  failure  at  low  temperatures  because  of  excessive  noise  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 46   ...
  • Page 47 Tantalum  capacitors  show  good  thermal  stability,  however,  their  high  ESR  (equivalent series resistance) limits the usable frequency range to some 100 kHz.    Figure 33: Temperature dependency of COG/NPO dielectric, AVX   Figure 34: Temperature dependency of X7R dielectric, AVX   Figure 35: Temperature dependency of Y5V dielectric, AVX NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 47   ...
  • Page 48: Shielding

    When  selecting  feed  through  capacitors,  it’s  important  to  choose  components  with  appropriate  frequency  behavior.    As  with  the  ordinary  capacitors,  small  value  types  will  show  better  attenuation  at  high  frequencies (see Figure 37). For the GPS/GALILEO frequency band the 470pF capacitor is the optimum choice of  the Murata NFM21C series.  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 48   ...
  • Page 49 Ferrite  beads  are  the  components  of  choice  if  a  high  DC  resistance  cannot  be  accepted.  Otherwise,  for  ordinary  signal  lines  one  could  insert  a  1 K  series  resistor,  which  would  then  form  a  low-pass filter together with the parasitic capacitance of the conductor trace.  See also the MuRata web page for extensive discussion on EMC countermeasures.   NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 49   ...
  • Page 50: Shielding Sets Of Sub-System Assembly

    It  is  clear  that  the  situation  illustrated  in  Figure  39  can  become  complex  if  the  component  “Some  other  electronics”  contains  another  wireless  transmitter  system  with  a  second  antenna,  which  is  referenced  to  the  systems shielding ground. As already pointed out, in a setup like this it is important to keep the shield free from  supply currents with high frequency spectral content. If there are to be additional connections to the shielding  ground, these should be of a highly inductive nature.   NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Product Testing    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 50   ...
  • Page 51: D Lists

    Figure 7: Passive Antenna Design for NEO-5 Receivers ..........................16 Figure 8: Recommended footprint ................................19 Figure 9:  Recommendations for copper, solder and paste masks with enlargement ..................20 Figure 10: Placement....................................21 Figure 11: Recommended layout .................................. 22 Figure 12: PCB build-up for Micro strip line. Left: 2-layer PCB, right: 4-layer PCB ..................22 Figure 13: Micro strip on a 2-layer board (Agilent AppCAD Coplanar Waveguide) ..................24 Figure 14: Micro strip on a multi layer board (Agilent AppCAD Coplanar Waveguide) ..................24 Figure 15: Reeled u-blox 5 Modules ................................26 Figure 16: Dimension of reel for 250 pieces (dimensions unless otherwise specified in mm)................26 Figure 17: Dimensions and orientation for NEO-5 modules on tape ......................27 Figure 18: Applicable MSD Label (See Section 3.1 for baking instructions) ....................28 Figure 19: Humidity Indicator Card, good condition ............................. 29 Figure 20: Recommended soldering profile..............................32 Figure 21: Automatic Test Equipment for Module Tests ..........................35 Figure 22: 1-channel GPS simulator ................................36 Figure 23: Patch Antennas, EMTAC Technology Corp........................... 38 Figure 24: Quadrifilar Helix Antenna, Sarantel, Ltd.
  • Page 52: List Of Tables

      E Glossary API  Application Programming Interface  BBR  Battery backup RAM  ECEF  Earth Centered Earth Fixed  ESD  Electro Static Discharge  HAE  Height Above WGS84-Ellipsoid  LNA  Low Noise Amplifier  LOS  Line of sight,   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  SA  Selective Availability  SV  Satellite Vehicle  SBAS  Satellite Based Augmentation Systems   UBX   File extension for u-center log file or short form for the UBX protocol  UBX Protocol  A proprietary binary protocol used by the ANTARIS™ GPS technology  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary      GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 52 ...
  • Page 53: Related Documents

      your position is our focus Related Documents  [1]  GNSS Compendium, Doc No GPS-X-02007  [2]  NEO-5 Data Sheet, Doc No GPS.G4-MS5-07025  [3]  u-blox 5 Protocol Specification, Doc No GPS.G5-X-07063    All these documents are available on our homepage (http://www.u-blox.com).  NEO-5 - Hardware Integration Manual  Preliminary  Related Documents    GPS.G5-MS5-08003-A2  u-blox proprietary  Page 53   ...
  • Page 54 +41 44 722 74 44  Fax:  +41 44 722 74 47  E-mail:  info@u-blox.com  www.u-blox.com  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  #17-01, Wisma Atria,  Reston, VA 20191  Switzerland  Singapore 238877  USA  Phone:  +41 44 722 74 44 ...

This manual is also suitable for:

Neo-5mNeo-5q

Table of Contents