《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 通信與網絡 > 設計應用 > 基于GPS校準晶振的高精度時鐘的設計
基于GPS校準晶振的高精度時鐘的設計
中電網
摘要: 文章結合高精度晶振無隨機誤差和GPS秒時鐘無累計誤差的特點,采用GPS測量監控技術,對高精度晶體振蕩器的輸出頻率進行精密測量和調節,使晶振的輸出頻率同步在GPS系統上,從而提供高精度的時鐘信號。根據此方法研制了具有高性價比的高精度時鐘發生裝置,并成功的應用于通信系統中。
Abstract:
Key words :

0 引言

  本文結合GPS的長期穩定性校準晶振頻率,采用GPS測量監控技術,對晶體振蕩器的輸出頻率進行精密測量和調節,使晶振的輸出頻率同步在GPS系統上,提供高精度的時間頻率基準信號。

  1 高精度GPS校準晶振時鐘設計中應注意的問題

  GPS秒脈沖的高精度是統計意義下的,對一個具體的秒脈沖,其偏差可能達到200ns,另外, GPS接收機短期失鎖、衛星試驗、電磁干擾等因素,都可能造成秒脈沖的失真,如果直接使用GPS的秒脈沖信號來校準時鐘,其精度只有2 ×10- 7 ,因此,不能直接使用秒脈沖信號作為高精度的時鐘信號。但可以根據GPS秒時鐘沒有累計誤差的特點,來校準晶振。控制系統選擇一個合適的時間長度來校準晶振,晶振越穩定,校準的時間長度就可以越長。根據以上所述,設計高精度的GPS校準晶振時鐘需要注意以下幾個方面:

  (1) 消除GPS偽秒脈沖,由于GPS秒脈沖在傳遞過程中可能受外部電磁干擾而夾雜著偽脈沖,為避免處理器誤判斷,應予屏蔽。

  (2) 使用高穩定度晶振,以獲取高精度的時鐘。

  (3) 選用合理的算法,用GPS時鐘的長期穩定性(即沒有累計誤差)來校準晶振時鐘,并及時對晶振進行調整。

  2 GPS校準晶振時鐘的原理結構

  圖1是一個應用于通信系統的GPS校準時鐘原理結構。本文采用的是10MHz帶電壓調節的恒溫晶振,通過時鐘芯片產生61. 44MHz的信號。但僅由晶振和時鐘芯片產生的時鐘信號的精度不能滿足要求,需要通過GPS的時鐘信號進行校準。GPS的秒脈沖信號輸入到FPGA, FPGA在1 s內對時鐘芯片輸出的61. 44MHz時鐘進行計數,過濾掉干擾數據,計算出相位偏差,將此相位偏差轉換為OCXO控制寄存器的變化,以此變化值來調節OCXO,使它達到穩定的精度。

  圖1 GPS校準時鐘原理結構

  圖1 GPS校準時鐘原理結構

  2. 1 高穩定度恒溫晶振提供工作時鐘

  用恒溫晶振OCXO 提供工作時鐘。該晶振采用精密控溫,使晶體工作在晶體的零溫度系數點的溫度上,具有很高的頻率精度和穩定度,是目前石英晶振器件中頻率穩定度最高的一種。晶振的頻率精度是指晶振的實際工作頻率與標稱頻率間的偏差,精度引起的偏差會給測量系統引入累積誤差。晶振頻率穩定度是指秒級間隔內的瞬時穩定度,即由晶振“相位噪聲”引起的頻率隨機變化,瞬時穩定度通常會給測量系統引入隨機誤差。本裝置采用新型的高穩定度恒溫晶振OD02 - 5T型晶振,它的頻率精度達到10- 8量級,頻率穩定度達到10- 11量級。頻率調整范圍是電壓調整(0~5V)為- 9 ×10 - 7 /8 ×10- 7 ,這種可調特性使得此恒溫晶振通過GPS的校準輸出頻率精度可以達到10- 9.

  2. 2 GPS秒脈沖

  GPS接收機接收到的GPS秒脈沖或多或少存在一些誤差, GPS秒脈沖的誤差服從正態分布,與國際標準時間(UTC)相比只存在單個秒脈沖左右的漂移,從一段時間來看GPS秒脈沖并不存在累計誤差。因此首先對單個脈沖的有效性(即是不是偽脈沖)要進行鑒別。在大量統計的意義下,計數值的偏差(對應于一個GPS秒脈沖計數時鐘芯片的輸出)近似服從正態分布,最大偏差17,由此可以近似算出sigma = 17 ×68. 3% = 11,算法中采用的濾波門限值為10,比sigma值稍小一點,也就是當技術偏差大于10,就認為當前的GPS秒脈沖是偽脈沖,舍棄不要。另外,對于GPS的長期穩定性,技術上也不可能取無限長。由于所選晶振的穩定度很高,本文選擇校準時間為16 s。
 

3 GPS校準晶振的算法

  OCXO靈敏度K0 表征了OCXO的最小分辨率,此值越小,表示OCXO的精度越高,它的計算公式為:

  K0 =OCXO頻率變化范圍/OCXO寄存器變化范圍

  KD為相位檢測器靈敏度,它由后臺進行時鐘校準時算出,計算過程為:設置測量周期為15 s,設置OCXO寄存器的值為1,記錄計數器的值COUNTmin ,設置OCXO寄存器的值為4095,記錄計數器的值COUNTmax ,則:



  如果GPS信號無效,不進行時鐘校準,此時時鐘的精度依賴于OCXO本身的穩定性和當前的環境特性,如溫度、電壓穩定性等。

  (1) 當計數值不等于61. 44MHz時,進入粗調狀態,平均時間為16 s,以使OCXO快速進入細調狀態。

  (2) 當計數值達到61. 44MHz時,進入細調狀態,平均時間為2KD ,由于KD與K0 成反比,即細調的平均時間與K0 成反比, OCXO的靈敏度越高,平均時間越長;反之,當OCXO的靈敏度比較低時,平均時間就比較短。時鐘校準算法如圖2所示。

  圖2 時鐘校準算法

  圖2 時鐘校準算法

  4 結論

  本文根據GPS時鐘無累積誤差和恒溫晶振無隨機誤差的特點,提出了通過GPS校準晶振產生高精度時鐘的方法;并研制出了高精度的時鐘發生裝置,成功的運用到了通信系統用掃頻儀中。研制出的時鐘的精度可達到2 ×10- 9 ,由于這樣的精度同時可以滿足電力系統繼電保護等系統的要求,同樣也可以推廣到電力系統中;同時也可以為定時信號發生器提供1級時鐘同步信號,還可以向外提供跟蹤GPS以及UTC時間的時鐘信號。

此內容為AET網站原創,未經授權禁止轉載。
主站蜘蛛池模板: 91免费国产在线观看| 久久精品国产一区二区三区不卡| 久久99精品久久久久久国产 | 成人性爱视频在线观看| 亚洲国产成AV人天堂无码| 精品久久无码中文字幕| 国产大片在线观看| 97影院在线午夜| 成人亚洲欧美激情在线电影| 久久青青成人亚洲精品| 综合无码一区二区三区| 国内精品久久久久伊人av| 中文字幕视频网站| 漂亮人妻洗澡被公强| 国产一区二区三区乱码网站| igao为爱寻找刺激| 欧美国产激情18| 国产V亚洲V天堂无码久久久| 2020国产精品自拍| 夜恋全部国产精品视频| 中文字幕在线观看网址| 最新亚洲精品国自产在线观看| 亚洲自偷自偷在线制服| 羞羞视频在线观看入口| 国产欧美日韩亚洲一区二区三区| 99国产在线播放| 日韩视频免费在线| 亚洲综合精品伊人久久| 美女扒开尿口让男人捅爽| 国产综合在线观看视频| 久久国产精品成人片免费| 精品一久久香蕉国产线看观看下| 国产午夜福利在线播放| 1313午夜精品理伦片| 天堂久久久久va久久久久| 中文字幕23页| 欧美最猛性xxxxx免费| 免费高清av一区二区三区| 豪妇荡乳1一5白玉兰| 在线天堂中文在线资源网| 两个人看的www免费视频|