gps驯服压控恒温晶振的研究与实现

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1、GPS驯服压控恒温晶振的研宄与实现作者简介：李启丙(1976-),男，重庆开县人，硕士研究生，讲师，主要研究方向：电子技术应用与EDA。摘要:利用GPS提供的高稳定度的授时信号控制木地压控恒温晶振的频率。使用VHDL语言描述误差数字信号产生模块，并在CPLD芯片中实现。提高了木地压控恒温晶振的频率日稳定度和年稳定度，增强了压控恒温晶振的工作环境，克服了普通恒温振的频率漂移和机械恒温晶振机械调整的繁琐与不便。关键词：压控恒温晶振；年稳定度；频率漂移。中图分类号：TP211.5笔者在设计时间校验仪中，测量误差主要产生在

2、时钟信号源的误差上，因此如何产牛.一个高精度的时钟源是关键之所在。石英晶振的稳定性受环境影响很大并且有累计误差不适合使用在昼夜温差大的室外。而且还存在一个致命的弱点，即在工作过程中的频率会单方向地发生老化。为此，人们考虑用原子跃迁运动作基准来修正老化效应，从而构成现代原子频率标准［1］。随着GPS技术的引进与推广，人造卫星开始作为另一种时间源提供精确、可靠、稳定的时间和频率标准［2］。随着时间的增长恒温晶振的频率稳定度会逐渐下降，影响测量精度。如果选用带机械调整的恒温晶振，仪器在工作一段时间后就必须送厂里进行调整。

3、GPS定时接收设备内采用高精度的频率信号，成木高。而采用普通恒沮晶振，就需耍每秒同GPS秒同步，造成设备抽岀信号抖动增大［3］。鉴于以上问题，我们选用GPS授时自动驯服恒温晶振的频率。保证恒温晶振的稳定度。1GPS模块自动驯服原理依据PPS具有统计意义下的高精度特性，以具有小误差的PPS为时间基准判定晶振的频率漂移值，并根据漂移误差由单片机控制D/A给出相应的晶振控制电压，使晶振频率最接近中心频率［4］。测量GPS平均秒和高穏晶振分频秒之问的时差，采用驯服算法计算晶振的实时准确度，并通过电子频率控制的方式反馈调整高

4、稳晶振的频率信号，从而提高频率信号的准确度和长期稳定性能［5】。本仪器的测量精度主要决定于系统吋钟的精度，因此此模块主要利用高稳定度的恒温晶振OS36T5A-20MHZ,年老化率≤±0.05ppm，日老化率≤±0.0005ppm,温度特性≤±0.005ppm,相位噪声≤-140dBc/Hz@1kHz,而且具有压控特性，在长时间使用后利用高精度的GPS按时模块M12/M12T输出误差小于±25ns的秒信号与恒温晶振产生20MHz分频得到1

5、秒的信号进行比较，产生误差数字信号，经DAC0832转为模拟信号并通过滤波电路滤除高频信号后，去控制恒温晶振的的压控端，让苏产生同步于高精度GPS的秒信号。2恒温压控控制电路图恒温压控控制电路如图2所示，利用8位并行、中速（建立吋间lus）、电流型、低廉的DAC转换芯片DAC0832将误差数字信号转换为模拟信号，经LM324进行电流电压、极性转换和补偿电路之后送给恒温压控制晶振的压控端。以此来驯服恒温晶振与GPS的稳定度相一致。3误差信号的产生误差信号的产生是利用恒温晶振产生的信号在标准的1秒信号中计数，将计数值与

6、标准频率值2000000Hz进行比较得到误差并送出到DAC0832的数据输入端。如果计数值小于20000000,表示恒温晶振的频率偏高，所以输出正的数据（外部反相）给DAC0832,通过DAC0832产生相应的控制电压来控制恒温晶振;相反，如果计数值大于20000000,表示恒温晶振的频率低于标准信号，则用mid的值去减20000000,并给结果的最高位置1,表示此数据为负的数据，此数据同样送给DAC0832来完成对恒温晶振的控制。此误差电路是利用CPLD来完成。端U定义如下：PORT（elk:instdjogic

7、;--Clk是恒温晶振信号输入sclk:instdjogic;--Sclk是标准秒信号输入sout:outnaturalrange0to255-Sout[7..0]是误差信号输出)；频率比较程序如下：ARCHITECTURErtlofCrystalTameOFCrystalTameISsignalmid:naturalrange0to255:=1;--存放误差数字信号beginprocess(sclk,clk)variablecounter:natural:=l;--定义自然数类型变量beginifsclk=Tth

8、enifrising_edge(clk)then--吋钟上升沿检测counter:=counter+l;--对恨温晶振信号输入--进行频率计数。endif;elseifcounter>20000000thenmid<=counter-20000000;--产生频率过高的误差elsemid<=20000000-counter;-产生频率过低的