基于GPS的恒溫晶振頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著信息交換的加快，頻率源的重要性日益突顯。頻率源的不穩(wěn)定會(huì)導(dǎo)致同步精度不夠，嚴(yán)重情況下還可能造成系統(tǒng)癱瘓。目前精度較高的頻率源是恒溫晶振，但因其存在長(zhǎng)期累積誤差，使其難以在同步系統(tǒng)中得到應(yīng)用。美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）搭載了高穩(wěn)原子鐘，其輸出的秒脈沖1PPS信號(hào)具有短期穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。因此，本文采用GPS秒信號(hào)校準(zhǔn)恒溫晶振以得到高精度頻率源（稱為GPS頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)）。
　　GPS頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)是以FPGA數(shù)字技術(shù)作為測(cè)量手段，A

2、RM處理器作為算法控制中心，采用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)，對(duì)晶振分頻秒信號(hào)和GPS秒信號(hào)的相位進(jìn)行跟蹤鎖定，依據(jù)兩者的相位差變化量調(diào)整頻率修正電壓，在不破壞晶振短穩(wěn)特性的基礎(chǔ)上改善其頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，以獲取高穩(wěn)定度、高可靠性的頻率源。該系統(tǒng)由GPS信號(hào)接收機(jī)，高精度數(shù)字鑒相器，數(shù)據(jù)濾波和系統(tǒng)控制，以及晶體振蕩控制等四大模塊組成。其中，GPS信號(hào)接收機(jī)模塊主要功能是通過(guò)放置在室外的專用接收天線接收來(lái)自GPS的秒信號(hào)1PPS；高精度數(shù)字鑒相器模塊

3、采用數(shù)字測(cè)量技術(shù)，以高速時(shí)鐘計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)相位差的高分辨率測(cè)量；數(shù)據(jù)濾波和系統(tǒng)控制模塊以誤差分析和平滑控制作為設(shè)計(jì)思路，在微處理器中實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)平均濾波算法和自適應(yīng)PID控制算法；晶體振蕩控制模塊采用電磁兼容性良好的低噪聲DA控制電路，將處理器輸出的若干比特?cái)?shù)字量在DA電路中轉(zhuǎn)化為高精度的控制電壓。
　　所研制的GPS頻率校準(zhǔn)系統(tǒng)在本實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)表明：晶振分頻秒信號(hào)和GPS秒信號(hào)的相位差波動(dòng)范圍不超過(guò)65ns，實(shí)現(xiàn)了較好的鎖