一种高精度增益补偿式时基源制造技术

本发明专利技术涉及时间校准领域，尤其涉及一种高精度增益补偿式时基源，包括相互信号连通的接收机、钟差比对、微处理器、压控控制、温度测量、温度控制模块和增益调节模块与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果是：通过新的基于GPS模块的VCXO改进控制的时基基准设计方案，来满足时基基准对VCXO的设计要求，很好的克服通过VCXO来实现整机的频率输出，某种意义上它间接地反映了时基基准内部物理系统性能的指标，然而由于实际时基基准工作环境温度的影响，VCXO自身漂移的影响等都会给VCXO的输出带来干扰的问题。

A high precision gain compensated time base source

The present invention relates to a time calibration field, especially relates to a high precision gain compensation type timing source, including signal receiver, connected to each other, a microprocessor, clock difference pressure control, temperature measurement, temperature control module and gain control module compared with the existing technology, the beneficial effect of the invention is: through the improvement of GPS control module based on the VCXO time base reference new design, to meet the design requirements of the VCXO standard time base, overcome by VCXO to realize the frequency output of the whole machine is very good, in a sense it indirectly reflects the performance of the physical system within the time base reference index, however, due to the impact of the actual time base reference temperature, VCXO drift the effect would give VCXO output interference problem.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度增益补偿式时基源
本专利技术涉及时间校准领域，尤其涉及一种高精度增益补偿式时基源。
技术介绍
压控晶体振荡器VCXO是时基基准的核心部件，在传统的晶体振荡体设计环节中，通常采用市面上现有的成熟的方块晶体振荡器来做为频率源，并且此环节通常不是由设备整机电路环节的人员来设计的，而是根据一定的指标、性能要求选用市面上成熟的振荡器。然而，在进入指标化苛刻的今天，由于时基基准整机结构布局发生了改变，无论是小型化要求在狭窄的板面空间上安置数多的部件，还是指标化要求对VCXO的各个设计参数做进一步改进，都必然对每个环节的设计要十分清楚，压控晶振也必须采用自主化设计，实际布局中可能要考虑自己设计压控方式以及起振设计，尤其是晶振的保温设计，因为温度的变化对晶振频率的输出影响是相当大的，特别是在每次系统上电时，由于系统可能处于冷态或热态，对于振荡环路，由于所处的温度每一次都不一致，有可能导致实际的频率输出不一样，对于被动型铷频标来说，由于整机电路设计（包括倍频次数、综合器频率输出等）是严格地按照理论上计算得到的，压控晶振输出频率的大范围改变，有可能导致伺服环节无法将晶振输出频率锁定在原子基态0－0跃迁频率上。在上述设计方案基础上，现有技术中都是通过VCXO来实现整机的频率输出，某种意义上它间接地反映了时基基准内部物理系统性能的指标，然而由于实际时基基准工作环境温度的影响，VCXO自身漂移的影响等都会给VCXO的输出带来干扰。基于此，本专利提出一种新的基于GPS模块的VCXO改进控制的时基基准设计方案，来满足时基基准对VCXO的设计要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种高精度增益补偿式时基源。本专利技术是通过以下技术方案实现：一种高精度增益补偿式时基源，包括相互信号连通的接收机、钟差比对、微处理器、压控控制、温度测量、温度控制模块和增益调节模块，所述接收机用于接收空间卫星的GPS授时信号，所述钟差比对将接收机的GPS信号与时基基准的VCXO输出的频率信号进行比对，获得时差信号传递给微处理器，所述压控控制内包含电压转换，受微处理器控制，输出变化的直流电压信号，所述温度测量获得贴地时基基准整机机壳内壁上的热敏电阻值，来反映时基基准的实际工作环境温度，所述温控模块用于对初始时基源VCXO进行控温处理，所述增益调节模块通过电路感知VCXO模块中的温差从而转换为压控电压，所述微处理器获得温度测量模块、钟差比对模块、量子鉴频率的数据，并进行相应的处理获得最终的压控1、压控2、压控3的综合信号实现对VCXO的控制。进一步地，所述温度控制模块：里面含有温控芯片（控温用）、以及热敏电阻（测温用）。受微处理器控制可以设定温度值T，由于整个温度控制模块置于高稳晶振VCXO(温控模块)中，所以微处理器可以设置对应的工作环境温度、以及获得实际的工作环境温度信息。其原理如图2所示；其中两个R以及R1为具有相同温度系数的电阻，其阻值应该选择与Rk相当。这里R1的值反映了实际工作环境温度T。Rk为一个热敏电阻，它贴于温控模块的表面，用以感知实际的工作环境温度T。故当工作环境温度T无变化时，图2中电桥处于平衡，输送至加热线圈环路的温度补偿电压值为0。一旦工作环境温度T发生变化，则热敏电阻Rk的阻值将变小（温度升高）或变大（温度降低），那么电桥两端存在电压差，经运算放大器A差分放大后变为温度补偿电压输送至电压源，同时输出给传统加热丝线圈环路。整个电路的放大增益由运算放大器的负反馈电阻Rw调节，Rw为一数字电位计，通过调节Rw的阻值以达到上述电路补偿因子改变功能。进一步地，所述压控模块中的桥路测温主要由两个阻值相同的R，一个预设温度值热敏电阻传感器Ro（它决定了VCXO的工作环境温度）及测温热敏电阻Rk组成。当VCXO工作环境温度恒定时，即热敏电阻Rk测量值与预设值Ro相等，此时电阻桥路A、B端输出电压差将为0，整个压控模块输出端Uout输出为0。当VCXO工作环境温度发生改变时，则桥路的A、B端形成一定的电压差，通过电压跟随器A1及A2的传递送至A3进行差分放大，考虑到放大后的电压差能够有效得采集，所以在差分放大A3的输出端增加了一个增益线性调节电路A4。得到的压控模块电压差Uout与微处理器产生的压控电压求和后，送至VCXO模块；其中压控控制模块的处理过程如图3所示。1、传统压控微处理器获得对应的时基基准量子鉴频信号后，按照现有时基基准锁定技术，输出“传统压控”模式的压控1信号V1至综合。2、预判修正微处理器存储有时基基准整机温度系数（即环境工作温度变化一度引起的时基基准频率变化）的数据w，在获得了温度测量模块的温差数据T后，将数据进行存储。同时微处理器获得钟差比对模块输出的差频（时基基准与GPS基准的频差）数据F。这里按照图2，微处理器将做一次差分处理：f=F-w*T。由于钟差比对模块是按一定周期的时间间隔t对GPS信号和时基基准信号进行的比对，所以我们将获得一系列的数据，这里数学模型表示：（1）其中a，b是未知常数，是随机误差，它表示许多没有考虑的因素的综合影响，可以认为。对每一个观察点（ti，fi），根据（1）式应满足（2）我们可以随手做出很多条直线来表示两个变量之间的线性关系，从而来确定a，b。但是这样做的准确性较差，而且也没有一个统一的标准。设是我们所需求的估计，则我们总希望每个观察点（fi，ti）与线f=a+bt之间的偏差尽可能的小。在t=ti处，（ti，fi）与直线f=a+bt之间的偏差是：（3）这里有n个观察点的偏差值，应该综合考虑，显然我们不能用代数和来表示，因为偏差有正有负，它们的代数和会出现正负相抵消而不能代表真正的总偏差。若取绝对值后再求和，显然可以避免这一缺点，但却不便于作数学运算，所以采用偏差平方和来表示总偏差：（4）使达到极小值，作为a，b的估计。由于是a，b的非负二次函数，这种极小值一定存在。由微积分知道，使达到极小的a，b应满足下列议程组：（5）整理后，得（6）若记得（7）（8）这里求得的，就是我们所需要预判量（它反映的是频率值）。由于供应厂商提供的具体VCXO的压控斜率值（即VCXO输出频率与其受到的直流电压的比值）可以被存储在微处理器中，所以上述获得的（频率）可以转化为电压值V3（电压）至综合。3、补偿相应供应厂商提供的具体VCXO老化漂移的数据如图4所示：图4中厂商提供的数据横坐标通常可以精确到“天”，这些数据被存储在图1中的微处理器中。在本专利方案中，选择老化漂移率较小的VCX。结合选用的VCXO老化漂移数据，微处理器按照钟差比对模块中设置的采样时间间隔t对VCXO输出的频率值进行相应的主动调整。例如t=1小时即以图3所示的标准（‘天’）以线性处理的方式除以24即可获得相应的‘小时’漂移数据f小时，按照存储在微处理器中的VCXO压控斜率值转化为相应的直流电压值V2至综合。这样可以补偿VCXO因为老化漂移引起的频率变化影响，最终使VCXO输出的频率理论上不变。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过新的基于GPS模块的VCXO改进控制的时基基准设计方案，来满足时基基准对VCXO的设计要求，很好的克服通过VCXO来实现整机的频率输出，某种意义上它间接地反映了时基基准内部物理系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度增益补偿式时基源，其特征在于，包括相互信号连通的接收机、钟差比对、微处理器、压控控制、温度测量、温度控制模块和增益调节模块，所述接收机用于接收空间卫星的GPS授时信号，所述钟差比对将接收机的GPS信号与时基基准的VCXO输出的频率信号进行比对，获得时差信号传递给微处理器，所述压控控制内包含电压转换，受微处理器控制，输出变化的直流电压信号，所述温度测量获得贴地时基基准整机机壳内壁上的热敏电阻值，来反映时基基准的实际工作环境温度，所述温控模块用于对初始时基源VCXO进行控温处理，所述增益调节模块通过电路感知VCXO模块中的温差从而转换为压控电压，所述微处理器获得温度测量模块、钟差比对模块、量子鉴频率的数据，并进行相应的处理获得最终的压控1、压控2、压控3的综合信号实现对VCXO的控制。

【技术特征摘要】
1.一种高精度增益补偿式时基源，其特征在于，包括相互信号连通的接收机、钟差比对、微处理器、压控控制、温度测量、温度控制模块和增益调节模块，所述接收机用于接收空间卫星的GPS授时信号，所述钟差比对将接收机的GPS信号与时基基准的VCXO输出的频率信号进行比对，获得时差信号传递给微处理器，所述压控控制内包含电压转换，受微处理器控制，输出变化的直流电压信号，所述温度测量获得贴地时基基准整机机壳内壁上的热敏电阻值，来反映时基基准的实际工作环境温度，所述温控模块用于对初始时基源VCXO进行控温处理，所述增益调节模块通过电路感知VCXO模块中的温差从而转换为压控电压，所述微处理器获得温度测量模块、钟差比对...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶杨婷，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42