一种晶振校准方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种晶振校准方法，包含步骤：S1、转换接收串行参考脉冲信号为并行参考脉冲信号；S2、根据并行参考脉冲信号，对晶振输出时钟信号的频差进行监测，得到N个频差值；S3、筛选N个频差值，根据筛选后的频差值计算得到频差调整值，当频差调整值大于第一频差阈值进入S4，当频差调整值大于第二频差阈值且小于第一频差阈值进入S5，当频差调整值小于第二频差阈值结束晶振校准；S4、根据频差调整值，通过开环调整DA模块的输入值，进入S6；S5、根据频差调整值，通过闭环调整DA模块的输入值，进入S6；S6、根据M路并行参考脉冲信号对晶振输出时钟信号的频差进行一次监测，得到一个频差值，用该频差值更新N个频差值，进入S3。

A method and system of crystal vibration calibration

【技术实现步骤摘要】
一种晶振校准方法和系统
本专利技术涉及数字通信领域，具体涉及一种晶振校准方法和系统。
技术介绍
频率标准是时统设备的心脏，由于对站间同步和时统设备守时的要求提高，对用于时统设备的频率标准的要求也越来越高。以往时统设备大多配置高稳石英晶体频率标准，由于受其准确度的限制以及需要较长的开机预热过程等问题，对于高精度需求场合，单一的石英晶体频率标准已不能满足要求。因此，组合型频率标准便应运而生。组合型频率标准就是将有不同性能优势的频率标准，采用电子电路组合成比单个频率标准性能指标更为优良的频率标准，即可驯钟技术。例如，时统设备曾采用过用铷原子频率标准输出的标准频率信号锁定高短稳石英晶体频率标准，使其输出的信号既有高频率准确度，又有良好的短期频率稳定度。组合型频率标准是在现有频率标准无法满足时统设备对标准频率信号指标的全面要求的情况下采用的。它可发挥参加组合的不同频率标准在某个或某些指标方面的优势，如石英晶体频率标准秒以下的频率稳定度好、铯原子频率标准准确度高、氢原子频率标准10s以上的频率稳定度好等。近年来，又出现了另一种组合形式，即将频率标准与精密校频接收机相结合，利用接收到的标准时间频率信号校准本地频率标准的频率，使其保持较高的准确度。如GPS可驯石英晶振、GPS可驯铷钟等。众所周知，石英晶体频率标准由于受晶体老化等因素的影响，其输出频率有较大的老化率，并且其重现性也较差。铷原子频率标准的重现性是原子频率标准中最差者，而且其漂移率也是最大的。这种组合型频率标准就是接收GPS、GLONASS(全球卫星导航系统GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM)、我国的北斗、长波等标准时间频率信号，使本地频率标准的频率跟踪这些信号从而减小重现性、老化或漂移对频率标准的影响。目前，随着GPS技术的发展和应用，利用GPS的优良特性来控制本地振荡器的可驯钟技术也得到了深入研究和广泛使用。而能提供高精度时间频率源的其他系统如俄罗斯的GLONASS、我国的北斗以及长波等都因各自的原因而没能得到广泛应用。现有的文献对高精度晶振校准方法进行了研究。文献1(薛毅聪，龚航，刘增军，朱祥维，基于GNSS的晶振驯服方法分析[J].全球定位系统，2017,4(42):38-42.)给出了多种晶振驯服的滤波方法，并对比了各种方法所能达到的短稳和长稳精度。但几种方法只给出了仿真试验结果，同时驯服时间均较长达到了小时级别。文献2(王红建，王玲，黄文德，刘志俭.OCXO高精度时间维持的自适应修正算法[J].传感器与微系统，2018,4(37):132-125)提出的OCXO驯服系统的自适应控制模型和增广最小二乘算法长期稳定度可达到3×10-11量级，但同样存在收敛时间过长的问题。专利1(晶振快速驯服和保持算法设计，CN201710399454，2017)提供了一种晶振拟合、跟踪和保持算法，该方法可以使晶振的频率准确度达到1.71e-11的量级，并且具备失锁保持功能，但存在驯服时间偏长的问题，无法满足快速校准的需求。专利2(一种基于SOPC技术的晶振驯服方法和系统，CN201610209614，2016)提出了一种基于SOPC技术的晶振驯服系统，具备相位补偿、老化温度补偿等功能，但并未提及该方法所能达到的校准精度的所需的校准时间。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种针对压控晶振的快速校准方法，通过参考脉冲生成模块生成的参考脉冲信号，通过开环调整和闭环调整相结合的方式，快速校准晶振频率。为了达到上述目的，本专利技术提供一种晶振校准方法，包含步骤：S1、接收一路串行的参考脉冲信号，根据晶振输出的时钟信号对所述串行的参考脉冲信号进行采样，转换串行的参考脉冲信号为M路并行参考脉冲信号，分别为第一路并行参考脉冲信号至第M路并行参考脉冲信号；S2、根据所述M路并行参考脉冲信号，对晶振输出时钟信号的频差进行N次监测，得到N个频差值ΔFi，i∈[1,N]；其中N为设定的监测总次数；S3、筛选所述N个频差值，根据筛选后的频差值计算得到频差调整值；当所述频差调整值大于预设的第一频差阈值，进入S4；当频差调整值大于预设的第二频差阈值且小于所述第一频差阈值，进入S5；当频差调整值小于第二频差阈值，晶振输出的时钟信号达到要求的精度，结束晶振校准；其中第二频差阈值小于第一频差阈值；S4、根据所述频差调整值，通过开环调整DA模块的输入值，晶振根据DA模块输出的模拟电压信号输出对应的时钟信号；进入S6；S5、根据所述频差调整值，通过锁相环滤波器闭环调整DA模块的输入值，晶振根据DA模块输出的模拟电压信号输出对应的时钟信号；进入S6；S6、根据M路并行参考脉冲信号对晶振输出时钟信号的频差进行一次监测，得到一个频差值，用该频差值更新所述N个频差值；进入S3。所述步骤S2具体包含：S21、监测所述M路并行参考脉冲信号，从当前时间开始，当监测到M路并行参考脉冲信号出现第一个脉冲时，记录数值m0,i，复位计数器；其中m0,i∈[1,M]，m0,i表示第i次监测时所监测到的第一个脉冲属于第m0路并行参考脉冲信号；i为监测的次数，i∈[1,N]，N为设定的监测总次数；S22、计数器以晶振输出的时钟信号的频率f进行记数，每经过一个时长1/f，计数器的计数值加1；S23、当监测到M路并行参考脉冲信号出现第二个脉冲时，记录数值m1,i；其中m1,i∈[1,M]，m1,i表示第i次监测时所监测到的第二个脉冲属于第m1路并行参考脉冲信号；S24、计算得到ΔFi＝cnt+(m1,i-m0,i)；其中cnt为计数器在所述第二个脉冲出现时的计数值，ΔFi为第i次监测得到的频差值。步骤S3具体包含：S31、计算k时刻的频差平均值ΔFmean(k)、频差均方根ΔFstd(k)，其中S32、设定频差筛选阈值ΔFth，当频差值ΔFi满足ΔFi-ΔFmean(k)-ΔFstd(k)>ΔFth，删除该频差值ΔFi，i∈[1,N]；S33、计算得到k时刻的频差调整值为ΔF1～ΔFN中所有未被删除频差值的均值；S34、当大于预设的第一频差阈值，进入S4；当大于预设的第二频差阈值且小于所述第一频差阈值，进入S5；当小于第二频差阈值，晶振输出的时钟信号达到要求的精度，结束晶振校准；其中第二频差阈值小于第一频差阈值。所述步骤S4具体包含：S41、计算表示k时刻的转换比率；S42、计算其中ΔVDA(k)为k时刻DA模块输入值的调整量；Kk为k时刻晶振压控端电压值与晶振输出的时钟信号频率的比值；S43、计算得到VDA(k)＝VDA(k-1)+ΔVDA(k)；VDA(k)为k时刻DA模块的输入值，VDA(k-1)为k-1时刻DA模块的输入值；S44、晶振根据DA模块输出的模拟电压信号输出对应的时钟信号；进入S6。所述步骤S5具体包含：S51、将k时刻的频差调整值作为锁相环滤波器的输入，得到k时刻锁相环滤波器的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶振校准方法，其特征在于，包含步骤：/nS1、接收一路串行的参考脉冲信号，根据晶振输出的时钟信号对所述串行的参考脉冲信号进行采样，转换串行的参考脉冲信号为M路并行参考脉冲信号，分别为第一路并行参考脉冲信号至第M路并行参考脉冲信号；/nS2、根据所述M路并行参考脉冲信号，对晶振输出时钟信号的频差进行N次监测，得到N个频差值ΔF

【技术特征摘要】
1.一种晶振校准方法，其特征在于，包含步骤：
S1、接收一路串行的参考脉冲信号，根据晶振输出的时钟信号对所述串行的参考脉冲信号进行采样，转换串行的参考脉冲信号为M路并行参考脉冲信号，分别为第一路并行参考脉冲信号至第M路并行参考脉冲信号；
S2、根据所述M路并行参考脉冲信号，对晶振输出时钟信号的频差进行N次监测，得到N个频差值ΔFi，i∈[1,N]；其中N为设定的监测总次数；
S3、筛选所述N个频差值，根据筛选后的频差值计算得到频差调整值；当所述频差调整值大于预设的第一频差阈值，进入S4；当频差调整值大于预设的第二频差阈值且小于所述第一频差阈值，进入S5；当频差调整值小于第二频差阈值，晶振输出的时钟信号达到要求的精度，结束晶振校准；其中第二频差阈值小于第一频差阈值；
S4、根据所述频差调整值，通过开环调整DA模块的输入值，晶振根据DA模块输出的模拟电压信号输出对应的时钟信号；进入S6；
S5、根据所述频差调整值，通过锁相环滤波器闭环调整DA模块的输入值，晶振根据DA模块输出的模拟电压信号输出对应的时钟信号；进入S6；
S6、根据M路并行参考脉冲信号对晶振输出时钟信号的频差进行一次监测，得到一个频差值，用该频差值更新所述N个频差值；进入S3。


2.如权利要求1所述的晶振校准方法，其特征在于，所述步骤S2具体包含：
S21、监测所述M路并行参考脉冲信号，从当前时间开始，当监测到M路并行参考脉冲信号出现第一个脉冲时，记录数值m0,i，复位计数器；其中m0,i∈[1,M]，m0,i表示第i次监测时所监测到的第一个脉冲属于第m0路并行参考脉冲信号；i为监测的次数，i∈[1,N]，N为设定的监测总次数；
S22、计数器以晶振输出的时钟信号的频率f进行记数，每经过一个时长1/f，计数器的计数值加1；
S23、当监测到M路并行参考脉冲信号出现第二个脉冲时，记录数值m1,i；其中m1,i∈[1,M]，m1,i表示第i次监测时所监测到的第二个脉冲属于第m1路并行参考脉冲信号；
S24、计算得到ΔFi＝cnt+(m1,i-m0,i)；其中cnt为计数器在所述第二个脉冲出现时的计数值，ΔFi为第i次监测得到的频差值。


3.如权利要求2所述的晶振校准方法，其特征在于，步骤S3具体包含：
S31、计算k时刻的频差平均值ΔFmean(k)、频差均方根ΔFstd(k)，其中



S32、设定频差筛选阈值ΔFth，当频差值ΔFi满足ΔFi-ΔFmean(k)-ΔFstd(k)>ΔFth，删除该频差值ΔFi，i∈[1,N]；
S33、计算得到k时刻的频差调整值为ΔF1～ΔFN中所有未被删除频差值的均值；
S34、当大于预设的第一频差阈值，进入S4；当大于预设的第二频差阈值且小于所述第一频差阈值，进入S5；当小于第二频差阈值，晶振输出的时钟信号达到要求的精度，结束晶振校准；其中第二频差阈值小于第一频差阈值。


4.如权利要求3所述的晶振校准方法，其特征在于，所述步骤S4具体包含：
S41、计算表示k时刻的转换比率；
S42、计算其中ΔVDA(k)为k时刻DA模块输入值的调整量；Kk为k时刻晶振压控端电压值与晶振输出的时钟信号频率的比值；
S43、计算得到VDA(k)＝VDA(k-1)+ΔVDA(k)；VDA(k)为k时刻DA模块的输入值，VDA(k-1)为k-1时刻DA模块的输入值；
S44、晶振根据DA模块输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡阳，张鹏，张艳，周戌初，王英微，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31