恒温晶体振荡器的频率校准方法和系统技术方案

本申请涉及晶体振荡器技术领域的一种恒温晶体振荡器的频率校准方法和系统，该方法采用欠采样技术对待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号进行模数采样，对采样得到的两路信号分别进行数字下变频处理，并根据得到的下变频结果分别计算连续相位值；将两路信号的连续相位值进行比相后计算相位差和频率差；根据频率差和待校准恒温晶体振荡器的压控斜率，采用PID+PWM的控制策略控制数模转换器，生成压控电压，然后进行低通滤波后输入到待校准恒温晶体振荡器的压控端，实现频率校准。采用本方法中采用PWM控制策略对数模转换进行控制，提升了数模转换等效有效量化位数，降低了成本，同时提高了对恒温晶体振荡器的校准精度。时提高了对恒温晶体振荡器的校准精度。时提高了对恒温晶体振荡器的校准精度。

【技术实现步骤摘要】
恒温晶体振荡器的频率校准方法和系统


[0001]本申请涉及晶体振荡器
，特别是涉及一种恒温晶体振荡器的频率校准方法和系统。

技术介绍

[0002]石英晶体振荡器的频率稳定度受温度的影响比较大，又衍生出精度更高的温补晶振和。恒温晶体振荡器的全称是恒温晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator，简称：OCXO)，是利用恒温槽使晶体振荡器中石英晶体谐振器的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。恒温晶体振荡器是由振荡器电路和恒温槽控制电路组成的。其频率一般采用10MHz居多，性价比高，恒温晶体振荡器的频率稳定度特性仅次于原子钟，甚至其在短期频率稳定度优于部分原子钟的性能，因此恒温晶体振荡器在时间频率以及通信等领域有着广阔的应用，比如说市面上常见的时间间隔计数器SR620，其内部的参考频率源就是采用了恒温晶体振荡器。
[0003]恒温晶体振荡器短期稳定度较好，一般在E
‑
12的量级，好的恒温晶体振荡器的秒稳能进E
‑
13量级，但是其长期稳定度特性不是太好，存在一定的时漂和老化特性，一般可以通过压控电压对其频率进行微调，也就是专业术语所说的恒温晶体振荡器校准技术。时钟校准技术一般根据输入源的不同而有所差异，但是最终控制的对象都是恒温晶体振荡器的压控电压。控制方法基本上都是基于图1所示的闭环系统，只是鉴频鉴相器的方式和输入电压的方式有所不同而已。如果是采用卫星校准或者外部1PPS+TOD校准，则可以采用恒温晶体振荡器分频出1PPS，与外部输入的1PPS进行比相，从而控制1PPS实现同频同相，该方法受制于1PPS的测量精度，同时也受制于DAC的输出精度和稳定性，目前时间间隔测量精度在皮秒的量级，DAC也能够达到20位的量化精度，因此短期频率稳定度校准在E
‑
12量级。如果校准源为10MHz的参考频率信号，此时可以采用锁相环的方式，也就是使得恒温晶体振荡器的时钟跟随外部参考信号，但是此方法有一定的局限性，首先频率校准的性能受锁相环的特性影响，其次，如果外参考10MHz丢失的情况下，锁相环就会失锁，从而恒温晶体振荡器的输出就会出现跑偏。
[0004]目前的频率校准基本上采用锁相环的方式，不同的点主要在与鉴频鉴相器的方式与控制恒温晶体振荡器的控制方式不一样而已，不管采用1PPS+TOD这种模数混合的锁相环方式还是采用模拟锁相环的方式，都存在一定的局限性，比如说时间间隔测量(TDC)精度不够高，DAC精度不够高，PLL性能影响了整体指标，外部参考频率源丢失的时候出现失锁而跑偏的问题。因此这些方法不同程度受制于电子元器件的水平，因此如何采用一些常规的器件来实现高精度的频率校准是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种恒温晶体振荡器的频率校准方法和系统。
[0006]一种恒温晶体振荡器的频率校准方法，所述方法包括：
[0007]采用欠采样技术对待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号进行模数采样，得到晶振频率信号和参考频率信号。
[0008]对所述晶振频率信号和所述参考频率信号分别进行数字下变频处理，并根据得到的下变频结果分别计算晶振频率信号和参考频率信号的连续相位值。
[0009]对晶振频率信号和参考频率信号的连续相位值进行比相，得到晶振频率信号和参考频率信号的相位差，并根据所述相位差计算频率差。
[0010]根据所述频率差和所述待校准恒温晶体振荡器的压控斜率，采用PID+PWM的控制策略控制数模转换器，生成压控电压；
[0011]将所述压控电压进行低通滤波后输入到所述待校准恒温晶体振荡器的压控端，实现对所述待校准恒温晶体振荡器的频率校准。
[0012]在其中一个实施例中，晶振频率信号的下变频结果包括：晶振频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果；参考频率信号的下变频结果包括：参考频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果。
[0013]对所述晶振频率信号和所述参考频率信号分别进行数字下变频处理，并根据得到的下变频结果分别计算晶振频率信号和参考频率信号的连续相位值，包括：
[0014]对所述晶振频率信号和所述参考频率信号分别进行数字下变频处理，得到晶振频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果、参考频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果。
[0015]根据晶振频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果，采用反正切方式进行检相，并对接检相结果进行相位解缠，得到晶振频率信号的连续相位值。
[0016]根据参考频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果，采用反正切方式进行检相，并对接检相结果进行相位解缠，得到晶振频率信号的连续相位值。
[0017]在其中一个实施例中，正弦载波和余弦载波是通过DDS方式生成的。
[0018]对所述晶振频率信号和所述参考频率信号分别进行数字下变频处理，并根据得到的下变频结果分别计算晶振频率信号和参考频率信号的连续相位值，步骤中数字下变频的具体步骤包括：
[0019]将所述晶振频率信号分别和正弦载波和余弦载波进行混频处理，并将得到的混频结果分别进行低通滤波，得到晶振频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果。
[0020]将所述参考频率信号分别和正弦载波和余弦载波进行混频处理，并将得到的混频结果分别进行低通滤波，得到参考频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果。
[0021]在其中一个实施例中，待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号的频率均为10MHz。
[0022]采用欠采样技术对待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号进行模数采样，得到晶振频率信号和参考频率信号，包括：
[0023]采用10.7MHz的采样频率对待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号进行采样，得到晶振频率信号和参考频率信号，所述晶振频率信号和参考频率信号的频率为700kHz。
[0024]在其中一个实施例中，根据所述频率差和所述待校准恒温晶体振荡器的压控斜率，采用PID+PWM的控制策略控制数模转换器，生成压控电压，包括：
[0025]根据所述频率差和所述待校准恒温晶体振荡器的压控斜率，得到压控电压的电压值。
[0026]根据所述压控电压的电压值，采用PID算法+PWM控制策略控制数模转换器，生成压控电压。
[0027]一种恒温晶体振荡器的频率校准系统，所述恒温晶体振荡器的频率校准系统包括：测量模块和控制模块。
[0028]所述测量模块包括：两条相位测量支路、比相模块以及数据处理模块，所述相位测量支路由依次连接的ADC模块、数字下变频模块、检相器以及相位解缠模块组成，所述ADC模块采用欠采样技术进行采样；所述检相器用于采用反正切方式进行检相。
[0029]两条相位测量支路中的ADC模块的输入端分别与待校准恒温晶体振荡器的输出端和外参考频率信号连接；两条相位测量支路中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种恒温晶体振荡器的频率校准方法，其特征在于，所述方法包括：采用欠采样技术对待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号进行模数采样，得到晶振频率信号和参考频率信号；对所述晶振频率信号和所述参考频率信号分别进行数字下变频处理，并根据得到的下变频结果分别计算晶振频率信号和参考频率信号的连续相位值；对晶振频率信号和参考频率信号的连续相位值进行比相，得到晶振频率信号和参考频率信号的相位差，并根据所述相位差计算频率差；根据所述频率差和所述待校准恒温晶体振荡器的压控斜率，采用PID+PWM的控制策略控制数模转换器，生成压控电压；将所述压控电压进行低通滤波后输入到所述待校准恒温晶体振荡器的压控端，实现对所述待校准恒温晶体振荡器的频率校准。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，晶振频率信号的下变频结果包括：晶振频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果；参考频率信号的下变频结果包括：参考频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果；对所述晶振频率信号和所述参考频率信号分别进行数字下变频处理，并根据得到的下变频结果分别计算晶振频率信号和参考频率信号的连续相位值，包括：对所述晶振频率信号和所述参考频率信号分别进行数字下变频处理，得到晶振频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果、参考频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果；根据晶振频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果，采用反正切方式进行检相，并对接检相结果进行相位解缠，得到晶振频率信号的连续相位值；根据参考频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果，采用反正切方式进行检相，并对接检相结果进行相位解缠，得到晶振频率信号的连续相位值。3.根据权利要求1所述的方法，正弦载波和余弦载波是通过DDS方式生成的；对所述晶振频率信号和所述参考频率信号分别进行数字下变频处理，并根据得到的下变频结果分别计算晶振频率信号和参考频率信号的连续相位值，步骤中数字下变频的具体步骤包括：将所述晶振频率信号分别和正弦载波和余弦载波进行混频处理，并将得到的混频结果分别进行低通滤波，得到晶振频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果；将所述参考频率信号分别和正弦载波和余弦载波进行混频处理，并将得到的混频结果分别进行低通滤波，得到参考频率信号的正弦数字下变频结果和余弦下变频结果。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号的频率均为10MHz；采用欠采样技术对待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号进行模数采样，得到晶振频率信号和参考频率信号，包括：采用10.7MHz的采样频率对待校准恒温晶体振荡器和外参考频率信号进行采样，得到晶振频率信号和参考频率信号，所述晶振频率信号和参考频率信号的频率为700kHz。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述频率差和所述待校准恒温晶体振荡器的压控斜率，采用PID+PWM的控制策略控制数模转换器，生成压控电压，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊跃军，邓黠，刘阳琦，李大志，叶俊华，陈旭，
申请(专利权)人：星汉时空科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：