基于FPGA的恒温晶振频率校准系统的设计

为满足三维大地电磁勘探技术对多个采集站的同步需求,基于FPGA设计了一种晶振频率校准系统。系统可以调节各采集站的恒温压控晶体振荡器同步于GPS,从而使晶振能够输出高准确度和稳定度的同步信号。系统中使用FPGA设计了高分辨率的时间间隔测量单元,达到0.121 ns的测量分辨率,能对晶振分频信号与GPS秒脉冲信号的时间间隔进行高精度测量,缩短了频率校准时间。同时在FPGA内部使用PicoBlaze嵌入式软核处理器监控系统状态,并配合滑动平均滤波法对测量得到的时间间隔数据实时处理,有效地抑制了GPS秒脉冲波动对频率校准的影响。

基于GPS同步的大地电磁采集站标定信号发生器设计与实现

介绍一种基于FPGA与GPS同步的大地电磁采集站标定信号发生器。信号发生器在AT91RM9200控制下产生0.093 75、0.234 4、2.5、20、24 Hz共5种频率的与GPS同步的方波信号,利用方波丰富的奇次谐波一次标定多个频点。FPGA与AT91RM9200之间的通信采用自行设计的SPI接口,实现控制参数的传输。FPGA内部采用Pi-coBlaze内核作为控制核心,对控制参数进行分析处理,控制标定信号的生成和与秒信号前沿同步。合成的方波信号经光耦隔离后接入模拟通道电路。测试结果表明,GPS同步标定信号发生器能够正常工作,标定信号输出滞后PPS秒信号前沿小于1.5μs,带宽不低于10 MHz,幅值稳定,满足标定要求。

OCXO时钟修正机制在电法勘探采集中的应用研究

为解决GPS易受外界环境影响,同步授时易失锁这一问题,设计出一种基于FPGA的保证GPS与OCXO协同工作的高精度同步授时解决方案.采用在FPGA内部构造延迟线的方法来对时间间隔进行测量,使时间测量精度可达到71ps和10ps,从而确保了时间间隔测量的高准确性.以GPS提供的秒脉冲1PPS作为标准信号对OCXO的频率进行校准,再在FPGA中采用均值滤波算法对1PPS信号引入的随机噪声进行压制,实际验证表明,该设计具有很好的频率校准效果.FPGA每完成一次校准就对同步修正一次,保证了GPS在任何时候失锁时,本地秒脉冲都与1PPS具有很高的初始同步精度.当完成频率校准后,GPS分别失锁150min,6h,12h,24h,同步精度仍可达到410ns,1.6us,2us和33us.这优于V5-2000的同步精度.长期实测表明,该方案可以很好地结合GPS授时和OCXO授时的优点,解决了GPS同步授时存在的问题.这不仅满足所有电法勘探的分布式采集系统对同步授时的精度要求,而且适用其它需要高精度同步授时的工业领域.该方案的设计只在一片FPGA中完成,这最大限度地减少了外围器件的消耗和外围电路的复杂程度,降低了功耗.