利用VCXO进行频率跟随实现高精度时钟同步的方法研究

讲述了时钟同步协议的原理,分析了影响同步精度的因素。首先借鉴广泛使用的IEEE1588同步协议结并合分布式数据采集系统的结构特点,利用微控制器的内置计数器实现了对数据通信协议包的收发时刻的准确计时,实现了高精度的硬件时间打戳,使时钟的同步精度达到了1μs。在此基础上又进一步将跟随的从设备的时钟源由传统的固定频率的晶体改成可以进行精细时钟频率调节的压控振荡器(VCXO),保持了分布式时钟在频率上的一致性,减小了时钟的漂移,从而实现了更高精度的时钟同步。实验表明在24MHz时钟频率情况下,通过此方法可使系统的同步精度达到10ns量级,远高于常用软件时钟同步方法能达到的微秒量级精度。

一款基于CMOS工艺的可编程VCXO芯片设计

详细介绍了一款基于0.25μm射频互补金属氧化物半导体(RF CMOS)工艺的可编程压控晶体振荡器(VCXO)芯片。将A/D技术和小数锁相环技术结合在一起,实现了VCXO输出频率范围、频率步进、牵引范围、压控极性可编程。在0.25μm RF CMOS工艺下进行了流片,芯片面积为3 000μm×2 000μm,将芯片封装到符合工作标准的5 mm×7 mm陶瓷管壳。测试结果表明,该芯片在(2.5±5%)V,温度为-55~85℃环境下,可以稳定工作,通过兼容工业标准I2C接口,实现编程输出频率为15.5~866.6 MHz和975~1 300 MHz,频率步进(343/N)Hz(N为锁相环输出分频器值);牵引范围为±9×10-6~±567×10-6,步进9×10-6;在频点662.41 MHz,均方根抖动典型值为360 fs(积分区间12 k Hz^20 MHz)。测试结果验证了设计方法和电路设计的正确性。

数字BPM时钟锁相电路的设计与实现

为实现数字BPM时钟系统的锁相,设计了一种基于锁相环同步原理的低抖动、低相位噪声的时钟同步系统。根据锁相环电路工作原理,对数字BPM时钟同步系统的硬件及固件程序进行了设计,实现了外部输入时钟信号与系统内部产生的主工作时钟信号的锁相,并且时钟信号输出的频率及相位均可调整以满足后端ADC采样的要求。测试结果表明,设计可以完成对一定频率范围内变化的外部输入时钟信号的锁相,输出时钟信号抖动满足束流实验要求,为数字BPM后续算法研究提供了基础。

GPS锁定晶体振荡器的数据处理方法研究

针对GPS锁定晶振频率标准,提出了一种滑动平均值法滤波方法,通过这种算法建立新的取样值与历史取样值相关性,适当选取取样点数形成滑动滤波窗口,改变滑动滤波窗口大小,能有效克服GPS接收机输出的1×10-6的波动影响,可以在很短的时间间隔内解算出被控晶振与GPS的偏差值。应用于控制算法,不断修正压控晶振的频率,使晶体振荡器锁定在GPS频率标准上。

压控晶体振荡器的设计

简要介绍了压控晶体振荡器的工作原理,说明了晶体谐振器与变容二极管在压控晶振中起的关键作用,以及如何根据实际情况选择合适的晶体谐振器和变容二极管以实现相应的压控频偏和压控线性。介绍了几种可以实现负斜率压控特性和改善压控对称性的压控电路。

新型时钟管理电路模型分析与参数设计

现今,电子产品的功能越来越复杂,随之而来在电路板设计中会选用多种类型芯片,比如微处理器、ADC、存储器、接口芯片等。这种情况下就需要时钟管理电路实现对多路时钟在频率、相位、占空比、抖动指标上的管理,为每种芯片提供不同属性的工作时钟。本文提出一种基于时钟芯片的新型时钟管理电路,进行总体方案设计,重点对电路中的锁相环的重要环节模型及电路整体模型进行分析,归纳了电路参数选择方法及其与系统指标之间关系,为最终电路详细设计和程序配置的提供参考依据。

一种同播发射机的基准频率源设计

根据同播系统对同播发射机的要求,提出了一种利用GPS秒时钟修正晶体振荡器频率漂移,实现高稳定度基准频率源的方法。该方法根据数字锁相原理,采用CPLD作数字鉴相器,通过测量GPS秒时钟与压控晶体振荡器(VCXO)时钟间的相位差,并将其转变为直流电压控制晶振频率,取得了频率稳定度优于2×10-9的成果,已成功应用于同播发射机中。

高速数据通讯系统的定时恢复方案

用一个允许使用全数字锁相环的比特率采样方法 ,提出数据传输系统的定时恢复方案 ,并在 ETSI(European Telecommunications Standardization Institute)的 HDSL标准环境下讨论数字控制振荡器对信噪比和抖动的影响 .

基于FPGA多功能波形发生器的设计与实现

介绍了一种以FPGA为核心,应用VHDL技术的多功能波形发生器软件和硬件的设计与实现.该系统可以产生正弦波、三角波、方波,以及编辑生成上述3种波形(同周期)的任意波形的线性组合波形,并实现幅度、频率可调.

基于GPS的高稳定频率源设计与实现

介绍了一种基于GPS的高稳定频率源设计方法。它利用GPS秒脉冲具有良好的频率准确度和长期稳定度的特点,结合VCXO、DSP和CPLD等构成控制电路,通过设计具有初级智能的控制算法,对VCXO输出频率信号进行统计、分析和控制,消除了GPS信号的短期抖动,最终实现了具有高稳定度的频率输出。实验结果表明,该系统实现了设计的功能和要求,能稳定工作。

基于压控晶振的超远距离时间复现方法研究

以中国科学院国家授时中心保持的协调世界时(UTC(NTSC))为参考时间信号,采用压控晶振控制策略和卫星全视时间比对技术,在超远距离基线使用本地压控晶振复现出与UTC(NTSC)同步的高精度时间频率信号。零基线测试结果表明,以压控晶振为频率源实现的超远距离时间复现设备产生的时间信号与UTC(NTSC)偏差的标准差优于0.8 ns,最大时间间隔误差优于5.0 ns/1 d,其输出10 MHz频率信号的秒稳定度为1.25×10^(-12),百秒稳定度为3.0×10^(-12),万秒稳定度为6.17×10^(-14),为增强型罗兰授时系统发播信号监测和超远距离时间产生提供了一种可行方法。

一种压控石英晶体振荡器电路的设计

分析了压控石英晶体振荡器 (VCXO)的原理、设计特点 ,设计了一个集成的VCXO驱动电路 ,该部分电路主要包括一个频率控制电路和一个自动增益控制电路 ,可以在芯片外部器件的共同作用下对石英晶体振荡器进行实时频率控制和振幅调整 .设计的VCXO能输出高稳定度、振幅恒定的时钟信号 .

一种自适应时钟恢复方法

针对高速传输系统的接收端芯片去开销后的低功耗时钟产生问题,此部分电路最合适的工作时钟应为与有效数据速率相等的时钟频率,文中提出一种产生此时钟的方法。通过虚拟一个数据缓冲,以其缓冲的数据量的变化量作为频率偏差的标志,并以此为基础通过压控晶体振荡器对时钟进行调整。通过仿真证实,这种方法能实现时钟的调整,并能使前后时钟之间的真实数据缓冲区处于最安全的数据存量状态。

GPS高精度时间/频率同步设备设计和实现

研究分析了GPS接收机的定时特性,以及高精度时间/频率同步设备对GPS定时信号丢失后的指标要求,提出了GPS定时信号的滑动平均滤波算法和信号丢失后的保持算法,取得了频率稳定度优于1×10-11/天和无时间漂移误差的成果,初步实现铯原子频标的性能,满足时间同步精度和频率稳定度的需求。

一种混叠激发控制时间产生方法

激发源启动时间的设计是高效混叠采集的关键技术之一。高效混叠采集是随高密度地震勘探而产生的采集作业新模式,它能显著缩短地震勘探周期、降低采集成本,但激发源启动时间的随机程度直接影响采集资料的品质。为此,文中创新性地提出一种地震勘探随机激发时间产生算法。首先,利用卫星授时技术和压控晶振在较短时间内的电压变化与振荡频率呈近似线性关系的特点,以固定时间间隔方式进行本地时钟的校准和卫星时间同步;然后,根据激发源位置、准备好的炮点激发顺序、时距规则参数等信息,计算出偏差不大于10μs的预计激发时间;最后,基于该预计激发时间,以实时采集的振动传感数据作为种子,随机产生一个指定窗口内小抖动的随机数作为炮点激发的整毫秒时间,确保生成激发时间的随机性。对测试结果的分析表明,所提方法计算得到的随机激发时间的抖动值具有数值大小与范围可控、随机性强的特征,满足工业应用的实际需求。

一种基于偏调锁频的差拍法高精度频稳测量仪

提出了一种基于偏调锁频的差拍高精度频率稳定度测量方法,阐述了基于这种方法设计的频率稳定度测量仪的具体实现过程,给出了已研制成的频稳测量仪的测试结果。

双调制锁相频率合成器的设计与实现

通过调制VCO实现FSK调制的锁相频率合成系统,由于环路误差传递函数的高通特性会使低频调制频偏(或相偏)降低甚至消失,针对这个缺点,提出了双调制的方法,即同时对基准源和环路的VCO进行调制。在一定条件下,双调制后的频偏不受环路的影响且又能保证调制载频的高稳定度,通过计算给出了满足这种条件的关系式和实际电路的表现特征及实现方法。实验证明该方法效果显著,可实现低频至直流任意信号的调制。

地震勘探用混叠激发控制系统设计与实现

高效混叠采集是一种高精度地震勘探新作业模式,可大幅缩短野外地震勘探作业的周期,降低采集成本,而激发源控制是该新作业方法的核心内容之一,其控制时间的精度和随机性都将直接影响采集资料的品质。提出一种混叠激发控制系统的设计方法,采用基于MAX-7Q、STM32L475、SDINBDG4-16G-XI1等器件的低功耗设计技术,结合周期性启动MAX-7Q模块进行时钟同步算法,使用地震检波器拾取的数据作为种子,生成数值大小、偏差程度可控的随机数作为抖动激发时间。测试结果表明,设计系统的激发控制时间数据的抖动值具有数值大小、范围可控,随机性强的特征,满足混叠激发作业技术需求。

5MHz～20GHz低相位噪声频率源的研制

低相位噪声源是一种频率准确度、稳定度都很高且相位噪声又非常低的频率源。本文在简要着重描述了VCXO压控晶振锁相源、高频单元、低相位噪声微波倍频链、低噪声直流稳压电源等低相位噪声频率源关键部件的设计和研制过程。所研发的低相位噪声频率源的频率范围从5 M Hz至20 C Hz点频输出,在100MHz频率时相噪达—176dBc/Hz(偏移100kHz处),具有较宽的频率范围和超低相位噪声。经测试该产品完全满足相位噪声测试分析的需要,有着广泛的应用前景和推广价值。

压控晶体振荡器选用中的几个问题

本文介绍了压控晶体振荡器电参数的特点以及选用时注意的问题。