OCXO高精度时间维持的自适应修正算法

针对广泛使用的低功耗、低成本、小体积恒温晶体振荡器(OCXO)在没有外部高精度时钟源校正的情况下难以长时间维持高精度授时的问题,分析了OCXO驯服系统的噪声特性以及晶体振荡器的老化特性和温度特性;建立OCXO驯服系统的自适应控制模型并采用增广最小二乘算法,解决了OCXO长时间在没有参考时钟的情况下频率精度降低的问题。在考虑参考时钟失锁条件下,对模型和算法进行仿真验证,结果表明:与常用的OCXO驯服保持模型相比,提出的模型具有最佳的逼近性能。

一种小型化低相噪恒温晶体振荡器的设计

在恒温晶体振荡器的工作原理及主要指标分析的基础上,通过采用低相噪电路设计技术,选用具有高Q值、低老化的SC切晶体谐振器,以保证恒温晶体振荡器的低相噪和高稳定度;通过高精度的温度控制电路设计技术以及合理的热结构设计,以实现恒温晶体振荡器的高频率温度稳定度。结果表明恒温晶体振荡器在小体积尺寸下(20mm×20mm×12mm),其相位噪声达到-110dBc/Hz@1Hz,短期稳定度达到6.85×10^(-13)/1s。

基于合并单元装置的高精度时间同步技术方案

智能变电站的发展对合并单元的时间同步性能提出了更高的要求,研究如何实现高精度的对时和守时功能是智能变电站发展的现实需要。文中从授时源误差、晶振特性、守时算法、逻辑处理等主要因素出发,针对合并单元装置的对时及守时技术需求,探讨了高精度时间同步的设计与实现方法。在此基础上,提出一种具有工程意义的合并单元时间同步技术的实现方案。该方案以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,在FPGA内部使用不同功能模块实现各个环节的逻辑设计,并通过CPU与FPGA的相互配合实现精确的时间同步及良好的守时性能。合并单元时间同步性的试验结果及其在智能变电站的实际应用表明,该技术满足了智能变电站内合并单元装置时间同步功能的要求。

高稳恒温晶体振荡器晶体拐点的自动调试

为了缩短高稳恒温晶体振荡器(OCXO)的开发周期,推动其批量化生产,利用计算机强大的分析控制能力以及计算机与外围设备方便可靠的通讯,提出了一种OCXO拐点自动调试的方法。实验研究表明这种方法可以有效优化OCXO的启动特性,3min内其稳定度可达1×10–8,提高OCXO的频率稳定度,其长期频率稳定度为0.5×10–8。

恒温温补石英晶体振荡器

提出了一种恒温温补晶振(OCTCXO)的实现方法,该OCTCXO由两部分组成:温度补偿晶体振荡器(TCXO)和恒温槽。TCXO放置在恒温槽中,恒温槽是一个负反馈自动控制系统,当环境温度小于恒温槽设定的温度时,OCTCXO相当于一个恒温晶体振荡器(OCXO);当环境温度大于恒温槽设定的温度时,恒温槽停止工作,整个OCTCXO的频率-温度稳定性由TCXO决定,由于OCTCXO最高工作温度与恒温槽设定的温度之间的温度区间很小,使得TCXO在该温度区间内的频率-温度稳定性得到较大的改善,从而提高OCTCXO的频率-温度稳定性。实验结果表明,该OCTCXO标称频率10 MHz,在-40～70℃温度范围内频率-温度稳定性为±1×10-7;最大功耗为1.15 W,常温工作时功耗为410 mW;体积为21.0 mm×13.0 mm×5.1 mm。

一种恒温晶振专用集成电路芯片设计

介绍了一种基于BiCMOS工艺的恒温晶振专用集成电路芯片。该芯片集成了分立式恒温晶振的大部分有源和无源器件,包括稳压、振荡、控温和输出缓冲等单元电路。稳压、振荡等对相位噪声影响较大的电路其关键部分采用双极工艺器件设计;控温、输出缓冲等电路采用CMOS工艺器件设计;二者结合降低相位噪声的同时减少了芯片版图面积。稳压电路引入了动态补偿网络,以增强电路稳定性;振荡电路采用科尔匹兹并联振荡电路,该电路所需器件少且工作稳定,利于集成。实测结果表明,用该芯片结合10 MHz SC切晶体谐振器研制的恒温晶振样品相位噪声达到-103 dBc/Hz@1 Hz,-128 dBc/Hz@10 Hz,-142 dBc/Hz@100 Hz,-151 dBc/Hz@1 kHz;频率-温度稳定性在-55～+70℃范围内优于±2×10-8。

多AUV协作时钟同步控制算法设计与实现

鉴于多自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)协同作业中时钟同步技术的重要性,设计了一种基于数字信号处理器(digital signal processor,DSP)的精确时钟同步方案。首先分析了时钟同步过程中误差的来源,并提出了线性回归和卡尔曼滤波算法,对误差进行了有效补偿,确保AUV时钟与全球定位系统(global positioning system,GPS)时钟精确同步。然后利用DSP、GPS模块以及恒温晶振完成了时钟同步控制的硬件实现,时钟校准实验表明,该控制算法大大提高了时钟同步过程中的授时精度和频率稳定度,满足多AUV协同作业在时钟同步方面的需求。

小尺寸恒温晶体振荡器控温系统设计

对比分析了小尺寸OCXO恒温槽与传统OCXO恒温槽温度特性的差别 ,以及由此而引起的问题 .根据主要影响因素 ,提出了温度补偿算法 .基于该算法 ,设计了一种适用于小尺寸OCXO的温度控制系统 .经实践证明 ,采用该方法可以大大提高小尺寸OCXO频率温度特性 .

小型SC切恒温晶体振荡器的研制

论述了高稳定度、小体积恒温晶体振荡器 (OCXO)的热学结构设计和测温控温方法。采用 SC切三次泛音石英晶体谐振器作为振荡元件 ,利用 DS1 82 0作为温度探测器 ,以 PIC1 6 F84作为微控制器 ,通过 PID算法和脉宽调制技术 (PWM)对振荡电路进行温度调节与控制 ,以达到恒温目的。研制出体积为 40 mm× 40 mm× 1 4mm、频温特性达 1 0

喷泉钟驾驭恒温晶振方法研究

喷泉钟驾驭氢钟、晶振等频率源,能够输出标准频率。为了实现上述目标,本文使用自由运转的恒温晶振5 MHz频率输出作为喷泉钟的本振信号,尝试利用喷泉钟锁定恒温晶振。5 MHz本振信号经过倍频和频率综合生成铯原子喷泉钟激励微波源所使用的9.192 GHz的频率信号。喷泉钟使用PI锁定方法,得到此激励微波源的频率信号与铯原子超精细能级跃迁频率信号的差值。为了驾驭恒温晶振,将恒温晶振5 MHz信号经过相位微跃器的调整,锁定至喷泉钟的超精细能级跃迁频率信号。喷泉钟运行周期约为1.5 s,产生一个频率差值。我们使用每5个频率差值计算一个平均频率差值,多个平均频率差值经过局部加权线性回归算法,预估下一个平均频率差值。预估的频率差值经过计算,得到相对频率调整量。计算模拟表明,存在一组合适的计算参数,使得调整后的纸面频率差值数据稳定度大幅提高。使用这种驾驭方法,将得到的相对频率调整量反馈至相位微跃器。实验表明,参考恒温晶振的相位微跃器5 MHz信号频率漂移消失,中长期频率稳定度有极大的改善。

利用精密单点定位技术评估晶振频率稳定度

在评估晶振频率稳定度时,目前常用一个频率稳定度比待测晶振高3倍以上的时钟作为参考,造成测试成本高昂。在分析精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术原理的基础上,提出了一种基于PPP技术的频率稳定度评估方法,并利用该方法对一款秒稳达到 10 -12 的高稳定度恒温晶振(Oven Controlled Crystal Oscillator,OCXO)进行了评估,评估结果与利用氢原子钟为参考的传统频率稳定度评估方法基本吻合。最后给出了该方法对不同等级晶振的评估能力。该方法结构简单,测试方便且成本低廉,能满足常用时频设备(如通信设备、卫星导航接收机)的晶振评估需求。

基于北斗、短波的高精度时钟系统研究与设计

在北斗、短波授时技术的基础上,对高稳恒温晶振及其频率特性进行分析,设计了一种基于北斗卫星、短波无线电授时的高精度时钟系统;系统接收北斗接收处理模块、短波授时模块的秒脉冲信号、时间信息,处理得到标准的秒脉冲信号,实现对恒温晶振频率的校频,获得一个短期及长期频率稳定度都比较优良的时间频率标准,同时对时间芯片进行校准,对外输出高精度时间信息。试验结果表明,在时间不长于1h内,频率准确度优于1×10-10;该系统实用方便的方法达到了将晶体振荡器校准到较高指标的目的。

一种小型超低相噪恒温晶振的设计

该文分析了晶振超低相噪设计方法及影响因素,重点阐述了有载品质因数(Q)值、电路结构等对相噪的影响,并基于改进型的巴特勒振荡电路在小体积下进行了超低相噪恒温晶振的设计,对其主振电路、放大电路、稳压电路等进行了概要的分析。该文研制的100 MHz小型超低相噪恒温晶振体积达到20mm×20mm×10mm,相噪指标最优达到-168dBc/Hz@1kHz,达到了预期的研制目标。

高频高稳恒温晶体振荡器设计

本文采用低频高稳振荡与低噪声倍频相结合的方法,并进行精密控温设计,研制了一种高频高稳恒温晶体振荡器,输出频率为100MHz,短期频率稳定度可以实现2.68E-13/s,2.54E-12/100s,老化率优于7E-11/d,谐波优于-50dBc。经随机振动、冲击和温度冲击等环境试验考核,晶振试验前后频率变化均小于±5E-9,可以很好地满足多领域应用对高频高稳定信号源的需求,可靠性高,有利于简化系统构成,缩小设备体积。