基于比时法的晶振频率测量建模与分析

2010-11-23 21:20:05来源: 西北核技术研究所陕西

  0 引言

  石英晶体振荡器受制造工艺、器件老化以及外部温度等因素影响,其实际频率值与标称频率值存在偏差。此外,晶体振荡器内部存在着各种噪声也会使频率值产生随机起伏,从而导致晶振频率的准确度和稳定度降低。当前,国内外在研究晶体振荡器的老化和随机噪声、分析晶振频率误差特性方面提出了很多方法,比较常见的有时间对数线性模型法、自适应滤波法及非线性时变预测法。前两种方法的缺点是参数较多,选择合适的参数较难,非线性时变预测法的模型描述能力强,但由于没有函数参数的显式表达式,不能将模型求解归结为参数求解问题,一般通过学习来逼近该函数,主要用于频率变化的预测。

  在上述方法的基础上,本文利用CPLD设计了一种电路,该电路采用比时法来测量晶振频率变化,并根据其频率随时间变化拟合曲线的特点,用线性回归法分析其频率误差特性。该方法模型简单,参数易于估计,可通过简洁的补偿方法消除晶振相对频偏,具有实际的应用价值。

  1 晶振频率测量系统组成

  测量系统由GPS接收机、晶振、时差测量模块、时钟产生模块、计算机数据采集处理组成。组成原理如图1所示。

  GPS接收机每秒输出1路TTL电平的标准秒脉冲(1 PPS),晶振是时差测量和时钟产生的频率源。时钟产生电路产生本地秒脉冲。时差测量电路测量GPS秒脉冲与本地秒脉冲的相位差值。

  采用比时法测量晶振频率的系统工作原理如下:首先由晶振分频得到本地的1 Hz频率源,将GPS秒脉冲与本地晶振秒脉冲送入时差测量模块进行相位比较,得到两者的相位差信号,设计时间间隔计数器对此相差闸门信号计数,计数值即为晶振频率相对于标准频率的偏差,反映了晶振频率的误差特征。时间间隔计数器每秒测量一次两者的偏差值,需要测量的频差数据量由计算机设定,测量结果传送到计算机进行数据统计,并对晶振频率误差特性进行分析。本地时钟产生、时差测量及数据采集电路模块等都由CPLD设计实现。

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关键字:晶振频率测量  比时法  石英晶体振荡器  CPLD

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2010/1123/article_1605.html
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