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          基于比時(shí)法的晶振頻率測量建模與分析

          作者: 時(shí)間:2010-11-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            0 引言

            受制造工藝、器件老化以及外部溫度等因素影響,其實(shí)際頻率值與標(biāo)稱頻率值存在偏差。此外,晶體振蕩器內(nèi)部存在著各種噪聲也會(huì)使頻率值產(chǎn)生隨機(jī)起伏,從而導(dǎo)致晶振頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度降低。當(dāng)前,國內(nèi)外在研究晶體振蕩器的老化和隨機(jī)噪聲、分析晶振頻率誤差特性方面提出了很多方法,比較常見的有時(shí)間對數(shù)線性模型法、自適應(yīng)濾波法及非線性時(shí)變預(yù)測法。前兩種方法的缺點(diǎn)是參數(shù)較多,選擇合適的參數(shù)較難,非線性時(shí)變預(yù)測法的模型描述能力強(qiáng),但由于沒有函數(shù)參數(shù)的顯式表達(dá)式,不能將模型求解歸結(jié)為參數(shù)求解問題,一般通過學(xué)習(xí)來逼近該函數(shù),主要用于頻率變化的預(yù)測。

            在上述方法的基礎(chǔ)上,本文利用設(shè)計(jì)了一種電路,該電路采用來測量晶振頻率變化,并根據(jù)其頻率隨時(shí)間變化擬合曲線的特點(diǎn),用線性回歸法分析其頻率誤差特性。該方法模型簡單,參數(shù)易于估計(jì),可通過簡潔的補(bǔ)償方法消除晶振相對頻偏,具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

            1 系統(tǒng)組成

            測量系統(tǒng)由GPS接收機(jī)、晶振、時(shí)差測量模塊、時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理組成。組成原理如圖1所示。

            GPS接收機(jī)每秒輸出1路TTL電平的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖(1 PPS),晶振是時(shí)差測量和時(shí)鐘產(chǎn)生的頻率源。時(shí)鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生本地秒脈沖。時(shí)差測量電路測量GPS秒脈沖與本地秒脈沖的相位差值。

            采用測量晶振頻率的系統(tǒng)工作原理如下:首先由晶振分頻得到本地的1 Hz頻率源,將GPS秒脈沖與本地晶振秒脈沖送入時(shí)差測量模塊進(jìn)行相位比較,得到兩者的相位差信號(hào),設(shè)計(jì)時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器對此相差閘門信號(hào)計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)值即為晶振頻率相對于標(biāo)準(zhǔn)頻率的偏差,反映了晶振頻率的誤差特征。時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器每秒測量一次兩者的偏差值,需要測量的頻差數(shù)據(jù)量由計(jì)算機(jī)設(shè)定,測量結(jié)果傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),并對晶振頻率誤差特性進(jìn)行分析。本地時(shí)鐘產(chǎn)生、時(shí)差測量及數(shù)據(jù)采集電路模塊等都由設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。


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