CN105790714A - 一种基于sopc技术的晶振驯服方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SOPC技术的晶振驯服方法和***，包括获取控制回路反馈回来的驯服时钟信号和外部的标准时钟信号之间的相位差信号，对所述相位差信号进行老化温度补偿后控制晶振产生时钟信号，根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号，对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号，根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号；本发明结合了相位补偿、老化温度补偿和闭环跟踪控制可以实现驯服时钟信号快速准确的跟踪；利用SOPC自带的可编程硬件***和可编程控制器实现晶振驯服，可以得到高稳定、高精度、自守时的时钟信号，同时***集成度高，体积小，使用方便。

Description

一种基于SOPC技术的晶振驯服方法和***

技术领域

本发明涉及高精度时钟***领域，尤其涉及一种基于SOPC技术的晶振驯服方法和***。

背景技术

晶振作为电子***的时钟源，经过分频后作为***时间，为***提供精确的时间。目前市面上根据晶振的功能和实现技术的不同，可以将晶振分为温度补偿晶体振荡器(TCXO)、压控晶体振荡器(VCXO)、普通晶体振荡器(SPXO)、恒温晶体振荡器(OCXO)，这些晶振可以满足大部分市场的需求，但是晶振自身随着使用环境温度、电压的变化及时间的推移，晶振输出的时钟信号频率会出现一些偏移，不能满足电厂、变电站、航空等领域要求高精度，高稳定性的市场需要。基于SOPC(System-on-a-Programmable-Chip，可编程片上***)技术的驯服晶振模块可以成功的解决以上困扰，不仅把成本控制在可以接受的范围内，同时把时钟的精度提高到纳秒级别，满足目前市面上对高稳定，高精度低成本领域的市场需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于SOPC技术的晶振驯服方法和***，利用SOPC自带的可编程硬件***和可编程控制器实现晶振驯服，可以得到高稳定、高精度、自守时的时钟信号，同时***集成度高，体积小，使用方便。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提出一种基于SOPC技术的晶振驯服方法，包括：

获取外部的标准时钟信号和控制回路反馈回来的驯服时钟信号，根据所述标准时钟信号和所述驯服时钟信号得到所述驯服时钟信号的相位差信号；

对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号；

根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号；

根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号；

对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号；

根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内。

其中，所述对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号之前，还包括：

对所述相位差信号进行滤波处理。

其中，所述晶振为压控振荡器或温控振荡器，所述预设算法包括对应于所述压控振荡器的跟踪控制算法和对应于所述温控振荡器的跟踪控制算法，所述预设算法可以根据所述晶振的类别自动调取。

其中，所述根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号之后，还包括：

将所述时钟信号进行倍频处理得到高频时钟信号。

其中，所述根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内之后，还包括：将所述新的驯服时钟信号输出。

另一方面，本发明提出一种基于SOPC技术的晶振驯服***，包括：

外部时钟源模块，用于获取外部的标准时钟信号；

相位检测模块，用于获取外部的标准时钟信号和控制回路反馈回来的驯服时钟信号，根据所述标准时钟信号和所述驯服时钟信号得到所述驯服时钟信号的相位差信号；

老化温度补偿模块，用于对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号；

晶振，用于根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号；

分频器，用于根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号；

延时处理模块，用于对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号；

控制器，用于根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内。

其中，还包括：

滤波器，用于对所述相位差信号进行滤波处理。

其中，还包括：

D/A转换器，用于将所述调节电压信号对应的数字信号转换为模拟信号，并发送给所述晶振。

其中，还包括：

倍频器，用于将所述时钟信号进行倍频处理得到高频时钟信号。

其中，还包括：

信号输出模块，用于将所述新的驯服时钟信号输出。

本发明提供的技术方案带来的有益效果为：

本发明基于SOPC技术的晶振驯服方法和***，包括获取外部的标准时钟信号和控制回路反馈回来的驯服时钟信号，根据所述标准时钟信号和所述驯服时钟信号得到所述驯服时钟信号的相位差信号，对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号，根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号，根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号，对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号，根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内；本发明结合了相位补偿、老化温度补偿和闭环跟踪控制可以实现驯服时钟信号快速准确的跟踪；利用SOPC自带的可编程硬件***和可编程控制器实现晶振驯服，可以得到高稳定、高精度、自守时的时钟信号，同时***集成度高，体积小，使用方便。

附图说明

图1是本发明基于SOPC技术的晶振驯服方法第一个实施例的方法流程图。

图2是本发明基于SOPC技术的晶振驯服方法第二个实施例的方法流程图。

图3是本发明基于SOPC技术的晶振驯服***实施例的***结构图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

参见图1，图1是本发明基于SOPC技术的晶振驯服方法第一个实施例的方法流程图。

在第一实施例中，该晶振驯服方法包括：

S101，获取外部的标准时钟信号和控制回路反馈回来的驯服时钟信号，根据所述标准时钟信号和所述驯服时钟信号得到所述驯服时钟信号的相位差信号；

SOPC可编程片上***自带FPGA(Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)的可编程硬件***和可编程控制器，本发明利用SOPC的硬件结构，并通过软件来控制该硬件结构实现晶振驯服的功能。上述标准时钟信号为北斗卫星提供的1PPS秒脉冲，通过负反馈回路实现驯服时钟信号，即目标时钟信号相对于该标准时钟信号的跟踪控制。

S102，对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号；

晶振在使用过程中，随着使用时间和自身温度的变化其输出的信号会出现相位和频率的偏离现象，需对其进行相应的老化补偿和温度补偿，本发明采用PID(ProportionIntegrationDifferentiation，比例积分微分)算法，通过调节相应的参数进行老化温度补偿。

S103，根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号；

通过比较标准时钟信号和***产生的驯服时钟信号得到相应的相位差信号，对该相位差信号进行老化温度补偿之后得到调节电压信号，将该调节电压信号作为晶振的输入信号，得到时钟信号。

S104，根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号；

通过上述过程进行频率校准，得到与标准时钟信号同频率的等频时钟信号。

S105，对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号；

若检测到驯服时钟信号与标准时钟信号的相位差比较明显，可以直接通过相应的算法进行相位补偿，使得驯服时钟信号可以快速的跟踪该标准时钟信号。

S106，根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内。

该方法采用负反馈闭环控制***实现驯服时钟信号的跟踪控制，采用PID算法，通过调节相应的参数值实现驯服时钟信号的快速、精确跟踪，结合上述相位补充过程，加快信号的跟踪速度和准确度。

综上，本实施例基于SOPC技术的晶振驯服方法，获取标准时钟信号和驯服时钟信号的相位差信号，对该相位差信号进行老化温度补偿之后控制晶振产生时钟信号，通过上述相位差信号控制分频器对该时钟信号进行分频处理得到与上述标准时钟信号同频率的等频时钟信号，对该等频时钟信号进行相位补偿之后得到新的驯服时钟信号，通过相应的控制算法实现该驯服时钟信号相对于上述标准时钟信号的跟踪控制；该方法结合了相位补偿、老化温度补偿和闭环跟踪控制可以实现驯服时钟信号快速准确的跟踪；该方法利用SOPC自带的可编程硬件***和可编程控制器，通过编程控制硬件***实现晶振驯服功能，可以得到高精度、高稳定度、自守时的时钟信号，同时***集成度高，体积小，使用方便。

实施例二

参见图2，图2是本发明基于SOPC技术的晶振驯服方法第二个实施例的方法流程图，在第二实施例中未详尽描述的内容请参考实施例一。

在第二实施例中，该晶振驯服方法包括：

S201，获取外部的标准时钟信号和控制回路反馈回来的驯服时钟信号，根据所述标准时钟信号和所述驯服时钟信号得到所述驯服时钟信号的相位差信号；

S202，对所述相位差信号进行滤波处理；

对相位差信号进行滤波处理滤除北斗卫星提供的1PPS秒脉冲信号中的杂质或干扰。

S203，对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号；

S204，根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号；

S205，根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号；

S206，对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号；

S207，根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内；

S208，将所述时钟信号进行倍频处理得到高频时钟信号；

控制上述晶振输出50MHz的时钟信号，再将该时钟信号进行倍频处理，可以得到高频时钟信号。

S209，将所述新的驯服时钟信号输出。

将达到精度的驯服时钟信号输出，作为目标时钟信号。

综上，本实施例基于SOPC技术的晶振驯服方法，获取标准时钟信号和驯服时钟信号的相位差信号，对该相位差信号进行滤波、老化温度补偿之后控制晶振产生时钟信号，通过上述相位差信号控制分频器对该时钟信号进行分频处理得到与上述标准时钟信号同频率的等频时钟信号，对该等频时钟信号进行相位补偿之后得到新的驯服时钟信号，通过相应的控制算法实现该驯服时钟信号相对于上述标准时钟信号的跟踪控制，得到在误差范围内的高精度目标时钟信号输出；该方法结合了相位补偿、老化温度补偿和闭环跟踪控制可以实现驯服时钟信号快速准确的跟踪；该方法利用SOPC自带的可编程硬件***和可编程控制器，通过编程控制硬件***实现晶振驯服功能，可以得到高精度、高稳定度、自守时的时钟信号，同时***集成度高，体积小，使用方便。

以下为该发明的***实施例，在***实施例中未详尽描述的内容请参考方法实施例。

实施例三

参见图3，图3是本发明基于SOPC技术的晶振驯服***实施例的***结构图。

在第三实施例中，该晶振驯服***包括：

外部时钟源模块01，用于获取外部的标准时钟信号；

该模块获取北斗卫星提供的1PPS秒脉冲。

相位检测模块02，用于获取外部的标准时钟信号和控制回路反馈回来的驯服时钟信号，根据所述标准时钟信号和所述驯服时钟信号得到所述驯服时钟信号的相位差信号；

老化温度补偿模块03，用于对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号；

晶振04，用于根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号；

通过处理之后的相位差信号来控制晶振产生与标准时钟信号，即北斗卫星提供的1PPPS秒脉冲信号的倍频时钟信号，该晶振04为压控振荡器或者温控振荡器，本***通过晶振04的引脚识别晶振04的类别之后，自动调取相应的跟踪控制算法实现驯服时钟信号相对于标准时钟信号的跟踪控制。

分频器05，用于根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号；

延时处理模块06，用于对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号；

当检测到上述新的驯服时钟信号与标准时钟信号存在较大的相位差时，通过相位补偿的方法直接对该新的驯服时钟信号进行相位补偿，对于经相位补偿后仍存在的相位差，通过负反馈形成的闭环控制***选择相应的控制算来实现精确跟踪，本***采用PID控制算法，通过调节相应的控制参数来实现迅速准确的信号跟踪。

控制器07，用于根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内。

当驯服时钟信号达到预设的精度范围内之后，通过负反馈形成的闭环控制***，将该驯服时钟信号稳定在满足精度要求的水平，本***自带滤波和老化温度补偿功能，从很大程度上减少了外部时钟源信号带来的杂质和干扰，同时对于晶振由于使用时间过长或者温度发送变化产生的输出信号的相位和频率发生偏移的现象，有很好的抑制作用，***抗干扰能力强。

该控制器07为SOPC可编程片上***自带的可编程控制器。

滤波器08，用于对所述相位差信号进行滤波处理。

D/A转换器09，用于将所述调节电压信号对应的数字信号转换为模拟信号，并发送给所述晶振04。

上述模块均为数字信号处理模块，上述相位差信号经滤波和温度老化补偿之后得到的调节电压信号需转换成模拟信号后控制晶振产生相应的时钟信号输出。

倍频器10，用于将所述时钟信号进行倍频处理得到高频时钟信号。

上述晶振04输出50MHz的时钟信号，通过倍频器10进行倍频处理后输出高频时钟信号。

信号输出模块11，用于将所述新的驯服时钟信号输出。

综上，本实施例基于SOPC技术的晶振驯服***，对驯服时钟信号的相位差信号进行滤波，老化温度补偿之后，控制晶振产生时钟信号，对该时钟信号进行分频处理和相位补偿后得到新的驯服时钟信号，选择与该晶振的类别对应的控制算法，使得上述新的驯服时钟信号可以快速且准确的跟踪标准时钟信号，得到目标时钟；本***结合了相位补偿、老化温度补偿和闭环跟踪控制可以实现驯服时钟信号快速准确的跟踪；本***通过SOPC可编程片上***自带FPGA可编程的硬件***和可编程控制器共同实现，通过编程控制硬件***实现晶振驯服功能，可以得到高精度、高稳定度、自守时的时钟信号，同时***集成度高，体积小，使用方便。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于SOPC技术的晶振驯服方法，其特征在于，包括：

获取外部的标准时钟信号和控制回路反馈回来的驯服时钟信号，根据所述标准时钟信号和所述驯服时钟信号得到所述驯服时钟信号的相位差信号；

对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号；

根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号；

根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号；

对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号；

根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号之前，还包括：

对所述相位差信号进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶振为压控振荡器或温控振荡器，所述预设算法包括对应于所述压控振荡器的跟踪控制算法和对应于所述温控振荡器的跟踪控制算法，所述预设算法可以根据所述晶振的类别自动调取。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号之后，还包括：

将所述时钟信号进行倍频处理得到高频时钟信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内之后，还包括：将所述新的驯服时钟信号输出。

6.一种基于SOPC技术的晶振驯服***，其特征在于，包括：

外部时钟源模块，用于获取外部的标准时钟信号；

相位检测模块，用于获取外部的标准时钟信号和控制回路反馈回来的驯服时钟信号，根据所述标准时钟信号和所述驯服时钟信号得到所述驯服时钟信号的相位差信号；

老化温度补偿模块，用于对所述相位差信号进行老化温度补偿得到调节电压信号；

晶振，用于根据所述调节电压信号控制晶振产生时钟信号；

分频器，用于根据所述相位差信号对所述时钟信号进行分频处理得到与所述标准时钟信号同频率的等频时钟信号；

延时处理模块，用于对所述等频时钟信号进行相位补偿得到新的驯服时钟信号；

控制器，用于根据预设算法控制所述新的驯服时钟信号跟踪所述标准时钟信号，直到所述新的驯服时钟信号和所述标准时钟信号的相位差在预设的精度范围内。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，还包括：

滤波器，用于对所述相位差信号进行滤波处理。

8.根据权利要求6所述的***，其特征在于，还包括：

D/A转换器，用于将所述调节电压信号对应的数字信号转换为模拟信号，并发送给所述晶振。

9.根据权利要求6所述的***，其特征在于，还包括：

倍频器，用于将所述时钟信号进行倍频处理得到高频时钟信号。

10.根据权利要求6所述的***，其特征在于，还包括：

信号输出模块，用于将所述新的驯服时钟信号输出。