CN114637370B - 内外不同频率参考时钟信号切换电路、装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种内外不同频率参考时钟信号切换电路、装置及方法，涉及参考信号切换的技术领域，包括切换模块、控制模块和晶振模块，切换模块分别连接于控制模块和晶振模块，控制模块还连接于晶振模块，当有外部参考时钟信号输入切换模块时，切换模块对外部参考时钟信号进行锁相，且控制模块控制切换模块锁相，此时晶振模块作为VCO锁定晶振模块的输出频率，并进行输出，当没有外部参考时钟信号输入切换模块时，控制模块对晶振模块输出的参考时钟信号进行微调，从而使输出的参考时钟信号符合电子***的时钟信号，进而减小内部参考时钟信号与外部参考时钟信号在切换过程中对电子***的影响，同时本申请还可以优化通讯设备相位噪声。
Description
技术领域
本申请涉及参考信号切换的技术领域，尤其是涉及一种内外不同频率参考时钟信号切换电路、装置及方法。
背景技术
在电子***中，时钟***相当于设备***的心脏，时钟信号的频率直接影响***的性能，参考时钟信号作为时钟***的基准，其稳定性、准确性、相位噪声等指标都将决定时钟***甚至是整个设备***的性能。
随着电子技术的发展，电子***在使用的过程中对参考时钟信号的要求也越来越高，一般在电子***的使用过程中，都会内置一个参考时钟信号，用于电子***的运行，但是当电子***需要接入外部参考时钟信号时，如果内部参考时钟信号的频率与外部参考时钟信号的频率不一致，对外部时钟参考信号和内部时钟参考信号进行切换，在切换的过程中可能会影响整个电子***的稳定性。
发明内容
为了减小内部参考时钟信号与外部参考时钟信号在切换过程中对电子***的影响，本申请提供了一种内外不同频率参考时钟信号切换电路、装置及方法。
第一方面，本申请提供一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，采用如下的技术方案：
一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，包括切换模块、晶振模块、控制模块、外部参考时钟信号输入端a以及参考时钟信号输出端b，所述切换模块的输入端和所述控制模块的输入端均连接于所述外部参考输入端a，所述切换模块的输出端和所述控制模块的输出端均连接于所述晶振模块的压控调整输入端c1，所述晶振模块的信号输出端c2连接于所述参考时钟信号输出端b；
所述外部参考时钟信号输入端a用于连接外部参考时钟信号；
所述晶振模块用于产生内部参考时钟信号和输出参考时钟信号；
所述控制模块用于调节所述晶振模块输出的参考时钟信号和控制所述切换模块对外部参考时钟信号和内部参考时钟信号进行切换；
所述切换模块用于对外部参考时钟信号和内部参考时钟信号进行切换，所述切换模块还用于根据内部参考时钟信号对外部参考时钟信号进行锁相。
通过采用上述技术方案，当需要内部参考时钟信号输入至***时，晶振电路产生内部参考时钟信号，控制模块对内部参考时钟信号进行调整，然后将内部参考时钟信号输入至电子***内，当电子***需要外部参考时钟信号时，切换模块能够将外部参考时钟信号的频率调整至与内部参考时钟信号同一频率，从而使输入至电子***的外部参考时钟信号与内部参考时钟信号的频率一致，进而减小外部参考时钟信号与内部参考时钟信号在切换时，由于内部参考时钟信号和外部参考时钟信号切换对电子***的影响。
可选的，所述切换模块包括鉴相器和开关单元，所述鉴相器的第一信号输入端d1连接于所述外部参考时钟信号输入端a，所述鉴相器的输出端d3连接于开关单元，所述开关单元的输出端连接于所述晶振模块的压控调整输入端c1。
通过采用上述技术方案，鉴相器对外部参考时钟信号进行调整，使外部参考时钟信号的频率与内部参考时钟信号的频率一致，当需要输出外部参考时钟信号时，控制模块控制开关单元导通，使调整后的外部参考时钟信号由开关单元输入至晶振模块，从而使调整后的外部参考时钟信号输由晶振模块输入至电子***内，进而减小了外部不同参考时钟信号与内部参考时钟信号不同频率对电子***的影响。
可选的，所述切换模块还包括滤波器，所述滤波器的输入端连接于所述鉴相器的输出端d3，所述滤波器的输出端连接于所述开关单元的输入端。
通过采用上述技术方案，当由鉴相器对外部参考时钟信号调整之后，滤波器能够对鉴相器输出的外部参考时钟信号进行衰减高频误差分量，从而提高抗干扰性能。
可选的，所述晶振模块的信号反馈端c3连接有分频器，所述分频器的输出端连接于所述鉴相器的第二信号输入端d2。
通过采用上述技术方案，分频器对晶振模块输出的参考信号进行整数分频，并将分频后的参考信号输入至鉴相器内，从而为鉴相器提供参考频率，进而使鉴相器将外部参考时钟信号与内部参考时钟信号调整一致。
可选的，所述开关单元包括第一光耦组件，所述第一光耦组件的输入端连接于所述鉴相器的输入端，所述第一光耦组件的输出端连接于所述晶振模块的参考信号输入端，所述第一光耦组件的控制端连接于所述控制模块。
通过采用上述技术方案，第一光耦组件将电信号转换为光信号，减少了电信号在传输过程中的干扰，从而减小了外部参考时钟信号在传输过程中失真的可能性。
可选的，所述控制模块包括控制器以及第二光耦组件，所述控制器的输入端连接于所述外部参考时钟输入端，所述控制器的输出端连接有数模转换器，所述数模转换器的输出端连接于所述第二光耦组件的输入端，所述第二光耦组件的输出端连接于所述晶振模块的压控调整输入端c1。
通过采用上述技术方案，当由内部不同频率参考时钟信号切换电路输出参考时钟信号时，由于晶振模块在长期使用的过程中，可能导致晶振模块输出的参考时钟信号发生偏移，控制器通过控制数模转换器的输出对晶振模块输出的参考时钟信号进行调整，从而使晶振模块输出的参考时钟信号保持稳定，进而减小由于参考时钟信号发生偏移对电子***的影响。
可选的，所述控制模块与所述外部参考时钟信号输入端a连接有检波器，所述检波器的输入端连接于所述外部参考时钟信号输入端a，所述检波器的输出端连接于所述控制电路的输入端。
通过采用上述技术方案，当检波器检测到外部参考时钟信号时，检波器向控制电路发送电信号，控制电路根据接收的电信号控制内部参考时钟信号和外部参考时钟信号的切换，实现自动切换，更加方便快捷。
第二方面，本申请提供一种时钟信号产生装置，采用如下的技术方案：
一种时钟信号产生装置，包括如第一方面所述的内外不同频率参考时钟信号切换电路，其中，所述外部参考时钟信号输入端a用于连接外部参考时钟信号输入设备，所述参考时钟信号输出端b用于连接电子***。
通过采用上述技术方案，时钟信号产生装置可以自身提供参考时钟信号，还可以通过外接外部参考时钟信号输入设备，并将外部参考时钟信号输入至电子***，能够完成外部参考时钟信号与内部参考时钟信号的切换，从而减小外部参考时钟信号直接输入至电子***时，内部参考时钟信号与外部参考时钟信号不一致对电子***产生的影响。
第三方面，本申请提供一种内外不同频率参考时钟信号切换方法，采用如下的技术方案：
一种内外不同频率参考时钟信号切换方法，应用于如第一方面所述的一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，包括：
响应于用户的开始操作，检测是否有外部参考信号输入；
若存在外部参考信号，则所述控制模块控制所述切换模块导通，使外部参考时钟信号输入至所述晶振模块；
若未存在外部参考信号，则所述控制模块对所述晶振模块输出的内部参考信号进行调节。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.当需要内部参考时钟信号输入至***时，由锁相变频电路自身产生内部参考时钟信号，然后控制电路对内部参考时钟信号进行调整，当调整至与所需频率一致时，将内部参考时钟信号输入至***内，当需要外部参考时钟信号输入至***内时，锁相变频电路对外部参考时钟信号进行锁相，将外部参考时钟信号的频率调制到与内部参考时钟信号同频，然后控制电路控制锁相变频电路输出与内部参考时钟信号同频的外部参考时钟信号，从而实现内部参考时钟信号与外部参考时钟信号的切换；
2.第一光耦电路将电信号转换为光信号，减少了电信号在传输过程中的干扰，从而减小了锁相变频电路输出的参考时钟信号的失真的可能性；
3.当检波器检测到外部参考时钟信号时，检波器向控制电路发送电信号，控制电路根据接收的电信号控制内部参考时钟信号和外部参考时钟信号的切换，实现自动切换，更加方便快捷。
附图说明
图1是本申请实施例的一种内外不同频率参考时钟信号切换电路的电路原理图。
图2是本申请实施例的一种时钟信号产生装置的结构框图。
图3是本申请实施例的一种内外不同频率参考时钟信号切换方法的流程示意图。
附图标记说明：1、切换模块；11、鉴相器、12、滤波器；13、开关单元；131、第一光耦组件；14、分频器；2、晶振模块；3、控制模块；31、控制器、32、数模转换器；33、第二光耦组件；34、检波器。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-3及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
申请实施例公开一种内外不同频率参考时钟信号切换电路。参照图1，内外不同频率参考时钟信号切换电路包括切换模块1、晶振模块2、控制模块3、外部参考时钟信号输入端a以及参考时钟信号输出端b，外部参考时钟信号输入端a分别连接于切换模块1的信号输入端和控制模块3的输入端，切换模块1的输出端连接于晶振模块2的压控调整输入端c1，晶振模块2的信号输出端c2连接于参考时钟信号输出端b，控制模块3的输出端还连接于晶振模块2的压控调整输入端c1。
其中，外部参考时钟信号输入端a用于连接外部参考时钟信号，晶振模块2用于产生内部参考时钟信号和输出参考时钟信号，控制模块3用于控制切换模块1对外部参考时钟信号和内部参考时钟信号进行切换以及调节晶振模块2输出的参考时钟信号，切换模块1用于根据内部参考时钟信号对外部参考时钟信号进行锁相和用于对外部参考时钟信号和内部参考时钟信号进行切换。
在本实施例中，内部参考时钟信号的频率为100MHz，外部参考时钟信号的频率为10MHz。
当有外部参考时钟信号输入时，切换模块1将外部参考时钟信号的10MHz频率锁相至与内部参考时钟信号同频率的100MHz，并且控制模块3控制切换模块1与晶振模块2导通，将锁相后的外部参考时钟信号输入至晶振模块2，此时晶振模块2作为压控振荡器对锁相后的外部参考时钟信号进行处理，并由外部参考时钟信号输出端b输出锁相后的外部参考时钟信号。
当没有外部参考时钟信号输入时，晶振模块2自身产生内部100MHz的内部参考时钟信号，当晶振模块2持续输出内部参考时钟信号时，晶振模块2输出的内部参考时钟信号发生频偏，为了纠正频偏，控制模块3对晶振模块2输出的内部参考时钟信号进行修正，从而使输入至电子***的参考时钟信号更加准确。
控制模块3控制切换模块1的导通与截止，可以实现内部参考时钟信号和外部参考时钟信号的切换，从而减小内部参考时钟信号和外部参考时钟信号在切换过程中对电子***的影响。
在本实施例中，切换模块1包括鉴相器11、滤波器12以及开关单元13，鉴相器11的第一信号输入端d1连接于外部参考时钟信号输入端a，鉴相器11的第二信号输入端d2连接有分频器14，分频器14的输出端连接于鉴相器11的第二信号输入端d2，分频器14的输入端连接于晶振模块2的信号反馈端c3，鉴相器11的输出端d3连接于滤波器12的输入端，滤波器12的输出端连接于开关单元13的输入端，开关单元13的输出端连接于晶振模块2的压控调整输入端c1，开关单元13的控制端连接于控制模块3的输出端。
作为本实施例的一种可选实施方式，滤波器12为环路滤波器，环路滤波器可以在鉴相器11的输出端衰减高频误差分量，提高外部参考时钟信号的抗干扰性能，鉴相器11为电荷泵式鉴相器，电荷泵输出相较于鉴相器11直接输出，具有低功耗、高速以及低抖动的优点；分频器14为模拟分频器，模拟分频器对模拟信号进行整数分频，有利于鉴相器11对外部参考时钟信号的频率进行调整。
当电子***需要外部参考时钟信号输入时，控制模块3控制开关单元13导通，鉴相器11根据晶振模块2输出的内部参考时钟信号的频率对外部参考时钟信号的频率进行调整，使外部参考时钟信号的频率与内部参考时钟信号的频率一致，然后鉴相器11将调整后的外部参考时钟信号经过电荷泵输出至滤波器12内，滤波器12对外部参考时钟信号的相位噪声以及电荷泵输出的波纹进行抑制，从而得到特定频率的外部参考时钟信号。
作为本实施例的一种可选实施方式，开关单元13包括第一光耦组件131，第一光耦组件131的输入端连接于鉴相器11的输出端d3，第一光耦组件131的输出端连接于晶振模块2的压控调整输入端c1，第一光耦组件131的控制端连接于控制模块3的输出端。
当鉴相器11将外部参考时钟信号输入至第一光耦组件131时，第一光耦组件131将外部参考时钟信号转换为光信号传播，减少了外部参考时钟信号在传输过程中受到的干扰。
作为本实施例的一种可选实施方式，控制模块3包括控制器31和第二光耦组件33，控制器31的输入端连接于外部参考时钟信号输入端a，控制器31的输出端连接有数模转换器32，数模转换器32的输出端连接于第二光耦组件33的输入端，第二光耦组件33的输出端连接于晶振模块2的压控调整输入端c1。
在本实施例中，控制器31为51系列单片机。
当晶振模块2持续输出参考时钟信号时，晶振模块2输出的参考时钟信号会产生偏差，使输入至电子***的参考时钟信号频率发生变化，对电子***的性能产生影响，控制器31根据预设的参考时钟信号频率控制数模转换器32输出，使数模转换器32对晶振模块2输出的参考时钟信号进行调整，从而减小参考时钟信号频率与预设参考时钟信号频率的影响，进而减小对电子***的影响。
当需要对参考时钟信号进行调整时，控制器31输出调整信号，并通过第二光耦组件33传输至晶振模块2，通过采用第二光耦组件33进行传播，可以减小调整信号在传输过程中受到的干扰。
作为本实施例的一种可选实施方式，在控制器31的输入端与外部参考时钟信号输入端a连接有检波器34，检波器34的输入端连接于外部参考时钟信号输入端a，检波器34的输出端连接于控制器31的输入端，当检波器34检测到外部参考时钟信号时，检波器34向控制器31传输电信号，并将外部参考时钟信号传输至控制器31内，控制器31控制开关单元13导通，同时鉴相器11将接收的外部参考时钟信号的频率调整至与内部参考时钟信号一致，然后外部参考信号依次经过鉴相器11、滤波器12、第一光耦组件被传输至晶振模块2，当晶振模块2输出的参考时钟信号的频率发生偏差时，控制器31控制数模转换器32输出，从而实现对晶振模块2输出的参考时钟信号的频率的调整，进而减小参考时钟信号频率发生变化时对电子***的影响。
本申请实施例一种内外不同频率参考时钟信号切换电路的实施原理为：当将晶振模块2自身产生的内部参考时钟信号输入至电子***时，控制器31控制数模转换器32进行输出，对内部参考时钟信号进行调整，从而减小输入至电子***的内部参考时钟信号的频率对电子***的影响。
当电子***需要接入外部参考时钟信号时，检波器34检测到外部参考时钟信号，并向控制器31传输外部参考时钟信号，控制器31控制第一光耦组件131导通，同时鉴相器11根据内部参考时钟信号的频率对外部参考时钟信号的频率进行调整，使外部参考时钟信号的频率与内部参考时钟信号的频率一致，再经由滤波器12对外部参考时钟信号进行滤波，之后外部参考时钟信号经由第一光耦组件131被传输至晶振模块2，此时晶振模块2作为压控振荡器对外部参考时钟信号进行调谐，然后由参考时钟信号输出端b输入至电子***内，即完成内部参考时钟信号和外部参考时钟信号的切换，在切换的过程中，对外部参考时钟信号的频率进行调整，减小了内部参考时钟信号和外部参考时钟信号在切换过程中对电子***的影响。
本申请实施例还公开一种时钟信号产生装置。参照图2，时钟信号产生装置包括上述的内外不同频率参考时钟信号切换电路，其中，外部参考时钟信号输入端a用于连接外部参考时钟信号输入设备，参考时钟信号输出端b用于连接电子***。
当电子***需要输入外部参考时钟信号时，可以将外部参考时钟信号输入端a连接需要能够产生所需的外部参考时钟信号输入设备，然后经内外不同频率参考时钟信号切换电路的切换，将外部参考时钟信号输入至电子***内，更加方便快捷。
本申请实施例还公开一种应用上述内外不同频率参考时钟信号切换电路的内外不同频率参考时钟信号切换方法，参考图3，内外不同频率参考时钟信号切换方法包括：
响应于用户的开始操作，检测是否有外部参考时钟信号输入；
若存在外部参考信号，则控制模块3控制切换模块1导通，使外部参考时钟信号输入至晶振模块2；
若未存在外部参考信号，则控制模块3对晶振模块2输出的内部参考时钟信号进行调节。
具体的，当存在外部输入变化时，控制模块3控制切换模块1导通，切换模块1对外部参考时钟信号的频率进行调整，然后将外部参考时钟信号输入至晶振模块2，从而使外部参考时钟信号与内部参考时钟信号同频，进而使内部参考时钟信号与外部参考时钟信号在切换的过程中，减小对电子***的影响。
当为存在外部参考信号时，由于晶振模块2的持续输出导致晶振模块2输出的内部参考时钟信号发生偏移，控制模块3对发生偏移的内部参考信号进行调节，使输入电子***的内部参考时钟信号保持正常频率，进而减小由于内部参考时钟信号发生偏移对电子***的影响。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (7)
1.一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，其特征在于，包括切换模块（1）、晶振模块（2）、控制模块（3）、外部参考时钟信号输入端a以及参考时钟信号输出端b，所述切换模块（1）的输入端和所述控制模块（3）的输入端均连接于所述外部参考时钟信号输入端a，所述切换模块（1）的输出端和所述控制模块（3）的输出端均连接于所述晶振模块（2）的压控调整输入端c1，所述晶振模块（2）的信号输出端c2连接于所述参考时钟信号输出端b；
所述外部参考时钟信号输入端a用于连接外部参考时钟信号；
所述控制模块（3）包括控制器（31）以及第二光耦组件（33），所述控制器（31）的输出端连接有数模转换器（32），所述数模转换器（32）的输出端连接于所述第二光耦组件（33）的输入端，所述第二光耦组件（33）的输出端连接于所述晶振模块（2）的压控调整输入端c1；控制器（31）用于根据预设的参考时钟信号频率控制数模转换器（32）输出，使数模转换器（32）对晶振模块（2）输出的参考时钟信号进行修正调整，以纠正晶振模块(2)输出的内部参考时钟信号的频偏；
所述晶振模块（2）用于产生内部参考时钟信号和输出参考时钟信号；
所述控制模块（3）用于调节所述晶振模块（2）输出的参考时钟信号和控制所述切换模块（1）对外部参考时钟信号和内部参考时钟信号进行切换；所述控制模块（3）还包括检波器（34），所述检波器（34）的输入端连接于所述外部参考时钟信号输入端a，所述检波器（34）的输出端连接于所述控制器（31）的输入端；
所述切换模块（1）用于对外部参考时钟信号和内部参考时钟信号进行切换，所述切换模块（1）还用于根据内部参考时钟信号对外部参考时钟信号进行锁相，所述切换模块（1）还包括鉴相器（11），所述鉴相器（11）用于将接收的外部参考时钟信号的频率调整至与内部参考时钟信号一致。
2.根据权利要求1所述的一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，其特征在于，所述切换模块（1）包括鉴相器（11）和开关单元（13），所述鉴相器（11）的第一信号输入端d1连接于所述外部参考时钟信号输入端a，所述鉴相器（11）的输出端d3耦接于开关单元（13），所述开关单元（13）的输出端连接于所述晶振模块（2）的压控调整输入端c1。
3.根据权利要求2所述的一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，其特征在于，所述切换模块（1）还包括滤波器（12），所述滤波器（12）的输入端连接于所述鉴相器（11）的输出端d3，所述滤波器（12）的输出端连接于所述开关单元（13）的输入端。
4.根据权利要求2所述的一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，其特征在于，所述晶振模块（2）的信号反馈端c3连接有分频器（14），所述分频器（14）的输出端连接于所述鉴相器（11）的第二信号输入端d2。
5.根据权利要求2所述的一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，其特征在于，所述开关单元（13）包括第一光耦组件（131），所述第一光耦组件（131）的输入端耦接于所述鉴相器（11）的输出端d3，所述第一光耦组件（131）的输出端连接于所述晶振模块（2）的压控调整输入端c1，所述第一光耦组件（131）的控制端连接于所述控制模块（3）。
6.一种时钟信号产生装置，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的内外不同频率参考时钟信号切换电路，其中，所述外部参考时钟信号输入端a用于连接外部参考时钟信号输入设备，所述参考时钟信号输出端b用于连接电子***。
7.一种内外不同频率参考时钟信号切换方法，应用于如权利要求1至5任一项所述的一种内外不同频率参考时钟信号切换电路，其特征在于，所述方法包括：
响应于用户的开始操作，检测是否有外部参考信号输入；
若存在外部参考信号，则所述控制模块（3）控制所述切换模块（1）导通，使外部参考时钟信号输入至所述晶振模块（2）；
若未存在外部参考信号，则所述控制模块（3）对所述晶振模块（2）输出的内部参考信号进行调节。
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