CN212063974U

CN212063974U - 一种高精度频率信号无间隙切换电路

Info

Publication number: CN212063974U
Application number: CN202021081206.9U
Authority: CN
Inventors: 张占国; 周德海; 崔保健
Original assignee: Chengdu Qiwei Frequency Control Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Qiwei Frequency Control Technology Co ltd
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2030-06-12

Abstract

本实用新型提供一种高精度频率信号无间隙切换电路，所述第一隔离放大电路与所述T1鉴相器的8引脚连接，所述晶体振荡器电路的输出端均与所述第二隔离放大电路和所述T1鉴相器的1引脚连接，所述T1鉴相器的3引脚和4引脚连接后与所述滤波电路连接，所述滤波电路与所述第三隔离放大电路连接，所述第三隔离放大电路均与所述基准电压电路和所述加法电路连接，所述加法电路与所述晶体振荡器电路的输入端连接。本实用新型解决了不同的标准源频率信号输出没有固定的相位关系，频率切换当中会引起相位突跳，机械开关的间隙会引起频率输出的瞬时中断，造成输出信号的不连续和相位跳变问题，无法保证高精度频率输出信号的频率连续性和相位连续性的问题。

Description

一种高精度频率信号无间隙切换电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，更具体地涉及一种高精度频率信号无间隙切换电路。

背景技术

高精度频率输出是保持高精度时间的重要保障，精密时钟源的频率输出常常要根据需要切换到不同的频率标准源上。通常简易的做法是使用射频开关在不同频率标准的源间进行切换，这种方法存在最大的问题是无法保证输出的频率在切换过程中始终保持频率信号的连续性和相位连续性，造成频率和相位的突变。

现有技术存在以下问题：

一是由于不同的标准源频率信号输出没有固定的相位关系，在频率切换当中会引起相位突跳；

二是转换射频开关采用的是机械开关，开关触点的切换时间精度达到mS量级，在两个频率切换过程中，机械开关的间隙会引起频率输出的瞬时中断，造成输出信号的不连续和相位跳变问题，无法保证高精度的频率输出信号的频率连续性和相位连续性。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高精度频率信号无间隙切换电路，以解决不同的标准源频率信号输出没有固定的相位关系，在频率切换当中会引起相位突跳，转换射频开关采用的是机械开关，机械开关的间隙会引起频率输出的瞬时中断，造成输出信号的不连续和相位跳变问题，无法保证高精度的频率输出信号的频率连续性和相位连续性的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种高精度频率信号无间隙切换电路，包括第一隔离放大电路、第二隔离放大电路、第三隔离放大电路、晶体振荡器电路、鉴相电路、滤波电路、基准电压电路和带积分功能的加法电路，所述鉴相电路包括T1鉴相器，所述第一隔离放大电路与所述T1鉴相器的8引脚连接，所述晶体振荡器电路的输出端均与所述第二隔离放大电路和所述T1鉴相器的1引脚连接，所述T1鉴相器的3引脚和4引脚连接后与所述滤波电路连接，所述滤波电路与所述第三隔离放大电路连接，所述第三隔离放大电路均与所述基准电压电路和所述带积分功能的加法电路连接，所述带积分功能的加法电路与所述晶体振荡器电路的输入端连接；

所述第一隔离放大电路包括J2插座，所述J2插座用于连接外部频率信号，所述第二隔离放大电路包括J1插座，所述J1插座用于输出频率信号。

进一步地，所述晶体振荡器电路包括C6电容和OSC1晶体振荡器，所述C6电容的一端和所述OSC1晶体振荡器的5引脚均用于与12V电源正极连接，所述C6电容的另一端、所述OSC1晶体振荡器的2引脚和4引脚均接地，所述OSC1晶体振荡器的1引脚均与所述第二隔离放大电路和所述T1鉴相器的1引脚连接，所述OSC1晶体振荡器的3引脚与所述带积分功能的加法电路连接。

进一步地，所述第二隔离放大电路还包括C3电容、R2电阻、R3电阻、R4电阻和U2放大器，所述C3电容一端与所述OSC1晶体振荡器的1引脚连接，另一端均与所述R2电阻的一端和所述U2放大器的3引脚连接，所述R2电阻的另一端和所述R4电阻的一端均接地，所述J1插座的2引脚、3引脚、4引脚和5引脚均接地，所述R4电阻的另一端均与所述U2放大器的2引脚和所述R3电阻的一端连接，所述R3电阻的另一端均与所述U2放大器的6引脚和所述J1插座的1引脚连接，所述U2放大器的4引脚和7引脚分别用于与5V电源的负极和正极连接。

进一步地，所述第一隔离放大电路还包括R7电阻、R14电阻、R19电阻、C12电容和U4放大器，所述J2插座的2引脚、3引脚、4引脚和5引脚均接地，所述R7电阻的一端和所述R19电阻的一端均接地，所述R7电阻的另一端均与所述J2插座的1引脚和所述U4放大器的3引脚连接，所述R19电阻的另一端均与所述U4放大器的2引脚和所述R14电阻的一端连接，所述R14电阻的另一端均与所述U4放大器的6引脚和所述C12电容的一端连接，所述C12电容的另一端与所述T1鉴相器的8引脚连接。

进一步地，所述T1鉴相器的2引脚、5引脚、6引脚和7引脚均接地。

进一步地，所述OSC1晶体振荡器的1引脚与所述T1鉴相器的1引脚连接间设置有C13电容。

进一步地，所述滤波电路包括R11电阻、R12电阻、R13电阻、R17电阻、C15电容、C17电容和C18电容，所述R17电阻的一端、所述C17电容的一端和所述C18电容的一端均接地，所述R17电阻的另一端均与所述R12电阻的一端、所述T1鉴相器的3引脚和4引脚连接，所述R12电阻的另一端均与所述C17电容的另一端、所述C15电容的一端和所述R13电阻的一端连接，所述R13电阻的另一端均与所述C18电容的另一端和所述R11电阻的一端连接，所述R11电阻的另一端均与所述C15电容的另一端和所述第三隔离放大电路连接。

较佳地，所述第三隔离放大电路包括U5A放大器、R15电阻、R20电阻和R22电阻，所述U5A放大器的3引脚均与所述R11电阻的另一端和所述C15电容的另一端连接，所述U5A放大器的2引脚均与所述R20电阻的一端和所述R22电阻的一端连接，所述R22电阻的另一端接地，所述R20电阻的另一端均与所述U5A放大器的1引脚和所述R15电阻的一端连接，所述R15电阻的另一端均与所述基准电压电路和所述带积分功能的加法电路连接，所述U5A放大器的4引脚和11引脚分别用于与5V电源的正极和负极连接。

较佳地，所述基准电压电路包括R21电阻、C24电容、C25电容、C26电容和U7电压基准芯片，所述R21电阻一端均与所述R15电阻的另一端和所述带积分功能的加法电路连接，另一端均与所述C25电容的一端和所述U7电压基准芯片的6引脚连接，所述C25电容的另一端、所述C24电容的负极、所述C26电容的一端、所述U7电压基准芯片的4引脚和8引脚均接地，所述C26电容的另一端与所述U7电压基准芯片的3引脚连接，所述U7电压基准芯片的2引脚和所述C24电容的正极均用于与12V电源的正极连接。

较佳地，所述带积分功能的加法电路包括R6电阻、R8电阻、C10电容和U5B放大器，所述R6电阻的一端和所述U5B放大器的6引脚均与所述R15电阻的另一端和所述R21电阻的一端连接，所述U5B放大器的5引脚接地，所述R6电阻的另一端均与所述C10电容的一端和所述R8电阻的一端连接，所述C10电容的另一端、所述R8电阻的另一端和所述U5B放大器的7引脚均与所述OSC1晶体振荡器的3引脚连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型高精度频率信号无间隙切换电路通过设置第一隔离放大电路、第二隔离放大电路、第三隔离放大电路、晶体振荡器电路、鉴相电路、滤波电路、基准电压电路和带积分功能的加法电路，使得本高精度频率信号无间隙切换电路内部使用一个频率源始终保持频率输出，当需要切换到某一频率标准源上时，将该频率信号连接到电路的输入端口即可。频率信号切换通过鉴相电路和晶体振荡器电路使内部频率源逐步锁定到外部频率上，即内部频率值等同于外部频率信号值，从而解决了频率源在切换过程中带来的频率不连续和相位跳变的技术难题。

附图说明

图1为本实用新型的一种高精度频率信号无间隙切换电路的电路示意图。

图2为图1中局部Ⅰ的电路局部放大示意图。

图3为图1中局部Ⅱ的电路局部放大示意图。

图4为图1中局部Ⅲ的电路局部放大示意图。

图5为图1中局部Ⅳ的电路局部放大示意图。

图6为图1中局部Ⅴ的电路局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，如果含有术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，如果存在第一特征在第二特征之上或之下，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。如果存在第一特征在第二特征之下、下方和下面，包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本实用新型的保护范围。

请参阅图1至图6，图中所示者为本实用新型所选用的实施例结构，此仅供说明之用，在专利申请上并不受此种结构的限制。

实施例一

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种高精度频率信号无间隙切换电路，包括第一隔离放大电路、第二隔离放大电路、第三隔离放大电路、晶体振荡器电路、鉴相电路、滤波电路、基准电压电路和带积分功能的加法电路，所述鉴相电路包括T1鉴相器，所述第一隔离放大电路与所述T1鉴相器的8引脚连接，所述晶体振荡器电路的输出端均与所述第二隔离放大电路和所述T1鉴相器的1引脚连接，所述T1鉴相器的3引脚和4引脚连接后与所述滤波电路连接，所述滤波电路与所述第三隔离放大电路连接，所述第三隔离放大电路均与所述基准电压电路和所述带积分功能的加法电路连接，所述带积分功能的加法电路与所述晶体振荡器电路的输入端连接；

进一步地，所述晶体振荡器电路包括C6电容和OSC1晶体振荡器，所述C6电容的一端和所述OSC1晶体振荡器的5引脚均用于与12V电源正极连接，所述C6电容的另一端、所述OSC1晶体振荡器的2引脚和4引脚均接地，所述OSC1晶体振荡器的1引脚均与所述第二隔离放大电路和所述T1鉴相器的1引脚连接，所述OSC1晶体振荡器的3引脚与所述带积分功能的加法电路连接。所述C6电容的电容量为0.1μF，所述OSC1晶体振荡器为DSBD-10.0MHz型号的晶体振荡器。

优选地，所述第二隔离放大电路还包括C3电容、R2电阻、R3电阻、R4电阻和U2放大器，所述C3电容一端与所述OSC1晶体振荡器的1引脚连接，另一端均与所述R2电阻的一端和所述U2放大器的3引脚连接，所述R2电阻的另一端和所述R4电阻的一端均接地，所述J1插座的2引脚、3引脚、4引脚和5引脚均接地，所述R4电阻的另一端均与所述U2放大器的2引脚和所述R3电阻的一端连接，所述R3电阻的另一端均与所述U2放大器的6引脚和所述J1插座的1引脚连接，所述U2放大器的4引脚和7引脚分别用于与5V电源的负极和正极连接。所述C3电容的电容量为0.01μF，所述R2电阻的阻值为49.9Ω，所述R3电阻的阻值为330Ω，所述R4电阻的阻值为330Ω，所述U2放大器为MAX4104型号的放大器。

较佳地，所述第一隔离放大电路还包括R7电阻、R14电阻、R19电阻、C12电容和U4放大器，所述J2插座的2引脚、3引脚、4引脚和5引脚均接地，所述R7电阻的一端和所述R19电阻的一端均接地，所述R7电阻的另一端均与所述J2插座的1引脚和所述U4放大器的3引脚连接，所述R19电阻的另一端均与所述U4放大器的2引脚和所述R14电阻的一端连接，所述R14电阻的另一端均与所述U4放大器的6引脚和所述C12电容的一端连接，所述C12电容的另一端与所述T1鉴相器的8引脚连接。所述R7电阻的阻值为49.9Ω，所述R14电阻的阻值为330Ω，所述R19电阻的阻值为330Ω，所述C12电容的电容量为0.01μF，所述U4放大器为MAX4104型号的放大器。

更好地，所述T1鉴相器的2引脚、5引脚、6引脚和7引脚均接地。

更优地，所述OSC1晶体振荡器的1引脚与所述T1鉴相器的1引脚连接间设置有C13电容。所述C13电容的电容量为0.01μF。

实施例二

如图1所示，所述滤波电路包括R11电阻、R12电阻、R13电阻、R17电阻、C15电容、C17电容和C18电容，所述R17电阻的一端、所述C17电容的一端和所述C18电容的一端均接地，所述R17电阻的另一端均与所述R12电阻的一端、所述T1鉴相器的3引脚和4引脚连接，所述R12电阻的另一端均与所述C17电容的另一端、所述C15电容的一端和所述R13电阻的一端连接，所述R13电阻的另一端均与所述C18电容的另一端和所述R11电阻的一端连接，所述R11电阻的另一端均与所述C15电容的另一端和所述第三隔离放大电路连接。所述R11电阻的阻值为1KΩ，所述R12电阻的阻值为1KΩ，所述R13电阻的阻值为520KΩ，所述R17电阻的阻值为500Ω，所述C15电容的电容量为0.01μF，所述C17电容的电容量为1000pF，所述C18电容的电容量为10μF。

较佳地，所述第三隔离放大电路包括U5A放大器、R15电阻、R20电阻和R22电阻，所述U5A放大器的3引脚均与所述R11电阻的另一端和所述C15电容的另一端连接，所述U5A放大器的2引脚均与所述R20电阻的一端和所述R22电阻的一端连接，所述R22电阻的另一端接地，所述R20电阻的另一端均与所述U5A放大器的1引脚和所述R15电阻的一端连接，所述R15电阻的另一端均与所述基准电压电路和所述带积分功能的加法电路连接，所述U5A放大器的4引脚和11引脚分别用于与5V电源的正极和负极连接。所述U5A放大器为OPA4227型号的放大器，所述R15电阻的阻值为10KΩ，所述R20电阻的阻值为20KΩ，所述R22电阻的阻值为10KΩ。

进一步地，所述基准电压电路包括R21电阻、C24电容、C25电容、C26电容和U7电压基准芯片，所述R21电阻一端均与所述R15电阻的另一端和所述带积分功能的加法电路连接，另一端均与所述C25电容的一端和所述U7电压基准芯片的6引脚连接，所述C25电容的另一端、所述C24电容的负极、所述C26电容的一端、所述U7电压基准芯片的4引脚和8引脚均接地，所述C26电容的另一端与所述U7电压基准芯片的3引脚连接，所述U7电压基准芯片的2引脚和所述C24电容的正极均用于与12V电源的正极连接。其中，所述U7电压基准芯片的1引脚、5引脚和7引脚均不进行ERC校验。R21电阻的阻值为10KΩ，C24电容的电容量为2.2μF，C25电容的电容量为0.1μF，C26电容的电容量为0.1μF，U7电压基准芯片为MAX6225AESA+型号的电压基准芯片。

优选地，所述带积分功能的加法电路包括R6电阻、R8电阻、C10电容和U5B放大器，所述R6电阻的一端和所述U5B放大器的6引脚均与所述R15电阻的另一端和所述R21电阻的一端连接，所述U5B放大器的5引脚接地，所述R6电阻的另一端均与所述C10电容的一端和所述R8电阻的一端连接，所述C10电容的另一端、所述R8电阻的另一端和所述U5B放大器的7引脚均与所述OSC1晶体振荡器的3引脚连接。所述R6电阻阻值为750Ω，所述R8电阻阻值为17.4KΩ，所述C10电容的电容量为10μF，所述U5B放大器为OPA4227型号的放大器。

实施例三

如图1所示，当所述J2插座未连接外部频率信号，所述晶体振荡器电路产生10MHz的频率信号，经过所述第二隔离放大电路的所述J1插座直接输出，同时10MHz的频率信号加到所述T1鉴相器的1引脚；当所述J2插座连接外部频率信号时，外部频率信号经过所述第二隔离放大电路加到所述T1鉴相器的8引脚，所述T1鉴相器的3引脚和4引脚输出10MHz的频率信号和外部频率信号这两种频率的和值信号和差值信号，所述滤波电路的作用是滤除频率的和值信号并保留频率的差值信号，即所述T1鉴相器输出的是一个差值信号，该差值信号经过所述第三隔离放大电路进行放大积分后产生直流电压，并通过所述带积分功能的加法电路和所述基准电压电路产生的2.5V基准电压形成直流控制电压，直流控制电压加到所述OSC1晶体振荡器的3引脚，3引脚即为所述OSC1晶体振荡器的压控端，从而改变所述OSC1晶体振荡器的输出频率信号，此过程为闭环控制，根据差值信号逐步调节所述OSC1晶体振荡器的输出频率信号的频率值并使之靠近外部频率信号的频率值，最终达到稳定控制，锁定之后，所述OSC1晶体振荡器的输出频率信号的频率值即等同于外部频率信号的频率值，即所述J1插座输出10MHz的频率信号，整个闭环控制过程自动完成，从而实现了晶振频率切换到外部信号频率过程的无间隙切换。

以上所述实施例是用以说明本实用新型，并非用以限制本实用新型，所以举例数值的变更或等效元件的置换仍应隶属本实用新型的范畴。

由以上详细说明，可使本领域普通技术人员明了本实用新型的确可达成前述目的，实已符合专利法的规定，现提出专利申请。

Claims

1.一种高精度频率信号无间隙切换电路，其特征在于，包括第一隔离放大电路、第二隔离放大电路、第三隔离放大电路、晶体振荡器电路、鉴相电路、滤波电路、基准电压电路和带积分功能的加法电路，所述鉴相电路包括T1鉴相器，所述第一隔离放大电路与所述T1鉴相器的8引脚连接，所述晶体振荡器电路的输出端均与所述第二隔离放大电路和所述T1鉴相器的1引脚连接，所述T1鉴相器的3引脚和4引脚连接后与所述滤波电路连接，所述滤波电路与所述第三隔离放大电路连接，所述第三隔离放大电路均与所述基准电压电路和所述带积分功能的加法电路连接，所述带积分功能的加法电路与所述晶体振荡器电路的输入端连接；

2.如权利要求1所述的一种高精度频率信号无间隙切换电路，其特征在于，所述晶体振荡器电路包括C6电容和OSC1晶体振荡器，所述C6电容的一端和所述OSC1晶体振荡器的5引脚均用于与12V电源正极连接，所述C6电容的另一端、所述OSC1晶体振荡器的2引脚和4引脚均接地，所述OSC1晶体振荡器的1引脚均与所述第二隔离放大电路和所述T1鉴相器的1引脚连接，所述OSC1晶体振荡器的3引脚与所述带积分功能的加法电路连接。

3.如权利要求2所述的一种高精度频率信号无间隙切换电路，其特征在于，所述第二隔离放大电路还包括C3电容、R2电阻、R3电阻、R4电阻和U2放大器，所述C3电容一端与所述OSC1晶体振荡器的1引脚连接，另一端均与所述R2电阻的一端和所述U2放大器的3引脚连接，所述R2电阻的另一端和所述R4电阻的一端均接地，所述J1插座的2引脚、3引脚、4引脚和5引脚均接地，所述R4电阻的另一端均与所述U2放大器的2引脚和所述R3电阻的一端连接，所述R3电阻的另一端均与所述U2放大器的6引脚和所述J1插座的1引脚连接，所述U2放大器的4引脚和7引脚分别用于与5V电源的负极和正极连接。

4.如权利要求1所述的一种高精度频率信号无间隙切换电路，其特征在于，所述第一隔离放大电路还包括R7电阻、R14电阻、R19电阻、C12电容和U4放大器，所述J2插座的2引脚、3引脚、4引脚和5引脚均接地，所述R7电阻的一端和所述R19电阻的一端均接地，所述R7电阻的另一端均与所述J2插座的1引脚和所述U4放大器的3引脚连接，所述R19电阻的另一端均与所述U4放大器的2引脚和所述R14电阻的一端连接，所述R14电阻的另一端均与所述U4放大器的6引脚和所述C12电容的一端连接，所述C12电容的另一端与所述T1鉴相器的8引脚连接。

5.如权利要求1所述的一种高精度频率信号无间隙切换电路，其特征在于，所述T1鉴相器的2引脚、5引脚、6引脚和7引脚均接地。

6.如权利要求3所述的一种高精度频率信号无间隙切换电路，其特征在于，所述OSC1晶体振荡器的1引脚与所述T1鉴相器的1引脚连接间设置有C13电容。

7.如权利要求1所述的一种高精度频率信号无间隙切换电路，其特征在于，所述滤波电路包括R11电阻、R12电阻、R13电阻、R17电阻、C15电容、C17电容和C18电容，所述R17电阻的一端、所述C17电容的一端和所述C18电容的一端均接地，所述R17电阻的另一端均与所述R12电阻的一端、所述T1鉴相器的3引脚和4引脚连接，所述R12电阻的另一端均与所述C17电容的另一端、所述C15电容的一端和所述R13电阻的一端连接，所述R13电阻的另一端均与所述C18电容的另一端和所述R11电阻的一端连接，所述R11电阻的另一端均与所述C15电容的另一端和所述第三隔离放大电路连接。