秒脉冲守时时钟模块的设计与实现文献综述

 2021-09-25 08:09

全文总字数:3152字

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文 献 综 述

随着电子行业的发展精确的时间频率在电力系统中有着很广泛的应用,不仅仅在电网通信网络中需要频率同步,在监控、调度和通信等方面也有高精度的时间频率同步要求。因此设计一个具有高精度和高稳定性守时时钟模块具有重要的意义。实际操作中普遍采用GPS/北斗作为时间同步的基准。但是一旦发生特殊事件导致信号微弱甚至消失,GPS的可利用性就会受到限制,无法利用外部输入频率进行守时。而守时时钟模块可以利用自身的标准频率对本地信号频率进行校准,并在规定时间内保持稳定的模块,可在没有GPS信号校准时提供精准的时间频率信号[1-4]

为了能够保证输出高精度和高稳定性的同步时钟,目前同类产品普遍采用的方法是:用GPS时钟频率信息来校正本地的时钟:在正常运行时,由GPS模块通过驯服 GPS 信号、定位解算来获取 GPS系统的时钟频率信息,并用于跟本地时钟比较校正本地钟,使本地钟保持与GPS系统时间频率的同步;当GPS信号不稳定或消失时,由本地时钟频率负责维持时钟频率信号的输出,直到GPS信号重新稳定并再次获得GPS的时钟频率信息后,回到正常运行状态,正常输出稳定的时频率[5]

文献[6-9]介绍了几种应用在GPS/北斗中应用的时间同步方法,GPS系统时的同步原理源于卫星定位原理,卫星定位可以分为测角定位和测距定位两种,按卫星数量和定位原理可分为单星定位和双星定位以及多星定位,在测距定位中所有的测量基准都应统一到一个时间基础上。根据卫星定位延伸出时间同步技术,GPS时间同步技术中包括驯服和守时,守时是在没有卫星信号时使用的模式,是基于加法器(ABC)的全数字守时系统的实现方案。

(1)同步复位。

同步复位是通过上升沿判别电路接收到秒脉冲上升沿的信息,来判断本地时钟的计数值是否在准确位置附近,若是,则可知道1pps信号为准确的秒脉冲信号,立即输出,同时将晶振的计数器清零。若不是,则认为信号是干扰信号,不予理会。通过同步复位信号来保证信号稳定准确,同步复位是在有相应时钟沿到来时复位信号才能起到复位同步的作用,否则复位信号只有在等待时钟信号时间超过一个周期才能保证系统的正确复位。

(2)时间差反馈调整

在时间差反馈调整方案中通过根据晶振的计数器求得晶振在固定时间内产生的误差,将相应的误差值反馈给相应的调整电路进行调整,保证信号的稳定输出。在时间差反馈调整方案中所使用的电路过于繁琐,因为设定的反馈时间过长过短都会造成信号的误差增大[19]

(3)预设补偿值

在预设补偿值方案中,通过记录预设补偿值的电路在设定时间内记录下时间差检测模块测得的误差平均值,再通过计数器对晶振输出进行分频计数根据之前记录下误差平均值进行计数器的补偿,最后输出得到精准的1pps信号。

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