[發明專利]一種高精度增益補償式時基源

在審

• 申請號: 201710459093.8
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107332556A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 葉楊婷
• 申請（專利權）人: 江漢大學
• 主分類號: H03L1/02
• 分類號: H03L1/02;H03L7/085;H03L7/099;G01K7/22;G01K1/02
• 代理公司: 深圳市合道英聯專利事務所(普通合伙)44309
• 代理人: 廉紅果,譚雪婷

技術領域

本發明涉及時間校準領域，尤其涉及一種高精度增益補償式時基源。

背景技術

壓控晶體振蕩器VCXO是時基基準的核心部件，在傳統的晶體振蕩體設計環節中，通常采用市面上現有的成熟的方塊晶體振蕩器來做為頻率源，并且此環節通常不是由設備整機電路環節的人員來設計的，而是根據一定的指標、性能要求選用市面上成熟的振蕩器。然而，在進入指標化苛刻的今天，由于時基基準整機結構布局發生了改變，無論是小型化要求在狹窄的板面空間上安置數多的部件，還是指標化要求對VCXO的各個設計參數做進一步改進，都必然對每個環節的設計要十分清楚，壓控晶振也必須采用自主化設計，實際布局中可能要考慮自己設計壓控方式以及起振設計，尤其是晶振的保溫設計，因為溫度的變化對晶振頻率的輸出影響是相當大的，特別是在每次系統上電時，由于系統可能處于冷態或熱態，對于振蕩環路，由于所處的溫度每一次都不一致，有可能導致實際的頻率輸出不一樣，對于被動型銣頻標來說，由于整機電路設計（包括倍頻次數、綜合器頻率輸出等）是嚴格地按照理論上計算得到的，壓控晶振輸出頻率的大范圍改變，有可能導致伺服環節無法將晶振輸出頻率鎖定在原子基態0－0躍遷頻率上。

在上述設計方案基礎上，現有技術中都是通過VCXO來實現整機的頻率輸出，某種意義上它間接地反映了時基基準內部物理系統性能的指標，然而由于實際時基基準工作環境溫度的影響，VCXO自身漂移的影響等都會給VCXO的輸出帶來干擾。基于此，本專利提出一種新的基于GPS模塊的VCXO改進控制的時基基準設計方案，來滿足時基基準對VCXO的設計要求。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提供了一種高精度增益補償式時基源。

本發明是通過以下技術方案實現：

一種高精度增益補償式時基源，包括相互信號連通的接收機、鐘差比對、微處理器、壓控控制、溫度測量、溫度控制模塊和增益調節模塊，所述接收機用于接收空間衛星的GPS授時信號，所述鐘差比對將接收機的GPS信號與時基基準的VCXO輸出的頻率信號進行比對，獲得時差信號傳遞給微處理器，所述壓控控制內包含電壓轉換，受微處理器控制，輸出變化的直流電壓信號，所述溫度測量獲得貼地時基基準整機機殼內壁上的熱敏電阻值，來反映時基基準的實際工作環境溫度，所述溫控模塊用于對初始時基源VCXO進行控溫處理，所述增益調節模塊通過電路感知VCXO模塊中的溫差從而轉換為壓控電壓，所述微處理器獲得溫度測量模塊、鐘差比對模塊、量子鑒頻率的數據，并進行相應的處理獲得最終的壓控1、壓控2、壓控3的綜合信號實現對VCXO的控制。

進一步地，所述溫度控制模塊：里面含有溫控芯片（控溫用）、以及熱敏電阻（測溫用）。受微處理器控制可以設定溫度值T，由于整個溫度控制模塊置于高穩晶振VCXO(溫控模塊)中，所以微處理器可以設置對應的工作環境溫度、以及獲得實際的工作環境溫度信息。其原理如圖2所示；其中兩個R以及R1為具有相同溫度系數的電阻，其阻值應該選擇與Rk相當。這里R1的值反映了實際工作環境溫度T。Rk為一個熱敏電阻，它貼于溫控模塊的表面，用以感知實際的工作環境溫度T。故當工作環境溫度T無變化時，圖2中電橋處于平衡，輸送至加熱線圈環路的溫度補償電壓值為0。一旦工作環境溫度T發生變化，則熱敏電阻Rk的阻值將變小（溫度升高）或變大（溫度降低），那么電橋兩端存在電壓差，經運算放大器A差分放大后變為溫度補償電壓輸送至電壓源，同時輸出給傳統加熱絲線圈環路。整個電路的放大增益由運算放大器的負反饋電阻Rw調節，Rw為一數字電位計，通過調節Rw的阻值以達到上述電路補償因子改變功能。

進一步地，所述壓控模塊中的橋路測溫主要由兩個阻值相同的R，一個預設溫度值熱敏電阻傳感器Ro（它決定了VCXO的工作環境溫度）及測溫熱敏電阻Rk組成。當VCXO工作環境溫度恒定時，即熱敏電阻Rk測量值與預設值Ro相等，此時電阻橋路A、B端輸出電壓差將為0，整個壓控模塊輸出端Uout輸出為0。當VCXO工作環境溫度發生改變時，則橋路的A、B端形成一定的電壓差，通過電壓跟隨器A1及A2的傳遞送至A3進行差分放大，考慮到放大后的電壓差能夠有效得采集，所以在差分放大A3的輸出端增加了一個增益線性調節電路A4。得到的壓控模塊電壓差Uout與微處理器產生的壓控電壓求和后，送至VCXO模塊；其中壓控控制模塊的處理過程如圖3所示。

1、傳統壓控

微處理器獲得對應的時基基準量子鑒頻信號后，按照現有時基基準鎖定技術，輸出“傳統壓控”模式的壓控1信號V1至綜合。

2、預判修正