[發明專利]一種基于溫度變化差駕馭壓控晶振的時間保持方法

有效

• 申請號: 202010319688.5
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111490781B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 樊多盛;劉婭;李孝輝;肖波
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: H03L7/16
• 分類號: H03L7/16
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

本發明提供了一種基于溫度變化差駕馭壓控晶振的時間保持方法，在晶振正常運行跟蹤參考源時，采集晶振周圍的環境溫度，通過累積求平均產生溫度基準；將斷開參考源后晶振周圍環境溫度與基準溫度作差，計算出晶振周圍的溫度偏差；將溫度偏差轉換為晶振的壓控電壓，消除保持時刻的晶振頻偏。本發明根據溫度偏差與壓控晶振的控制量之間的關系對晶振進行駕馭，使晶振短期穩定性好的能力不出現明顯下降，同時提高其輸出時間信號的保持能力。

技術領域

本發明涉及一種高精度的時間保持方法。

背景技術

在以晶振作為頻率源的授時設備、時間服務器及時間同步設備等，在衛星異常、數據鏈路中斷等情況下，仍然要求設備持續不斷輸出時間信號，且時間信號的性能不能有明顯下降，這就要求設備中的晶振具有較高的時間保持能力。特別是在5G和即將到來的6G時代，高精度時間同步成為必然趨勢，要求基站之間的時間信號具有同步精度高和可靠性好的能力，特別是要求在參考時間源故障后具備很強的時間保持能力。同時大量的基站需求，以晶振作為頻率源和時間源已成為必選項。

在無參考頻率或時間源時，晶振明顯老化的特性將導致其產生的時間信號將逐漸偏離參考源，若不對其加以控制，它將很快偏離參考源幾十個μs，經實驗論證，晶振短期內(1天或2天)其高精度保持能力與周圍環境溫度息息相關。就是說，弱化環境溫度對晶振的影響，晶振短期穩定性好的能力仍然表現不菲。

目前，市場雖然有根據溫度變化對晶振進行控制以提升其時間保持能力，但是其時間保持能力仍然超過1μs/1d。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于溫度變化差駕馭壓控晶振的時間保持方法，以斷開參考源前一段時間內晶振周圍的環境溫度為基準溫度，將斷開參考源后晶振周圍環境溫度與基準溫度作差，根據溫度偏差與壓控晶振的控制量之間的關系對晶振進行駕馭，使晶振短期穩定性好的能力不出現明顯下降，同時提高其輸出時間信號的保持能力。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

(1)在晶振正常運行跟蹤參考源時，采集晶振周圍的環境溫度，通過累積求平均產生溫度基準；將斷開參考源后晶振周圍環境溫度與基準溫度作差，計算出晶振周圍的溫度偏差；

(2)將溫度偏差轉換為晶振的壓控電壓其中a為調節系數，為溫度偏差；

(3)假設晶振在斷開參考源前的一個時刻調整量為P₁，斷開參考源后第一個時刻消除晶振頻偏的調整量為P₂，P₂＝-b*P₁，其中，b為調節系數。

所述的晶振周圍環境溫度的采集精度達到0.01℃。

所述的累積求平均的累積時長取20～30分鐘，采樣間隔取1分鐘。

所述的調節系數a在選擇分辨率為0.01℃的溫度傳感器時取值為12.4。

所述的調節系數b在晶振的秒穩優于5E-11時取值為0.5。

所述的環境溫度采用溫度傳感器采集，采集到的溫度數據輸入MCU，計算得到晶振在斷開參考源后的頻率調整量，來調節控制晶振輸出的10MHz頻率信號和1PPS時間信號。

本發明的有益效果是：

(1)以秒穩優于5E-11的壓控晶振進行驗證，本發明進入保持狀態后，偏離標準時間信號的時差峰峰值優于1.0μs/1d，且48小時內其時間保持能力優于1.5μs。同時時間信號的穩定性能到了明顯改善，且其長期的MTIE提高了一個數量級；

(2)本發明在對晶振頻率信號的短期穩定性破壞最小的前提下，長期穩定性比自由運行時提高了一個數量級；