[發明專利]一種核電廠DCS平臺時鐘源性能提高系統及方法

有效

• 申請號: 202110341689.4
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113078900B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 諶志強;張文帥;趙洋;魏榮超;水璇璇;徐孝芬;陳起;汪亨
• 申請（專利權）人: 中國核動力研究設計院
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085;H03L7/099;H03L7/18
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 林菲菲

本發明公開了一種核電廠DCS平臺時鐘源性能提高系統及方法，本發明的系統包括GPS接收機、數字鑒相器、數字環路濾波器、頻率控制字選擇器、直接數字頻率合成器；接收機用于接收GPS信號并對其進行解析輸出1PPS秒脈沖信號；數字鑒相器用于根據輸入的接收機的1PPS和本地時鐘源經所述分頻器分頻的1PPS之間的相位差值輸出與差值線性相關的控制字；數字環路濾波器對數字鑒相器輸出的控制字進行處理輸出頻率控制字；頻率控制字選擇器根據系統工作模式，選擇輸出相應的頻率控制字以驅動直接數字頻率合成器輸出對應的性能優于本地時鐘源頻率特性的時鐘信號。本發明提高核電廠DCS平臺系統穩定性及可靠性。

技術領域

本發明屬于核電廠儀控技術領域，具體涉及一種核電廠DCS平臺時鐘源性能提高系統及方法。

背景技術

核電廠DCS平臺通常使用普通有源晶振作為平臺時鐘源，這種時鐘源的頻率精度在其出廠的起點下依靠自身的穩定度和老化率來保證，其頻率精度誤差會隨著時間的推移以及溫度等環境因素的變化而逐漸增大；大的時鐘抖動會導致ADC采樣輸出的信噪比惡化，也會增加數字通信系統的誤碼率，使得核電廠DCS平臺穩定性及可靠性存在一定的風險。

發明內容

為了提高核電廠DCS平臺穩定性和可靠性，本發明提供了一種核電廠DCS平臺時鐘源性能提高系統。

本發明通過下述技術方案實現：

一種核電廠DCS平臺時鐘源性能提高系統，該系統包括GPS接收機、數字鑒相器、數字環路濾波器、頻率控制字選擇器、直接數字頻率合成器和分頻器；

所述GPS接收機用于接收GPS信號并對其進行解析輸出1PPS秒脈沖信號；

所述數字鑒相器用于根據輸入的所述GPS接收機的1PPS秒脈沖信號和本地時鐘源經所述分頻器分頻后的1PPS秒脈沖信號的相位差值輸出與所述差值線性相關的控制字；

所述數字環路濾波器對所述數字鑒相器輸出的控制字進行處理輸出頻率控制字；

所述頻率控制字選擇器結合晶振頻率特性預測模型，根據系統工作模式，選擇輸出相應的頻率控制字以驅動所述直接數字頻率合成器輸出對應的性能優于本地時鐘源頻率特性的時鐘信號。

本發明采用數字鎖相環技術(數字鑒相器+數字環路濾波器+數字頻率合成器構成的數字鎖相環)可以使DCS平臺系統時鐘源跟蹤GPS系統輸出的高穩定度特性信號，并使用基于卡爾曼算法的晶振頻率特性預測技術，可以使DCS平臺時鐘源保持其跟蹤的高穩定特性，能有效解決傳統核電廠DCS平臺時鐘源頻率精度誤差隨著系統運行時間逐漸增大的缺點，從而提高核電廠DCS平臺系統穩定性及可靠性。

優選的，本發明的數字鑒相器、數字環路濾波器、頻率控制字選擇器、直接數字頻率合成器的數字部分基于FPGA實現。

優選的，本發明的數字鑒相器利用采樣時鐘對GPS用戶接收機的1PPS秒脈沖信號和本地時鐘源分頻的1PPS秒脈沖信號兩者的上升沿之間進行計數，從而測量得到兩者之間的相位差。

優選的，本發明的數字環路濾波器由模擬濾波器通過雙線性變換得到其傳輸函數。

優選的，本發明的直接數字頻率合成器由相位累加器、正弦查找表、D/A轉換器和低通濾波器構成；

所述相位累加器和正弦查找表在FPGA內實現，所述D/A轉換器和低通濾波器由硬件電路實現；

所述相位累加器用于寄存頻率控制字值，所述相位累加器輸出累加數值的高N位作為所述正弦查找表的查找地址；

所述D/A轉換器將所述正弦查找表輸出的數字幅度值轉換為模擬幅度值，并通過所述低通濾波器將輸出信號中的高頻分量濾除。

優選的，本發明的頻率控制字選擇器的具體工作過程包括：