[發明專利]一種基于差拍數字化頻率測量的多參考鐘切換裝置及方法

有效

• 申請號: 202110886563.5
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113556201B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 劉婭;肖波;趙志雄;李孝輝;薛艷榮;朱峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家授時中心
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明涉及了一種基于差拍數字化頻率測量的多參考鐘切換裝置，所述裝置包括：n+1個混頻器、模數轉換器、計算機、數模轉換器、壓控晶振和數字頻率信號合成器；本發明直接基于差拍數字化頻率測量技術獲取每個原子鐘通道的數字差拍信號，基于計算機選取最穩定的數字差拍信號作為主用參考信號，通過主用參考信號和反饋信號的差值直接對壓控晶振進行調整，無需任何的切換開關，克服了因脈沖或頻率轉換開關存在切換時延造成的輸出中斷的技術缺陷，并簡化了切換裝置的結構，降低現有的主鐘切換系統的復雜性。而且實現了壓控晶振的輸出僅與輸入設備中最穩定的信號有關，不受其他信號的影響，提高了輸出信號的頻率穩定度。

技術領域

本發明涉及通信時鐘切換技術領域，特別是涉及一種基于差拍數字化頻率測量的多參考鐘切換裝置及方法。

背景技術

如圖1所示，現有的主鐘切換方法主要工作原理是建立主用和備用兩套結構完全相同的設備，由至少兩臺原子鐘、相位微調儀、時間間隔計數器、脈沖轉換開關和頻率轉換開關組成，主用和備用信號分別經相位微調儀后同時接入時間間隔計數器設備和轉換開關，由轉換開關的輸出最終使用信號。其中時間間隔計數器用于實時監視主用和備用信號的時差，時差值反饋給備份主鐘對應的相位微調儀，調節備用信號，使其與主用信號的相位差和頻率差保持在一定閾值范圍內，當主用信號被檢測到異常時，使用轉換開關設備切換輸出到備用設備上，盡可能保持輸出信號的連續性。具體如下技術缺陷：

主備信號切換發生時，輸出信號因脈沖或頻率轉換開關存在切換時延，輸出存在約0.1ns(該值與轉換開關性能有關，當前典型設備的性能為0.1ns)的中斷；

受時間間隔計數器測量分辨率和備路信號控制策略影響，主備信號之間存在亞納秒量級的時差，切換將導致亞納秒的相位跳變；

系統除了作為輸入的原子鐘(主鐘或備份主鐘)外，須由兩臺相位微調儀、時間間隔計數器、轉換開關和工控機等至少五臺設備組成，系統復雜度較本發明更高，系統越復雜，可靠性越難保障，且成本更高。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于差拍數字化頻率測量的多參考鐘切換裝置及方法，以克服因脈沖或頻率轉換開關存在切換時延造成的輸出中斷的技術缺陷，提高輸出信號的頻率穩定度，并簡化切換裝置的結構，降低現有的主鐘切換系統的復雜性。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種基于差拍數字化頻率測量的多參考鐘切換裝置，所述裝置包括：n+1個混頻器、模數轉換器、計算機、數模轉換器、壓控晶振和數字頻率信號合成器；

前n個所述混頻器的第一輸入端分別與n個原子鐘連接，第n+1個所述混頻器的第一輸入端與壓控晶振的信號輸出端連接；

n+1個所述混頻器的第二輸入端分別與所述數字頻率信號合成器的輸出端連接，n+1個所述混頻器的輸出端分別與所述模數轉換器的輸入端連接，所述模數轉換器的輸出端與所述計算機的輸入端連接，所述計算機的輸出端與所述數模轉換器的輸入端連接，所述數模轉換器的輸出端與所述壓控晶振的驅動端連接；

所述計算機用于確定模數轉換器輸出的前n個通道的數字差拍信號中的最穩定的數字差拍信號作為當前調整周期的主用參考信號，并根據當前調整周期的主用參考信號和第n+1個通道的數字差拍信號生成當前調整周期的頻率調整量，輸出給所述數模轉換器，以產生所述壓控晶振的驅動信號。

一種基于差拍數字化頻率測量的多參考鐘切換方法，所述方法包括如下步驟：

獲取n個原子鐘輸出的頻率信號與數字頻率信號合成器輸出的參考信號混頻，并經模數轉換器轉換后輸出的前n個通道的數字差拍信號，作為n個輸入信號；

獲取壓控晶振的輸出信號與數字頻率信號合成器輸出的參考信號混頻，并經模數轉換器轉換后輸出的第n+1個通道的數字差拍信號，作為反饋信號；