CN101645718B - 时钟保持方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时钟保持方法和装置，该方法包括：在参考时钟正常工作的情况下，计算晶体输出时钟与参考时钟的误差值，根据误差值利用预定控制方式获取晶体的压控电压，并以预定时间间隔保存压控电压；在参考时钟异常且保存的压控电压满足预定条件的情况下，控制系统进入时钟保持状态，根据保存的所述压控电压计算晶体的老化特性，利用根据所述晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持。通过上述技术方案，能够自动保持晶体输出频率，节约了成本，提高了时钟的稳定性能。

Description

时钟保持方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，并且特别地，涉及一种时钟保持方法和装置。

背景技术

目前，随着移动通信技术的迅猛发展，逐渐使用高达几GHz的高频带进行通信，因此，对参考时钟的质量要求非常严格，在基站系统中，通常使用高稳晶振，例如，恒温晶振(OCXO)或温度补偿晶振(TCXO)作为晶体参考时钟，一旦晶体参考时钟出现频率误差，当到达射频端时，将会放大千倍，会给射频频率带来一定的频差，当发射机和接收机之间的频率偏差很大时，接收机就不能对接收的信号进行正确地解调，从而导致电话打不通等异常情况。因此，需要保证参考频率不能出现大的误差。

此外，温度和时间变化也是改变晶体振荡频率、产生误差的因素。例如，OCXO的周围环境温度产生变化，就能够达到3E-9的偏差，OCXO老化一天/一年/十年的偏差能够达到3E-10/5E-8/3.5E-7，TCXO的周围环境温度产生变化，能够达到0.28ppm的偏差，TCXO老化一天/一年/十年的偏差能够达到0.02ppm/1ppm/3ppm。从上面的数据可以看出，如果任由晶体发生长期变化，随着时间的推移，晶体输出的频率将会产生较大的误差。因此，在基站控制系统中通常依据一个稳定的参考时钟，并且采用一套锁相控制算法来补偿产生的误差，不断地调节高稳晶振的压控电压来保证参考频率的稳定性。

按照上面的控制算法，晶体的压控电压控制还需要一个时钟作为参考，在这个参考时钟存在的情况下，能够很好地控制晶体的输出频率，但是，在参考时钟异常(有可能会出现参考错误或丢失的情况)的情况下，晶体将处于自由振荡状态，当参考丢失的时间较长，会因为晶体的老化以及环境温度的影响，晶体所输出的频率可能会存在较大的误差。例如，OCXO/TCXO的日老化指标分别为3E-10和0.02ppm，即0.3ns/s和20ns/s，若让晶体一天24小时都处于自由震荡的状态，理论计算两种晶体的相位偏差分别为0.3*24*3600＝26.92us和20*24*3600＝1.728ms，这些误差将会导致通信系统的定时时刻基准、频率基准信号发生偏差，从而导致电话打不通，电话掉线等后果。

目前，可以采用稳定性更好的高稳晶体解决时钟频率不准带来的问题，但是上述做法将会带来高昂的生产成本。因此，目前需要一种可以解决在参考时钟失效的情况下，晶体的时钟频率不准确问题的解决方案。

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种时钟保持方法和装置，以解决相关技术中在参考时钟失效的情况下，晶体的时钟频率不准确的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种时钟保持方法。

根据本发明的时钟保持方法包括：在参考时钟正常工作的情况下，计算晶体输出时钟与参考时钟的误差值，根据误差值利用预定控制方式获取晶体的压控电压，并以预定时间间隔保存压控电压；在参考时钟异常且保存的压控电压满足预定条件的情况下，控制系统进入时钟保持状态，根据保存的压控电压计算晶体的老化特性，利用根据晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持。

此外，在以上述预定时间间隔保存压控电压之前，进一步包括：设置标志位，其中，标志位用于标识是否能够进入时钟保持状态，标志位的初始值设置为不能够进入时钟保持状态。

此外，上述方法进一步包括：在以预定时间间隔保存压控电压之前，设置计数器；在每次以预定时间间隔保存压控电压之后，计数器执行一次计数操作；在计数器完成计数操作的次数达到预定次数后，将标志位设置为能够进入时钟保持状态。

其中，根据保存的压控电压计算晶体的老化特性，利用根据晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持的处理具体为：计算起控电压和反应晶体老化特性的压控电压补偿值；利用起控电压和压控电压补偿值得到晶体的压控电压，对晶体的输出频率进行控制。

其中，上述起控电压V_hic的计算方法为：设置预定时间间隔为M*S，其中，每M个S秒存储一次瞬时压控电压V_hs，S为在参考时钟正常时，压控电压的改变周期；根据公式(1)计算每个预定时间间隔存储的压控电压： $V_{\mathrm{hc}}=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}}\left(i\right)/M$ 公式(1)，其中，V_hs为瞬时压控电压，V_hc为每个预定时间间隔存储的压控电压；根据公式(2)计算起控电压： $V_{\mathrm{hic}}=\underset{j=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hc}}\left(j\right)/P$ 公式(2)，其中，P为最新存储的压控电压的个数，V_hc(j)为第j次存储的压控电压。

其中，计算压控电压补偿值的处理为：根据存储的时间顺序将存储的压控电压等分为两组，并根据公式(3)和公式(4)分别计算M*S*N/2时间段内每组压控电压的均值： $\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}1}}=\frac{\underset{x=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}1}\left(x\right)}{N/2}$ 公式(3)、 $\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}2}}=\frac{\underset{y=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}2}\left(y\right)}{N/2}$ 公式(4)，其中，N为存储的压控电压的总个数，V_hs1为第一组内压控电压的均值，V_hs2为第二组内压控电压的均值，其中，第一组内的压控电压的存储时间先于第二组内的压控电压的存储时间；根据公式(5)计算M*S*N/2时间段内的平均压差：δ₁＝V_hs2-V_hs1公式(5)，其中，δ₁为平均压差；根据公式(6)计算压控电压补偿值： $\mathrm{\ΔV}=\frac{F\×{\mathrm{\δ}}_1}{M\×S\×N/2}$ 公式(6)，其中，F为晶体进入时钟保持状态后压控电压的改变周期，ΔV为压控电压补偿值。

此外，上述方法进一步包括：根据公式(7)对计算的起控电压进行校准，并利用校准后的起控电压替代校准前的起控电压对晶体的输出电压进行控制：V′_hic＝V_hic+ΔV/2公式(7)，其中，V_hic为起控电压，V′_hic为校准后的起控电压。

根据本发明的另一方面，提供了一种时钟保持装置。

根据本发明的时钟保持装置包括：时钟控制模块，用于在参考时钟正常工作的情况下，计算晶体输出时钟与参考时钟的误差值，根据误差值利用预定控制方式获取晶体的压控电压；数据存储器，用于以预定时间间隔保存压控电压；时钟保持模块，用于在参考时钟异常且数据存储器保存的压控电压满足预定条件的情况下，控制系统进入时钟保持状态，根据保存的压控电压计算晶体的老化特性，利用根据晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持。

此外，上述时钟保持模块进一步包括：设置模块，用于设置标志位，其中，标志位用于标识是否能够进入时钟保持状态，标志位的初始值设置为不能够进入时钟保持状态。

此外，上述时钟保持模块进一步包括：计数器，用于在每次以预定时间间隔保存压控电压之后，计数器执行一次计数操作。

此外，上述设置模块进一步用于在计数器完成计数操作的次数达到预定次数后，将标志位设置为能够进入时钟保持状态。

此外，上述时钟保持模块进一步包括：计算模块，用于计算起控电压和反应晶体老化特性的压控电压补偿值；控制模块，用于利用起控电压和压控电压补偿值得到晶体的压控电压，对晶体的输出频率进行控制。

此外，上述计算模块进一步包括：第一计算模块，用于根据公式(1)计算每个预定时间间隔存储的压控电压： $V_{\mathrm{hc}}=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}}\left(i\right)/M$ 公式(1)，其中，S为在参考时钟正常时，压控电压的改变周期，M为预定时间间隔与S的商，V_hs为瞬时压控电压，V_hc为每个预定时间间隔存储的压控电压；并且，第一计算模块还用于根据公式(2)计算起控电压： $V_{\mathrm{hic}}=\underset{j=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hc}}\left(j\right)/P,$ 公式(2)，其中，P为最新存储的压控电压的个数，V_hc(j)为第j次存储的压控电压；第二计算模块，用于根据公式(3)和公式(4)分别计算M*S*N/2时间段内每组压控电压的均值：

$\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}1}}=\frac{\underset{x=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}1}\left(x\right)}{N/2}$ 公式(3)、 $\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}2}}=\frac{\underset{y=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}2}\left(y\right)}{N/2}$ 公式(4)，其中，N为存储的压控电压的总个数，V_hs1为第一组内压控电压的均值，V_hs2为第二组内压控电压的均值，其中，第一组内的压控电压的存储时间先于第二组内的压控电压的存储时间；并且，第二计算模块还用于根据公式(5)计算M*S*N/2时间段内的平均压差：δ₁＝V_hs2-V_hs1公式(5)，其中，δ₁为平均压差；并且，第二计算模块还用于根据公式(6)计算压控电压补偿值：

$\mathrm{\ΔV}=\frac{F\×{\mathrm{\δ}}_1}{M\×S\×N/2}$ 公式(6)，其中，F为晶体进入时钟保持状态后压控电压的改变周期，ΔV为压控电压补偿值；第三计算模块，用于根据公式(7)对计算的起控电压进行校准，并利用校准后的起控电压替代校准前的起控电压以用于控制模块对晶体的输出电压进行控制：V′_hic＝V_hic+ΔV/2公式(7)，其中，V_hic为起控电压，V′_hic为校准后的起控电压。

借助于本发明的技术方案，通过采用晶体的老化学习算法，在参考丢失后控制晶体的压控电压，能够自动保持晶体输出频率，节约了成本，提高了时钟的稳定性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施例的时钟保持方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的时钟保持方法详细处理的流程图；

图3是根据本发明实施例的时钟保持方法初始化及控制的流程图；

图4是根据本发明实施例的统计150个存储压控电压相对值对应曲线的示意图；

图5是根据本发明实施例的将进入时钟保持状态之前P秒的平均压控电压值作为起控电压的频率与时间的关系示意图；

图6是根据本发明实施例的对起控电压进行校准后的频率与时间关系的示意图一；

图7是根据本发明实施例的对起控电压进行校准后的频率与时间关系的示意图二；

图8是根据本发明实施例的时钟保持装置的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

功能概述

目前，移动通讯系统对参考时钟要求非常的严格，通常用高稳晶体作为参考时钟，但是，当晶体在丢失参考的情况下，就会进行自由震荡，从而降低晶体参考时钟的准确性。因此，本发明提出了一种解决上述问题的技术方案，通过系统自动对晶体老化规律的学习，在晶体丢失参考时钟或者参考时钟失效的情况下，能够控制晶体参考时钟的输出频率，保持晶体参考时钟输出频率的稳定性，并且实现晶体参考时钟的自动保持。需要注意的是，在下面的描述中，将晶体参考时钟称为晶体输出时钟，将控制晶体压控电压的参考时钟简称为参考时钟，以防止两者混淆。下文中所描述的时钟保持状态是指：在参考时钟出现异常的情况下，利用预先保存的压控电压(值)得到晶体输出时钟的老化规律(特性)，从而准确地控制晶体输出时钟的稳定性。下面将对上述技术方案进行详细的说明。

方法实施例

根据本发明的实施例，提供了一种时钟保持方法，用于在系统的参考时钟失效或丢失的情况下，对晶体输出时钟进行保持，图1是根据本发明实施例的时钟保持方法的流程图，如图1所示，包括以下的处理：

步骤S102，在参考时钟正常工作的情况下，计算晶体输出时钟与参考时钟的误差值，根据误差值利用预定控制方式获取晶体的压控电压，使晶体输出时钟稳定，并以预定时间间隔保存压控电压，为了防止存储器空间不够，可采用循环存储的方式。

需要说明的是，由于在参考时钟正常的情况下，晶体输出时钟由周期性输出的压控电压进行控制，但是，在记录压控电压时，不可能每次输出的压控电压都进行记录。并且，上述的预定控制方式为一种控制算法，利用这种控制算法，计算出一组数字压控电压，在数字压控电压通过数模转换器后，被转换为压控电压进行输出，将输出的压控电压连接到晶体的压控引脚，就可以对晶体的频率进行控制。

因此，如果设进入时钟保持状态前(即参考电压正常的情况下)压控电压的改变周期为S，由于晶体的老化不是很明显，且为了平均环境等其它外界因素的影响，规定每M个S秒存储一次瞬时压控电压V_hs，即，上述的预定时间间隔为M*S，在进行压控电压存储前，规定取M次瞬时压控电压的均值作为存储的压控电压，这样，可以更准确的反映出在预定时间间隔M*S的时间段内的压控电压，利用公式(1)可以计算出每个预定时间间隔存储的压控电压：

$V_{\mathrm{hc}}=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}}\left(i\right)/M$ 公式(1)

其中，V_hs为瞬时压控电压，V_hc为每个预定时间间隔存储的压控电压。

步骤S104，在参考时钟异常且保存的压控电压满足预定条件的情况下，控制系统进入时钟保持状态，根据保存的压控电压计算晶体的老化特性，利用根据晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持。

通过上述的处理，就可以实现晶体输出时钟的自动保持。提高了晶体输出时钟的稳定性。

但是，由于本发明的技术方案需要依靠晶体之前的先验值来进行推断，因此，需要满足一定的条件，系统才可以进入时钟保持模式(也可以称为时钟保持状态)。以防止在没有足够的先验值(压控电压)的情况下，系统进入了时钟保持状态。

因此，在进行步骤S102的处理之前，需要设置标志位和计数器，其中，标志位用于标识是否能够进入时钟保持状态，计数器用于计数，以便于判断是否已经满足预定条件，系统是否能够进入时钟保持状态，在设置标志位时，首先将标志位的初始值设置为不能够进入时钟保持状态(例如，设置为0)。

进行步骤S102的处理的同时，当判断晶体输出的频率稳定时，每执行一次以预定时间间隔保存压控电压，计数器执行一次计数操作；在计数器完成计数操作的次数达到预定次数后，将标志位设置为能够进入时钟保持状态(例如，设置为1)。例如，每隔n秒记录一次控制晶体的压控电压，并存储到数据存储器中，若存储的数据超过一定数量N时，置Flag标志为1，表示当参考丢失时可以进入时钟保持模式，并且，数据存储器采用循环存储的方式，将最新的数存入，旧数据溢出。

通过上述的处理，就可以保证在压控电压已经积累了一定程度的情况下，系统才能够进入时钟保持状态。

下面，以图2为例，对系统进行正常跟踪(参考时钟正常，并且由晶体输出时钟与参考时钟的误差值计算出的压控电压对晶体输出时钟进行控制)和进入时钟保持状态的处理过程进行详细的说明，如图2所示，首先设置是否可以进入时钟保持状态的数据标志位Flag为0(这里假设0表示不满足进入holdover模式的条件，1表示满足进入holdover模式的条件)，之后，判断参考时钟是否正常，在正常的情况下，进行正常的跟踪，并判断晶体输出时钟是否稳定，在判断晶体输出时钟稳定的情况下，将压控电压值存储到存储器，在存储器的数量到达预定值的情况下，将标志位Flag设置为1，在未达到预定值的情况下，将标志位Flag设置为0，如果晶体输出时钟不稳定，则继续进行正常的跟踪。如果，此时判断参考时钟异常，首先判断志位Flag是否为1，在标志位Flag为1的情况下，进入时钟保持状态，在标志位Flag为0的情况下，进行自由震荡。

在系统进入了时钟保持状态后，需要对保存的压控电压进行处理，以达到学习晶体老化规律的目的，使得晶体输出时钟在失去参考时钟的情况下，还能够保证晶体输出时钟的稳定。

如图3所示，系统在判断标志位Flag为1，并且进入了时钟保持状态后，首先进行保持(holdover)初始化进程，具体过程为：计算起控电压V_hic和反映晶体老化特性的压控电压补偿值ΔV；随后，在判断参考时钟丢失的情况下，利用上面计算出的V_hic和ΔV得到晶体的压控电压，继续对晶体的输出频率进行控制，实现时钟的holdover功能，若判断参考时钟重新恢复，则从holdover控制进程跳出，重行执行晶体的控制算法。

下面，对上述过程中提到的起控电压和压控电压补偿值的计算方法进行详细的说明。

(一)计算起控电压

首先，需要利用上述公式(1)中计算得出的存储的压控电压V_hc，再根据公式(2)计算起控电压：

$V_{\mathrm{hic}}=\underset{j=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hc}}\left(j\right)/P$ 公式(2)

其中，P为最新存储的压控电压的个数，可根据实际情况进行设置，V_hc(j)为第j次存储的压控电压。

(二)计算压控电压补偿值

(1)首先，需要根据存储的时间顺序，将存储的压控电压等分为两组，具体地，数据存储器中存储的数据用指针数组确定，数组长度固定为N个，最新的数据存储到数组的最高位，并将数组分成两个数组，每个数组都存储N/2个数，根据公式(3)和公式(4)分别计算M*S*N/2时间段内每组压控电压的均值：

$\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}1}}=\frac{\underset{x=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}1}\left(x\right)}{N/2}$ 公式(3)

$\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}2}}=\frac{\underset{y=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}2}\left(y\right)}{N/2}$ 公式(4)

其中，N为存储的压控电压的总个数，V_hs1为第一组内压控电压的均值，V_hs2为第二组内压控电压的均值，并且，第一组内的压控电压的存储时间先于第二组内的压控电压的存储时间。

(2)再根据公式(5)计算M*S*N/2时间段内的平均压差：

δ₁＝V_hs2-V_hs1    公式(5)

(3)综合考虑控制晶体的特性以及环境的影响，最后，再根据公式(6)计算压控电压补偿值：

$\mathrm{\ΔV}=\frac{F\×{\mathrm{\δ}}_1}{M\×S\×N/2}$ 公式(6)

其中，F为晶体进入时钟保持状态后压控电压的改变周期，ΔV为压控电压补偿值，并且，F值可以根据晶体的特性、环境的改变取一个折中值。

图4为存储在数据存储器中的连续150个数据的曲线示意图，可以看出晶体的老化从整体上看是成线性关系，但是可能存在环境温度、外界干扰等因素，曲线在小范围内有一些小波动，偶尔会有大波动，因此在实现控制时，综合考虑晶体的老化特性、外界环境和处理的复杂程度，采用等差补偿的策略，通过已经存储的压控电压值，学习晶体的老化规律，计算出压控电压补偿值，然后在参考时钟丢失的情况下用压控电压补偿值来补偿晶体的老化。

(三)对起控电压进行校准

若直接采用公式(2)计算得到的起控电压值作为保持时钟的起控电压，在理想情况下，将会出现如图5所示的频率关系，图5是根据本发明实施例的将进入时钟保持状态之前P秒的平均压控电压值作为起控电压的频率与时间的关系的示意图，在这种情况下，即使晶体老化规律不变，随着时间的增长，将会带来越来越大的相位偏差(因为频率对时间的积分是相位)，使得定时标准和频率标准误差增大，从而导致通信中断等后果，因此，需要对起控电压值进行补偿。

因此，本发明根据压控电压补偿值以及公式(7)对计算的起控电压进行校准，并利用校准后的起控电压替代校准前的起控电压以对晶体的输出电压进行控制：

V′_hic＝V_hic+ΔV/2    公式(7)

其中，V_hic为起控电压，V′_hic为校准后的起控电压。由于不同的晶体其老化方向是不一致的，图6表示的是ΔV为正的情况下的示意图，图7表示的是ΔV为负的情况下的示意图，其理论效果如图6和7所示，随着时间的增长，可以看出，定时标准和频率标准出现了比较好的改善。

通过上述的处理，利用晶体之前的老化参数来代替晶体在参考丢失时的老化参数，在参考时钟丢失后控制晶体的压控电压，达到了自动保持晶体输出频率的作用。

装置实施例

如图8所示，实现时钟的自动保持功能需要硬件的支持，本发明的硬件直接构建在现有的参考时钟控制算法实现的硬件基础上，不需要增加额外的器件。现有的参考控制算法装置主要包括以下几部分：时钟参考单元2、频率误差检测单元4、主控单元6、数模转换单元8和晶体(OCXO/TCXO)10、数据存储单元12等。本发明的时钟保持装置只需要在主控单元中增加一些控制模块(时钟控制模块14、时钟保持模块16)就可以实现。

下面，对本发明的时钟保持装置的结构进行详细的说明。

根据本发明的实施例，提供了一种时钟保持装置，用于在系统的参考时钟错误或丢失的情况下，对晶体输出时钟进行保持，如图8所示，包括数据存储器(数据存储单元)12、时钟控制模块14、时钟保持模块16，下面，对上述模块进行详细的说明。

数据存储器12，连接至时钟控制模块14和时钟保持模块16，用于以预定时间间隔保存压控电压。

时钟控制模块14，连接到时钟保持模块16和数据存储器12，用于在参考时钟正常工作的情况下，计算晶体输出时钟与参考时钟的误差值，根据误差值利用预定控制方式获取晶体的压控电压。

时钟保持模块16，连接至时钟控制模块14和数据存储模块12，用于在参考时钟异常且数据存储器保存的压控电压满足预定条件的情况下，控制系统进入时钟保持状态，根据保存的压控电压计算晶体的老化特性，利用根据晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持。

需要说明的是，上述的系统不包括频率误差检测单元，因为在参考时钟失效的情况下，频率误差检测单元也就随之失效，所以，不参与进入时钟保持状态后的工作。

下面，对方法实施例中的时钟保持方法在上述硬件结构中的实现过程进行说明。

在参考时钟存在时(通常选用具有很好长稳性的时钟作为参考时钟)，将晶体输出的晶体输出时钟和时钟参考单元输出的参考时钟发送到频率误差检测器4，由频率误差检测器4计算晶体输出的频率与参考时钟的误差，并将此误差值发送到主控单元的时钟控制模块14，时钟控制模块14利用一套自动控制算法(上述预定控制方式)计算出下一次控制晶体的压控电压并输出数字压控电压，再由数模转换单元对数字压控电压进行相应的处理，并输出压控电压，将输出的压控电压连接到晶体的压控引脚，使晶体输出频率稳定，当利用一个判断准则判定晶体输出的频率达到一定的准确程度时，时钟控制模块14将在控制时的压控电压存储到数据存单元12中；当参考频率丢失且满足进入时钟保持的条件的情况下(例如，执行每n秒存一次压控电压值到数据存储单元，并对存储的数据计数，若存储的数据超过N个时则置holdover标志Flag为1，否则为0)，进入时钟保持状态，时钟保持模块16按照晶体的老化特性继续调节晶体的频率输出。

采用本发明上述的时钟holdover装置，在已有的硬件上增加一套控制算法，不需要额外另加器件，与采用高稳恒温晶体振荡器相比，可以实现在参考丢失的情况下维持定时标准和频率标准的稳定，并且维持通信的正常运行。

下面将对时钟保持模块16中进行的操作进行详细的说明，时钟保持模块16进一步包括以下模块：

设置模块(未示出)，用于设置标志位，其中，标志位用于标识是否能够进入时钟保持状态，并将标志位的初始值设置为不能够进入时钟保持状态。

计数器(未示出)，用于在每次以预定时间间隔保存压控电压之后，计数器执行一次计数操作。并且，设置模块在计数器完成计数操作的次数达到预定次数后，将标志位设置为能够进入时钟保持状态。

计算模块(未示出)，用于计算起控电压和反应晶体老化特性的压控电压补偿值；控制模块，用于利用起控电压和压控电压补偿值得到晶体的压控电压，对晶体的输出频率进行控制。

其中，计算模块可以进一步包括第一计算模块(未示出)、第二计算模块(未示出)、和第三计算模块(未示出)，下面将对第一计算模块、第二计算模块、和第三计算模块中进行的处理进行详细的说明。

第一计算模块，用于根据公式(1)计算每个预定时间间隔存储的压控电压：

$V_{\mathrm{hc}}=\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}}\left(i\right)/M$ 公式(1)

其中，S为在参考时钟正常时，压控电压的改变周期，M为预定时间间隔与S的商，V_hs为瞬时压控电压，V_hc为每个预定时间间隔存储的压控电压；

并且，第一计算模块还用于根据公式(2)计算起控电压：

$V_{\mathrm{hic}}=\underset{j=1}{\overset{P}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hc}}\left(j\right)/P$ 公式(2)

其中，P为最新存储的压控电压的个数，V_hc(j)为第j次存储的压控电压；

第二计算模块，用于根据公式(3)和公式(4)分别计算M*S*N/2时间段内每组压控电压的均值：

$\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}1}}=\frac{\underset{x=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}1}\left(x\right)}{N/2}$ 公式(3)

$\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}2}}=\frac{\underset{y=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}2}\left(y\right)}{N/2}$ 公式(4)

其中，N为存储的压控电压的总个数，V_hs1为第一组内压控电压的均值，V_hs2为第二组内压控电压的均值，其中，第一组内的压控电压的存储时间先于第二组内的压控电压的存储时间；并且，第二计算模块还用于根据公式(5)计算M*S*N/2时间段内的平均压差：δ₁＝V_hs2-V_hs1公式(5)，其中，δ₁为平均压差；

并且，第二计算模块还用于根据公式(6)计算压控电压补偿值：

$\mathrm{\ΔV}=\frac{F\×{\mathrm{\δ}}_1}{M\×S\×N/2}$ 公式(6)

其中，F为晶体进入时钟保持状态后压控电压的改变周期，ΔV为压控电压补偿值；

第三计算模块，用于根据公式(7)对计算的起控电压进行校准，并利用校准后的起控电压替代校准前的起控电压以用于控制模块对晶体的输出电压进行控制：

V′_hic＝V_hic+ΔV/2    公式(7)

其中，V_hic为起控电压，V′_hic为校准后的起控电压。

尽管根据以上描述，计算过程由第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块完成，但是本领域的技术人员应当理解，在实际应用过程中，可以通过单个模块或其它数量的模块完成该计算。

综上所述，借助于本发明的技术方案，能够简单方便地实现用较低指标的晶体达到较高指标的需求，提高了时钟源的稳定性，节约了成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种时钟保持方法，其特征在于，所述方法包括：

在参考时钟正常工作的情况下，计算晶体输出时钟与参考时钟的误差值，根据所述误差值利用预定控制方式获取晶体的压控电压，并以预定时间间隔保存所述压控电压；

在参考时钟异常且保存的所述压控电压满足预定条件的情况下，控制系统进入时钟保持状态，根据保存的所述压控电压计算晶体的老化特性，利用根据所述晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持；

其中，根据保存的所述压控电压计算晶体的老化特性，利用根据所述晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持的处理具体为：

计算起控电压和反映晶体老化特性的压控电压补偿值；

利用所述起控电压和所述压控电压补偿值得到所述晶体的压控电压，对所述晶体的输出频率进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以所述预定时间间隔保存所述压控电压之前，进一步包括：

设置标志位，其中，所述标志位用于标识是否能够进入所述时钟保持状态，所述标志位的初始值设置为不能够进入所述时钟保持状态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：

在以所述预定时间间隔保存所述压控电压之前，设置计数器；

在每次以所述预定时间间隔保存所述压控电压之后，所述计数器执行一次计数操作；

在所述计数器完成计数操作的次数达到预定次数后，将所述标志位设置为能够进入所述时钟保持状态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起控电压V_hic的计算方法为：

设置所述预定时间间隔为M*S，其中，每M个S秒存储一次瞬时压控电压V_hs，S为在参考时钟正常时，压控电压的改变周期；

根据公式(1)计算每个所述预定时间间隔存储的压控电压：

公式(1)，其中，V_hs为瞬时压控电压，V_hc为每个所述预定时间间隔存储的压控电压；

根据公式(2)计算起控电压：

公式(2)，其中，P为最新存储的压控电压的个数，V_hc(j)为第j次存储的压控电压。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，计算所述压控电压补偿值的处理为：

根据存储的时间顺序将存储的所述压控电压等分为两组，并根据公式(3)和公式(4)分别计算M*S*N/2时间段内每组压控电压的均值：

公式(3)、

公式(4)，其中，N为存储的所述压控电压的总个数，

为第一组内压控电压的均值，

为第二组内压控电压的均值，其中，第一组内的压控电压的存储时间先于第二组内的压控电压的存储时间；

根据公式(5)计算M*S*N/2时间段内的平均压差：

公式(5)，其中，δ₁为所述平均压差；

根据公式(6)计算所述压控电压补偿值：

公式(6)，其中，F为所述晶体进入所述时钟保持状态后压控电压的改变周期，ΔV为所述压控电压补偿值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，进一步包括：

根据公式(7)对计算的所述起控电压进行校准，并利用校准后的所述起控电压替代校准前的起控电压对所述晶体的输出电压进行控制：V′_hic＝V_hic+ΔV/2公式(7)，其中，V_hic为所述起控电压，V′_hic为校准后的所述起控电压。

7.一种时钟保持装置，其特征在于，所述装置包括：

时钟控制模块，用于在参考时钟正常工作的情况下，计算晶体输出时钟与参考时钟的误差值，根据所述误差值利用预定控制方式获取晶体的压控电压；

数据存储器，用于以预定时间间隔保存所述压控电压；

时钟保持模块，用于在参考时钟异常且所述数据存储器保存的所述压控电压满足预定条件的情况下，控制系统进入时钟保持状态，根据保存的所述压控电压计算晶体的老化特性，利用根据所述晶体老化特性获得的保持算法控制晶体，对晶体输出时钟进行保持；

其中，所述时钟保持模块进一步包括：

计算模块，用于计算起控电压和反映晶体老化特性的压控电压补偿值；

控制模块，用于利用所述起控电压和所述压控电压补偿值得到所述晶体的压控电压，对所述晶体的输出频率进行控制。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述时钟保持模块进一步包括：

设置模块，用于设置标志位，其中，所述标志位用于标识是否能够进入所述时钟保持状态，所述标志位的初始值设置为不能够进入所述时钟保持状态。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述时钟保持模块进一步包括：

计数器，用于在每次以所述预定时间间隔保存所述压控电压之后，所述计数器执行一次计数操作。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述设置模块进一步用于在所述计数器完成计数操作的次数达到预定次数后，将所述标志位设置为能够进入所述时钟保持状态。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块进一步包括：

第一计算模块，用于根据公式(1)计算每个所述预定时间间隔存储的压控电压：

公式(1)，其中，S为在参考时钟正常时，压控电压的改变周期，M为所述预定时间间隔与S的商，V_hs为瞬时压控电压，V_hc为每个所述预定时间间隔存储的压控电压；

并且，所述第一计算模块还用于根据公式(2)计算起控电压：公式(2)，其中，P为最新存储的压控电压的个数，V_hc(j)为第j次存储的压控电压；

第二计算模块，用于根据公式(3)和公式(4)分别计算M*S*N/2时间段内每组压控电压的均值：

$\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}1}}=\frac{\underset{x=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}1}\left(x\right)}{N/2}$ 公式(3)、 $\stackrel{\‾}{V_{\mathrm{hs}2}}=\frac{\underset{y=1}{\overset{N/2}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{\mathrm{hs}2}\left(y\right)}{N/2}$ 公式(4)，其中，N为存储的所述压控电压的总个数，

为第一组内压控电压的均值，

为第二组内压控电压的均值，其中，第一组内的压控电压的存储时间先于第二组内的压控电压的存储时间；

并且，所述第二计算模块还用于根据公式(5)计算M*S*N/2时间段内的平均压差：公式(5)，其中，δ₁为所述平均压差；

并且，所述第二计算模块还用于根据公式(6)计算所述压控电压补偿值：

公式(6)，其中，F为所述晶体进入所述时钟保持状态后压控电压的改变周期，ΔV为所述压控电压补偿值；

第三计算模块，用于根据公式(7)对计算的所述起控电压进行校准，并利用校准后的所述起控电压替代校准前的起控电压以用于所述控制模块对所述晶体的输出电压进行控制：V′_hic＝V_hic+ΔV/2公式(7)，其中，V_hic为所述起控电压，V′_hic为校准后的所述起控电压。

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