CN101799526A - 一种gps接收机中高精度的rtc电路的校准方法及其模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种GPS接收机中高精度的RTC电路的校准方法，采用包括测量历元部分、测量电路部分和RTC核的校准模块以及一外部处理器。测量历元部分采用GPS接收机中的精度优于采用晶振的系统时钟信号的tic脉冲信号，tic减计数器从初始值N_tic作减1计数到0，计算tic脉冲信号的周期个数，根据上述减计数器减到0时和tic脉冲信号的电平变化产生一个使能控制信号，控制一个加计数器计算在一个计数周期内RTC周期的个数。外部处理器，根据测量电路获得的数据，计算所需调整的校准参数，并将包括校准使能位的校准参数通过总线送校准参数寄存器。校准参数直接送入RTC核，转换为32分频器和1024分频器的校准数值，分别存放于校准数值寄存器，当校准使能位有效时，控制RTC计时器的32预分频器和毫秒计数器按照校准数值对RTC计数器的计数值，实现对RTC时钟高精度的调整。

Description

一种GPS接收机中高精度的RTC电路的校准方法及其模块

技术领域

本发明属于卫星定位接收技术领域，涉及一种GPS全球定位系统接收机的实时时间校准RTC的校准技术，尤其涉及一种GPS接收机中高精度的RTC电路的校准方法及其模块。

背景技术

GPS要能准确的定位，需要本地接收机提供精确的实时时间。通过GPS接收机和每个卫星之间的信号传输时间来确定伪距的测量值，从而确定卫星的准确位置。时钟的准确性直接影响到定位的准确性，时钟的精度是接收机性能的一个重要指标。GPS系统要求其提供精确的时间，但是由于基于晶体振荡器的RTC本身存在的误差因素，以及随着晶体振荡器使用时间的增长导致精度误差增大的原因，会导致RTC提供的时间不准确，因而对RTC要定时进行时间的调整，提高RTC提供时间的准确度和精度。

目前，已有多种方法对GPS接收机中的RTC时钟时间进行精度的调整，SIRF技术公司提出的用于低功率运行期间全球定位系统信号获取的校准RTC，只考虑晶体振荡器RTC对温度的敏感性，使用由低功率时间保持电路提供的对实际工作温度校正的时间和来自该GPS时钟温度/频率表格的数据，来重新校准来自GPS接收机中晶体振荡器的时钟时间，这种基于RTC温度敏感性的时钟时间校正存在较大的局限性缺陷。

已有技术公开的一项申请号为200610113980.1，名称为“实时时钟的校准电路”的发明专利，通过硬件电路来计算RTC的校准参数。这种基于实时时钟的校准电路的校准方法，虽然避免了对系统处理器的触发，但是它存在明显的缺陷：①增加了RTC的电路结构；②同时要增加芯片面积和功耗；③由于RTC采用独立的电源，该方法会减少电源的工作时间。

还有许多方法中都是采用系统时钟来测量RTC信号周期，然而，系统时钟本身也存在精度的问题，虽然此种方法对提高RTC的实时时钟精度有一定的作用，但该方法不仅增加了触发系统的次数，而且提高RTC的实时时钟精度的效果欠佳。

综上所述，几项已有技术存在时钟时间校正的局限性较大，生产成本增加，RTC电路的芯片面积和功耗加大以及增加对系统处理器的触发次数，提高RTC的实时时钟精度的效果欠佳等诸方面的缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术中存在的时钟时间校正的局限性较大，产品成本较高，RTC电路的芯片面积和功耗加大以及增加对系统处理器的触发次数，提高RTC的实时时钟精度的效果欠佳等诸方面的缺陷，提出一种通过外部处理器计算RTC校准参数的、GPS接收机中高精度的RTC电路的校准方法，并公开一种采用该方法的校准模块。本发明的目的是通过以下的技术方案来实现。

一种GPS接收机中高精度的RTC电路的校准方法，包括以下步骤：

(1)设置一个GPS接收机中高精度的实时时钟电路RTC的校准模块；该校准模块采用GPS接收机中的tic脉冲信号对历元作高精度测量，并对RTC的周期作精确调整；

(2)在校准模块之外设置一个外部处理器，由外部处理器设定一个不为0的初始值N_tic，N_tic为测量历元部分计算tic周期个数之减计数器的初始值；

(3)设定包括N_tic个测量历元周期T_tic的时间为一个计数周期时间；

(4)在校准模块中设置一个减计数器，用减计数器计算tic脉冲信号周期的个数，减计数器从初始值N_tic开始减1，直到减到0为止，共计算有N_tic个tic脉冲信号周期；若取使能信号高电平有效，取clk时钟和tic脉冲信号的上升沿，则使能信号初始值为低电平，在校准模块的时钟上升沿同时检测减计数器的值和tic脉冲信号的上升沿，当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为N_tic的时候，使能信号拉高。当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值不为0的时候，使能信号保持有效；当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为零时，使能信号拉低，产生一个计数周期的使能控制信号，该使能控制信号有效时间为N_tic个tic脉冲信号周期，同时减计数器的值保持为零；当需要重新计算较准参数时，外部处理器重新给减计数器赋值N_tic；

(5)在校准模块中设置一个加计数器，用(4)中的一个计数周期的使能控制信号控制加计数器计数，精确计算在一个计数周期内RTC时钟信号周期的个数；

(6)外部处理器计算

a.RTC时钟信号的实际频率f按公式(1)计算：

$f=\frac{N_{\mathrm{rclk}}}{N_{\mathrm{tic}}{T}_{\mathrm{tic}}}---\left(1\right)$

b.经过N_rclk个RTC时钟周期后，所需要补偿的RTC时钟周期的个数x：

$x=A\frac{f-f_0}{f_0}---\left(2\right)$

式中：f₀为RTC时钟的理想频率，为32768Hz，A值为一次RTC时钟校准时间间隔值即一个校准周期，在RTC核中已设定；x为计算中取整的数值，计算中的小数采取四舍五入；

(7)外部处理器将需要补偿的毫秒次数以及一校准使能位送回到校准模块，存放于校准参数寄存器中；

(8)RTC核将需要补偿的RTC时钟周期的个数x转换成需要补偿的预分频值和需要补偿的毫秒的次数；

(9)根据实际需要或人工置位，送入RTC核的校准使能位有效时，每到一个RTC时钟校准时间间隔A，RTC核就根据校准参数寄存器中的校准参数，进行一次RTC时钟的精度调整；如果该校准使能位无效，则不进行RTC时钟的精度调整。

所述方法构成的GPS接收机中高精度RTC电路的校准模块，其校准模块包括依次连接的测量历元部分、测量电路部分和RTC核；RTC核由依次连接的自动校准电路部分以及RTC计时部分组成；RTC核的自动校准部分与测量电路部分相连；测量电路部分通过总线与外部处理器相连接；测量历元部分与GPS接收机tic脉冲信号源相连接；RTC核的校准参数由外部处理器来完成计算，因而能大量减少RTC核的计算量，使RTC核芯片的面积和功耗得以有效减少，在独立电源供电时，能工作更长的时间。

所述的校准模块，其测量历元部分的参考信号输入端连接GPS接收机中的tic脉冲信号输出端，测量历元部分以GPS接收机中的tic脉冲信号为参考信号作RTC测量；tic脉冲信号是经过精度调整的信号，tic脉冲信号的精度高于系统时钟的精度，测量历元部分用它对RTC进行测量，能获得更精确的RTC时钟精度校准。

所述的校准模块，其测量电路部分包括一个tic脉冲信号减计数器、使能控制信号生成器、一个Rclk加计数器和一个校准参数寄存器；其中：

tic脉冲信号减计数器连接外部处理器，由外部处理器用设定的初始值N_tic给它赋值，该初始值N_tic是测量电路部分计算tic脉冲信号周期个数的减计数器的初始值，减计数器的初始值N_tic是根据GPS接收机实际所能接受的误差范围来确定。tic脉冲信号减计数器的计数信号端通过接口总线与外部处理器相连接，减计数器的输出端连接使能控制信号生成器的输入端；使能控制信号生成器的输出端连接rclk加计数器的计数信号端；rclk加计数器的输出端通过接口总线连接外部处理器。

所述的校准模块，其使能控制信号生成器为时序逻辑信号生成器，使能控制信号生成器以校准模块测量电路部分的时钟clk作定时检测：若取使能信号高电平为有效，取clk时钟和tic脉冲信号的上升沿，则使能信号初始值为低电平。当校准模块的时钟上升沿同时检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为N_tic时，使能控制信号电平升高，使能控制信号为有效；当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值不为0时，使能信号保持有效；当校准模块的时钟上升沿，同时检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为零时，使能控制信号电平拉低，使能控制信号为无效；使能控制信号从有效转变为无效，使能控制信号的有效时间宽度为一个计数周期；该使能控制信号用来控制加计数器计算RTC时钟周期的个数Nrclk值。从而保证在测量历元的任何时间写入减计数器的初始值都能够在N_tic个完整tic脉冲信号周期的减计数范围内计算RTC时钟信号的周期个数。

所述的校准模块，其所述外部处理器通过总线连接测量电路部分，外部处理器从测量电路部分的Rclk加计数器读取RTC时钟信号周期个数值N_rclk，计算校准参数：

1)按公式(1)计算出RTC时钟信号的实际频率f；

2)再按公式(2)计算出经过若干个RTC时钟周期后，所需要补偿的RTC时钟周期的个数x；按公式(2)计算x取整数值，计算中的小数采用四舍五入。

所述的校准模块，其外部处理器通过总线连接测量电路部分的rclk加计数器和校准参数寄存器，外部处理器将计算得到的校准参数通过总线返回测量电路部分的校准参数寄存器；

所述的校准参数包括所需要补偿的RTC时钟的数值和校准使能位；

所述的校准使能位是通过自动或人工对外部处理器置值，用以确定是否对RTC进行一次精度的调整。

外部处理器每次计算得到的校准参数送校准参数寄存器中保，直到下次测量得到的新的校准参数送入校准参数寄存器，将校准参数更新。在RTC核精度调整的校准使能位有效的情况下，每到调整的时间间隔，RTC核就根据该寄存器中的校准参数进行一次精度调整。

校准参数的计算是在外部处理器中完成，将x值除以32，整数部分为需要补偿的毫秒的次数，余数部分则为需要补偿的预分频值。

所述的校准模块，其所述RTC核的自动校准电路部分包括校准使能位寄存器、32预分频校准数值寄存器和1024预分频校准数值寄存器；所述RTC核的RTC计时部分包括依次连接的32预分频计数器、毫秒计数器和RTC计时器；

校准使能位寄存器、32预分频校准数值寄存器和1024预分频校准数值寄存器与测量电路部分的校准参数寄存器的输出端相连接，32预分频校准数值寄存器和1024预分频校准数值寄存器分别连接RTC计时部分的32预分频计数器和毫秒计数器的计数信号端，校准使能位寄存器连接RTC计时部分的32预分频计数器和毫秒计数器的计数控制端；

由校准使能位、32预分频校准数值和1024预分频校准数值三部分信息构成完整的校准参数值；

在校准使能位有效时，每到校准时间间隔A时，32预分频寄存器所存校准数值加到32预分频计数器；1024预分频寄存器所存校准数值加到毫秒计数器；

在校准使能位无效时，32预分频寄存器所存校准数值不被加到32毫秒计数器；1024预分频寄存器所存校准数值不被加到毫秒计数器。

显而易见，本发明方法精度调整只是调整预分频的次数和RTC时钟周期的毫秒的次数，没有调整时钟的秒及其秒以上的时钟信号，因而在读取时间值时，不会产生较大的偏差。

测量历元部分是采用GPS中的tic脉冲信号为参考信号，GPS接收机中的tic脉冲信号是经过精度调整，因此tic的精度比一般的系统时钟精度更高，能对RTC时钟周期进行更精确的测量与精度调整。

选定测量历元的参考信号后，需要测量若干个测量历元周期中的RTC的周期个数，并根据实际RTC校准所能接受的误差范围，确定测量部分计算测量历元的周期个数的减计数器初始值N_tic，初始值N_tic通过外部处理器初始化设定。通过测量历元部分的tic脉冲信号检测在N_tic个单位脉冲周期里RTC时钟信号下降沿的个数N_rclk，根据脉冲信号tic由误差表达式可知，N_tic越大，误差越小。

当N_tic＝9′h1ff时，|Δδ_N-max|＝|±0.59721ppm|＞0.5ppm；

当N_tic＝10′h3ff时，|Δδ_N-max|＝|±0.29831ppm|＜0.5ppm。

为了提高RTC校准精度，使误差小于0.5ppm，设置测量历元的周期个数的减计数器初始值N_tic至少为10位字长的二进制数。根据设定的初始值N_tic，测量若干个测量历元周期中的RTC的周期个数，该减计数器从初始值N_tic开始减数，直到减到0为止。

同时通过计算测量历元周期个数的减计数器以及测量历元的上升沿或者下降沿来产生一个使能控制信号，用该使能控制信号来控制计算RTC时钟信号周期个数的加计数器的工作，以保证在测量历元的任一时间写入减计数器的初始值N_tic都能够在N_tic个完整周期个数的减计数范围内计算RTC时钟信号的周期个数N_rclk，即计数获得在N_tic个测量历元周期中RTC时钟信号周期的个数N_rclk；并将该RTC时钟信号周期个数值N_rclk返回送到外部处理器中，由外部处理器根据值下式该N_rclk值计算出rclk时钟信号的实际频率f：

再由外部处理器计算出经过若干个的RTC时钟周期后，所需要补偿的RTC时钟周期的个数

其中f₀为rclk时钟的理想频率；在外部处理器进行运算时，对于小数采用四舍五入的方法，以进一步减小误差；并由外部处理器将需要补偿的RTC时钟周期的个数转换成需要补偿的预分频和毫秒的次数，并返回到RTC核中。这里通过外部处理器来计算需要调整的次数，既减少了RTC核的计算量，也减少了RTC核的功耗和芯片面积；进行精度调整时，只调整预分频和时钟的毫秒次数，同时返回到RTC核中的数据还包括RTC核精度调整的校准使能位，通过该校准使能位能方便的控制RTC的精度调整。并且该使能信号和上述返回的调整次数值能够保存在外部处理器的寄存器中，直到下次测量得到的新的调整参数返回存入到寄存器时将其刷新。每到RTC核调整的时间间隔，只要RTC核精度调整的使能信号有效，RTC核就根据该寄存器中的调整参数进行一次精度调整。

RTC核调整的时间间隔在RTC核中预先确定。令RTC时钟理想的频率为f₀，RTC时钟的实际频率f＝f₀(1+δ)，则每个RTC时钟周期调整的预分频的次数

假设，经过A个RTC时钟周期对时钟进行一次调整，所需调整的预分频的次数为x，x＝Aδ。由于在进行除法运算时，只取整数部分，通过四舍五入，忽略小数部分，因而

其中x′为x四舍五入后的整数部分。通过校准引起的δ误差为：

由x四舍五入引起的最大误差是±0.5，所以

理论上，A越大，误差越小。A＝30秒时，|Aδ_x-max|＝|±0.50863ppm|＞0.5ppm，A＝1分钟时，|Δδ_x-max|＝|±0.25431ppm|＜0.5ppm，因而选择调整的时间间隔应大于30秒。

若考虑δ＝20ppm时，经过A个rclk周期对时钟进行一次调整，设所需调整的预分频的次数为x，则有AT₀＝(A+x)T，

当A＝1小时时，x＝2359.296＝23*32+73。当A＝1天时，x＝56623.10＝15*32+1769。由于设计RTC核时，预分频的次数为32和1024次，而1769大于1024，此时需要调整秒计数，此时偏差较大，是不可取的。综上所述，一次调整的时间间隔选择为1分钟～1小时比较合适。

本发明实质性效果：

(1)本发明提供的一种GPS接收机中的高精度的RTC电路的校准方法和校准模块，通过外部处理器计算调整校准参数，克服已有技术RTC采用晶体振荡器本身存在的误差以及晶体振荡器受温度变化引起RTC校准的误差。

(2)本发明采用外部处理器来计算调整参数，对RTC时钟周期实现高精度的调整，避免在RTC核中增加额外的电路，能大量减少了RTC核的计算量，使RTC核芯片的面积和功耗得以有效减少，在独立电源供电时，能工作更长的时间。

(3)本发明中测量历元采用GPS接收机中的tic脉冲信号，该信号精度高于系统时钟精度，采用该信号能够更精确的测量计算和补偿RTC的时钟周期。

(4)本发明采用32和1024两级预分频，在RTC精度调整时，只调整32预分频的次数和RTC时钟周期的毫秒的次数，无需调整对RTC时钟作秒及秒以上的调整，加快了调整速度，因而在读取校准参数和调整RTC时钟周期值时间极短，不会产生时间偏差，从而保证在校准使能位控制下，按照外部处理器计数得到的校准参数进行高精度的RTC时钟校整。

附图说明

图1是采用本发明方法的GPS接收机中RTC校准电路构成示意框图；图1中：10-校准模块、11-测量历元部分、12-测量电路部分、13-RTC核、131-自动校准电路部分、132-RTC计时部分、14-外部处理器。

图2是本发明GPS接收机中RTC校准模块实施例的具体电路结构示意框图；

图2中：20-RTC校准模块、21-测量历元部分、22-测量电路部分、23-RTC核、231-自动校准电路部分、232-RTC计时部分、200-来自GPS接收机的tic脉冲信号、201-总线、202-tic脉冲信号减计数器、203-使能控制信号生成器、204-rclk加计数器、205-校准参数寄存器、206-校准使能位寄存器、207-32预分频及校准参数寄存器、208-1024预分频及校准参数寄存器、209-32预分频计数器、210-毫秒计数器、211-RTC计时器。

图3是本发明GPS接收机中RTC校准模块实施例RTC校准流程图。

具体实施方式

图1给出GPS接收机中RTC校准电路构成示意框图。从图中可以看出RTC校准模块10由依次连接的测量历元部分11、测量电路部分12、RTC核13组成，RTC核13包括依次连接的自动校准电路部分131和RTC计时部分132，RTC校准电路还包括一个外部处理器14。外部处理器14与校准模块的测量历元部分11、测量电路部分12以及RTC核13相连。测量历元部分11连接GPS接收机中tic脉冲信号源，它的测量是以tic脉冲信号为参考信号。由外部处理器14发出的校准使能位连接RTC核13，校准使能位控制

下面以实施例结合附图进一步具体描述本发明的技术方案。

实施例1

图2是本发明提供的一个GPS接收机中RTC校准电路实施例的具体结构示意图。RTC校准模块20由测量历元部分21、测量电路部分22、RTC核23组成。测量历元部分21的参考信号端接收来自GPS接收机的tic脉冲信号，其输出连接测量电路部分22。测量电路部分22包括tic脉冲信号减计数器简称减计数器202、使能控制信号生成器203、rclk加计数器简称加计数器204和校准参数寄存器205。测量历元部分21的输出信号送减计数器202作tic周期T_tic计数，用测量部分的时钟clk对tic信号作时序检测，如在clk上升沿检测到tic上升边沿时减计数器202减1。减计数器202的值和tic的上升沿共同决定使能控制信号生成器203的状态，减计数器值不为0，并且在tic的上升沿，使能控制信号为有效，减计数器值为0，并且在tic的上升沿，使能控制信号为无效，该使能控制信号接到加计数器204，控制加计数器对RTC时钟信号计数。测量电路部分22通过总线201连接外部处理器14。

RTC核23由自动校准电路部分231和RTC计时部分232组成。自动校准电路部分231包括校准使能位寄存器206、32预分频器及校准数值寄存器207、1024预分频器及校准数值寄存器208，还有分频器晶振时钟，两个校准数值寄存器连接校准参数寄存器205，校准使能位寄存器206连接来自GPS接收机的RTC校准控制开关。RTC计时部分232包括32预分频计数器209、毫秒计数器210和RTC计时器211。32预分频校准数值寄存器207和1024预分频校准数值寄存器208分别连接32预分频计数器209和毫秒计数器210，32预分频计数器209、毫秒计数器210的控制端和RTC计时器211依次连接。校准使能位寄存器206分别接到32预分频计数器209和毫秒计数器210的控制端，该校准使能位控制32预分频计数器209和毫秒计数器210是否计数，也就控制RTC计时器211的计时和RTC时钟的精度校准。

RTC校准电路校准流程图如图3所示。当启动RTC校准电路对RTC进行校准时，步骤S301，通过外部处理器14对测量电路部分初始化设置N_tic和A值；步骤S302，外部处理器14给tic脉冲信号减计数器简称减计数器202的初始值赋值为N_tic；步骤S303，减计数器202开始以tic脉冲信号计数；步骤S304，来一个tic脉冲信号，减计数器202减1，并判断(减计数器当前值)-1＝0？；若(减计数器当前值)-1＝0，进入步骤S305，让使能控制信号生成器的使能控制信号无效，转步骤S308，读取rclk加计数器204简称加计数器的数值，送步骤S309处理；在步骤S309，读取加计时器的计数值经总线201送外部处理器14计算，得到补偿RTC时钟周期数x值；进入步骤S310，外部处理器14把计算得到的补偿RTC时钟周期数x值，转换成32预分频的校准数值以及1024预分频的校准数值；到步骤S311，外部处理器14再把转换成32预分频以及1024预分频的校准数值，返回到校准模块20，存入测量电路部分的校准参数寄存器205；进入步骤S312，校准数值分存入RTC核的自动校准电路部分的32预分频寄存器207和1024预分频寄存器208中，并且将校准数值中的较准控制位的值存入校准使能位寄存器。若校准使能位有效，将32预分频寄存器207的数值在达到校准周期时加到32预分频计数器209，将1024预分频寄存器208的数值在达到校准周期时加到毫秒计数器210；最后步骤S313，由校准后的32预分频计数器值以及毫秒计数器值，送到RTC计时器211，完成一次RTC时钟精度校准。

在步骤S304，来一个tic脉冲信号，减计数器202减1，并判断(减计数器当前值)-1＝0？；若(减计数器当前值)-1不为0，则转步骤S303，减计数器202继续用tic脉冲信号减数；同时，在步骤S306，此时使能控制信号生成器203的使能控制信号有效；进入步骤S307，有效的使能控制信号允许加计数器按输入的RTC时钟信号加1计数，直到减计数器作完N_tic个减数，使能控制信号转为无效时，加计数器停止计数，在步骤S308，读取的加计数器值，就完成在一个计数周期即N_tic个tic脉冲信号周期内计算RTC时钟信号个数的N_rclk值。

外部处理器14给减计数器202赋值的初始值N_tic，通常它是一个不小于10位字长的二进制数值，并且每位的值置1。减计数器202从初始值N_tic开始，用tic脉冲信号作减1计数，同时，在使能控制信号生成器203，以测量电路部分22的时钟clk定时检测：若取使能信号高电平有效；取时钟，tic脉冲信号，rclk时钟信号的上升沿；则使能信号初始值为低电平，外部处理器14给减计数器202赋初值N_tic。在clk时钟上升沿同时检测减计数器的值和tic脉冲信号的上升沿，当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器202的值为N_tic时，使能信号拉高有效，加计数器204开始作加1计数，在tic的上升沿检测到rclk的上升沿时，加计数器204加1。在clk时钟上升沿检测到tic脉冲信号的上升沿，并且减计数器202的值不为0时，使能信号一直有效，当在clk时钟上升沿检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为0的时候，使能信号拉低，转为无效，减计数器停止减数，共计到N_tic个tic脉冲信号周期数值，加计数器204也停止加数，共计到N_rclk个RTC时钟信号周期数值，N_rclk是一个实际计数值。当使能信号无效时，外部处理器14读取加计数器204的计数值N_rclk，并公式(1)和公式(2)进行计算以及换算，得出在一个计算周期内RTC时钟需要调整的个数x值，包括RTC时钟所需要调整的32预分频的个数和1毫秒的个数的校准参数，外部处理器14并将该校准参数通过接口总线，存入测量电路部分的校准参数寄存器205。校准参数寄存器205又将校准参数送到自动校准电路部分131，按照32预分频值和1024预分频值，将RTC时钟需要调整的个数x值转换成32预分频的个数和1024分频的个数，并分别存入32预分频值寄存器208和1024预分频值寄存器209。如果通过外部处理器将校准使能位207置为有效时，RTC核就对RTC时钟进行精度的调整，否则，即使32预分频值寄存器208和1024预分频值寄存器209中有需要调整的值，RTC核仍然不对RTC时钟进行精度的调整。207、208、209中的校准数值一直保持直到有新的校准数值存入而被刷新。通常，RTC核根据207、208、209中三部分的校准数值，如果较准控制位207有效，则每隔时间间隔A值，自动对RTC时钟进行一次精度调整。如果较准控制位207无效，就不对RTC时钟进行精度调整。这样RTC计时器部分的RTC计时器保持很高的精度，并且RTC时钟不会出现需要秒级以上的调整，校准模块的RTC核中不用额外配置秒级分频器、寄存器和秒计数器的电路，能进一步减小芯片面积和节省功耗，利用好本方法配置的资源，就能完成高精度的RTC时钟校准。

通过外部处理器将一个有效的校准使能位加到RTC核23的校准使能位寄存器206，该有效的校准使能位控制RTC核23自动执行RTC校准。该校准使能位控制32预分频计数器209和毫秒计数器210按照校准参数实现计数，校准参数值被分解为若干个32预分频值和若干1毫秒值，若干个32预分频值直接送32预分频计数器209，若干1毫秒直接送毫秒计数器210。32预分频计数器和毫秒计数器210输出的毫秒值对RTC计时器进行RTC时钟信号周期完成高精度的调整。当外部处理器将无效的校准使能位加到RTC核23的校准使能位寄存器206，该校准使能位控制需要补偿的32预分频值和毫秒值不加到32预分频计时器209和毫秒计数器210，RTC核23停止执行RTC校准。

实施例2

RTC核23的校准使能位寄存器206的校准使能位固定置于“有效”，每到时间间隔A值，该有效的校准使能位控制RTC核23自动执行RTC校准。

以上所述方法，仅以实施实例作具体描述，任何熟悉此类技术者运用本发明方法对GPS接收机中RTC校准模块所作的修饰、变化，皆属本发明主张的专利范围，而不限于上述的实例。

Claims (10)

1.一种GPS接收机中高精度的RTC电路的校准方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)设置一个GPS接收机中高精度的实时时钟电路RTC的校准模块；该校准模块采用GPS接收机中的tic脉冲信号对历元作高精度测量，并对RTC的周期作精确调整；

(2)在校准模块之外设置一个外部处理器，由外部处理器设定一个不为0的初始值N_tic，N_tic为测量历元部分计算tic周期个数之减计数器的初始值；

(3)设定包括N_tic个测量历元周期T_tic的时间为一个计数周期时间；

(4)在校准模块中设置一个减计数器，用减计数器计算tic脉冲信号周期的个数，减计数器从初始值N_tic开始减1，直到减到0为止，共计算有N_tic个tic脉冲信号周期；若取使能信号高电平有效，取clk时钟和tic脉冲信号的上升沿，则使能信号初始值为低电平，在校准模块的时钟上升沿同时检测减计数器的值和tic脉冲信号的上升沿，当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为N_tic的时候，使能信号拉高。当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值不为0的时候，使能信号保持有效；当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为零时，使能信号拉低，产生一个计数周期的使能控制信号，该使能控制信号有效时间为N_tic个tic脉冲信号周期，同时减计数器的值保持为零；当需要重新计算较准参数时，外部处理器重新给减计数器赋值N_tic；

(5)在校准模块中设置一个加计数器，用(4)中的一个计数周期的使能控制信号控制加计数器计数，精确计算在一个计数周期内RTC时钟信号周期的个数；

(6)外部处理器计算

a.RTC时钟信号的实际频率f按公式(1)计算：

$f=\frac{N_{\mathrm{rclk}}}{N_{\mathrm{tic}}{T}_{\mathrm{tic}}}---\left(1\right)$

b.经过N_rclk个RTC时钟周期后，所需要补偿的RTC时钟周期的个数x：

$x=A\frac{f-f_0}{f_0}---\left(2\right)$

式中：f₀为RTC时钟的理想频率，为32768Hz，A值为一次RTC时钟校准时间间隔值即一个校准周期，初始化设定；x为计算中取整的数值，计算中的小数采取四舍五入；

(7)外部处理器将需要补偿的毫秒次数以及一校准使能位送回到校准模块，存放于校准参数寄存器中；

(8)RTC核将需要补偿的RTC时钟周期的个数x转换成需要补偿的预分频值和需要补偿的毫秒的次数；

(9)根据实际需要或人工置位，送入RTC核的校准使能位有效时，每到一个RTC时钟校准时间间隔A，RTC核就根据校准参数寄存器中的校准参数，进行一次RTC时钟的精度调整；如果该校准使能位无效，则不进行RTC时钟的精度调整。

2.根据权利要求1所述方法构成的GPS接收机中高精度RTC电路的校准模块，其特征在于校准模块包括依次连接的测量历元部分、测量电路部分和RTC核；RTC核由依次连接的自动校准电路部分以及RTC计时部分组成；RTC核的自动校准部分与测量电路部分相连；测量电路部分通过总线与外部处理器相连接；测量历元部分与GPS接收机tic脉冲信号源相连接；RTC核的校准参数由外部处理器来完成计算，因而能大量减少RTC核的计算量，使RTC核芯片的面积和功耗得以有效减少，在独立电源供电时，能工作更长的时间。

3.根据权利要求2所述的校准模块，其特征在于测量历元部分的参考信号输入端连接GPS接收机中的tic脉冲信号输出端，测量历元部分以GPS接收机中的tic脉冲信号为参考信号作RTC测量；tic脉冲信号是经过精度调整的信号，tic脉冲信号的精度高于系统时钟的精度，测量历元部分用它对RTC进行测量，能获得更精确的RTC时钟精度校准。

4.根据权利要求2或3所述的校准模块，其特征在于测量电路部分包括一个tic脉冲信号减计数器、使能控制信号生成器、一个Rclk加计数器和一个校准参数寄存器；其中：

tic脉冲信号减计数器连接外部处理器，由外部处理器用设定的初始值N_tic给它赋值，该初始值N_tic是测量电路部分计算tic脉冲信号周期个数的减计数器的初始值，tic脉冲信号减计数器的计数信号端通过接口总线与外部处理器相连接，减计数器的输出端连接使能控制信号生成器的输入端；使能控制信号生成器的输出端连接rclk加计数器的计数信号端；rclk加计数器的输出端通过接口总线连接外部处理器。

5.根据权利要求2或3所述的校准模块，其特征在于所述使能控制信号生成器为时序逻辑信号生成器，使能控制信号生成器以校准模块测量电路部分的时钟clk作定时检测：当校准模块的时钟上升沿同时检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为N_tic时，使能控制信号电平升高，使能控制信号为有效；当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值不为0时，使能信号保持有效；当校准模块的时钟上升沿，同时检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为零时，使能控制信号电平拉低，使能控制信号为无效；使能控制信号从有效转变为无效，其有效时间宽度为一个计数周期的；该使能控制信号用来控制加计数器计算RTC时钟周期的个数Nrclk值。

6.根据权利要求4所述的校准模块，其特征在于所述使能控制信号生成器为时序逻辑信号生成器，使能控制信号生成器以校准模块测量电路部分的时钟clk作定时检测：当校准模块的时钟上升沿同时检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为N_tic时，使能控制信号电平升高，使能控制信号为有效；当检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值不为0时，使能信号保持有效；当校准模块的时钟上升沿，同时检测到tic脉冲信号的上升沿，同时减计数器的值为零时，使能控制信号电平拉低，使能控制信号为无效；使能控制信号从有效转变为无效，其有效时间宽度为一个计数周期的；该使能控制信号用来控制加计数器计算RTC时钟周期的个数Nrclk值。

7.根据权利要求2或3或6所述的校准模块，其特征在于所述外部处理器通过总线连接测量电路部分，外部处理器从测量电路部分的Rclk加计数器读取RTC时钟信号周期个数值N_rclk，计算校准参数：

1)按公式(1)计算出RTC时钟信号的实际频率f；

2)再按公式(2)计算出经过若干个RTC时钟周期后，所需要补偿的RTC时钟周期的个数x；按公式(2)计算x取整数值，计算中的小数采用四舍五入。

8.根据权利要求5所述的校准模块，其特征在于校准模块的测量电路部分通过总线连接外部处理器，外部处理器从测量电路部分的Rclk加计数器读取RTC时钟信号周期个数值N_rclk，计算校准参数：

1)按公式(1)计算出RTC时钟信号的实际频率f；

2)再按公式(2)计算出经过若干个RTC时钟周期后，所需要补偿的RTC时钟周期的个数x；按公式(2)计算x取整数值，计算中的小数采用四舍五入。

9.根据权利要求2或6或8所述的校准模块，其特征在于所述外部处理器通过总线连接测量电路部分的rclk加计数器和校准参数寄存器，外部处理器将计算得到的校准参数通过总线返回测量电路部分的校准参数寄存器；

所述的校准参数包括所需要补偿的RTC时钟的数值和校准使能位；外部处理器每次计算得到的校准参数送校准参数寄存器中保存，直到下次测量得到的新的校准参数送入校准参数寄存器，将校准参数更新；

所述的校准使能位是通过自动或人工对外部处理器置值，用以确定是否对RTC进行一次精度的调整。

10.根据权利要求2或6或8所述的校准模块，其特征在于：

所述RTC核的自动校准电路部分包括校准使能位寄存器、32预分频校准数值寄存器和1024预分频校准数值寄存器；

所述RTC核的RTC计时部分包括依次连接的32预分频计数器、毫秒计数器和RTC计时器；

校准使能位寄存器、32预分频校准数值寄存器和1024预分频校准数值寄存器与测量电路部分的校准参数寄存器的输出端相连接，32预分频校准数值寄存器和1024预分频校准数值寄存器分别连接RTC计时部分的32预分频计数器和毫秒计数器的计数信号端，校准使能位寄存器连接RTC计时部分的32预分频计数器和毫秒计数器的计数控制端；

由校准使能位、32预分频校准数值和1024预分频校准数值三部分信息构成完整的校准参数值；

在校准使能位有效时，每到校准时间间隔A时，32预分频寄存器所存校准数值加到32预分频计数器；1024预分频寄存器所存校准数值加到毫秒计数器；

在校准使能位无效时，32预分频寄存器所存校准数值不被加到32毫秒计数器；1024预分频寄存器所存校准数值不被加到毫秒计数器。

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