CN103324080A

CN103324080A - 卫星驯服铷钟卡

Info

Publication number: CN103324080A
Application number: CN2012100728594A
Authority: CN
Inventors: 马恩云; 张斌; 许文靓; 孙娴; 朱良
Original assignee: BEIJING FANHUA HENGXING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Beijing Fanhua Hengxing Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2012-03-19
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2032-03-19
Also published as: CN103324080B

Abstract

本发明涉及一种卫星驯服铷钟卡，所述卫星驯服铷钟卡包括GPS接收模块、铷钟模块、可编程控制模块和时钟信号输入输出模块，所述GPS接收模块用于接收GPS信号，所述铷钟模块用于产生经GPS信号校准后的本地时钟信号并在GPS失锁后保持守时，所述可编程控制模块用于对GPS信号进行解码，以及将从铷钟模块接收到的本地时钟信号与解码后的GPS信号进行校准并产生校准后的时钟信号同时反馈给铷钟模块，所述铷钟模块还用于将校准后的时钟信号发送给所述时钟信号输入输出模块进行多路输出。通过本发明优化的设计和结构，该卫星驯服铷钟卡具有输出时钟频率精度高、校准时间短和频率输出信号多等优点。

Description

卫星驯服铷钟卡

技术领域

[01]本发明涉及一种卫星驯服铷钟卡。

背景技术

[02]一般同步时钟卡，多采用温补晶振或恒温晶振作为基准时钟，其频率精度多＞2E-9左右，在没有GPS校准的情况下，使得系统所输出时钟的长时稳定性较差，且其能够提供的数字频率合成器(数字频率合成器)频率输出范围有限；带GPS的同步类产品，虽然经过GPS校准可以达到较理想的时钟精度，但是校频算法复杂，所需校频时间较长，开机48小时后才能达到较理想的频率准确度。

[03]同步时钟卡类产品主要有三个重要的性能指标，一个是无论GPS失锁或同步状态下所能提供的时钟频率精度；一个是达到此频率精度所需的校准时间；另外是同步时钟卡除基准时钟外所能提供的频率信号输出。所以如何提高时钟频率精度、缩短时钟的校频时间、提供尽可能多的频率信号输出是同步时钟卡类产品需要解决的重要技术问题。

发明内容

[04]鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于解决现有技术的缺陷，提供了一种卫星驯服铷钟卡。

[05]为实现上述目的，本发明提供了一种卫星驯服铷钟卡，包括GPS接收模块、铷钟模块、可编程控制模块和时钟信号输入输出模块，GPS接收模块用于接收GPS信号，铷钟模块用于产生经GPS信号校准后的本地时钟信号并在GPS失锁后保持守时，可编程控制模块用于将GPS信号进行解码，以及将从铷钟模块接收到的本地时钟信号与解码后的GPS信号进行校准并产生校准后的时钟信号同时反馈给铷钟模块，铷钟模块还用于将校准后的时钟信号发送给所述时钟信号输入输出模块进行多路输出。

[06]优选的，可编程控制模块包括GPS信息解码/时间码生成器模块、频率校准逻辑模块以及数字频率合成器控制逻辑模块，GPS信息解码/时间码生成器模块接收GPS接收模块发送的GPS信号进行解码并发送给频率校准逻辑模块，频率校准逻辑模块接收本地时钟信号和解码后的GPS信号，并通过解码后的GPS信号对本地时钟信号进行校准，并将校准后的时钟信号反馈给铷钟模块。

[07]优选的，卫星驯服铷钟卡还包括用于与PXI(PCI eXtensions forInstrumentation，PCI仪器扩展)系统连接的PXI总线，PXI总线与可编程控制模块相连接。

[08]优选的，可编程控制模块还包括PXI触发模块以及PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连)接口模块，PXI触发模块和PCI接口模块分别与PXI总线相连。

[09]优选的，GPS接收模块通过板卡外部连接的GPS天线接收GPS信号之后将该GPS信号分别输入到GPS信息解码/时间码生成器模块和频率校准逻辑模块中。

[10]优选的，铷钟模块产生的时钟信号通过与输入到频率校准逻辑模块中的GPS信号的校准后产生方波信号，方波信号经过时钟信号输入输出模块后形成同相位的三路时钟信号。

[11]优选的，同相位的三路时钟信号中的一路时钟信号作为反馈时钟送入到可编程控制模块中的频率校准逻辑模块，与GPS接收模块上接收到的GPS信号共同完成频率校准，同时经过分频后产生本地的1PPS脉冲信号输送到前面板并输出1PPS脉冲信号(秒脉冲信号)。

[12]优选的，卫星驯服铷钟卡还包括用于进行数字信号处理的数字频率合成器模块以及用于进行信号滤波的低通滤波器模块，数字频率合成器模块与数字频率合成器逻辑控制模块、所述时钟信号输入输出模块以及所述低通滤波器模块相连。

[13]优选的，同相位的三路时钟信号中的另一路时钟信号倍频到25MHz，作为数字频率合成器模块的参考时钟信号接入到数字频率合成器模块上，经设置于可编程控制模块中的数字频率合成器控制逻辑模块中的锁相环形成500MHz的控制时钟信号，数字频率合成器模块输出的正弦信号通过低通滤波器模块后输送到前面板。

[14]与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果中的一项或者几项：

[15]1.本发明的卫星驯服铷钟卡，采用高精度铷原子钟，本身的时钟精度达到2E-11，即使在GPS失锁后时钟进入守时阶段，其频率准确度在一段时间内仍保持在一定的水平。

[16]2.本发明的卫星驯服铷钟卡，采用GPS卫星对铷钟进行校频，通过GPS卫星的长时稳定性实时地对本地铷钟进行校准，使得本地时钟的频率漂移得到实时修正，其频率准确度可基本达到与卫星系统一致的程度，从而使本地时钟达到一定的精度。

[17]3.本发明的卫星驯服铷钟卡，将系统的平均校准时间缩短了1倍，在系统开机4小时以后，GPS锁定状态，24小时后板卡即可到达平均频率准确度≤2E-12，上升时间≤2ns，抖动时间≤200ps。

[18]4.本发明的卫星驯服铷钟卡，具备输出1-200MHz同步可编程频率信号，且该输出频率分辨率小于0.2Hz，同源与铷钟，具有较高的频率精度，此外还输出1PPS信号及IRIG-B码，应用于军用和民用自动测试领域，完成PXI总线机箱内/机箱间同步，也可应用于PXI系统和非PXI系统中的远程时间同步、授时、频率校准和GPS定位等场合。

附图说明

[19]图1为本发明的实施例的卫星驯服铷钟卡的原理框图。

[20]图2为本发明的实施例的卫星驯服铷钟卡的结构示意图。

[21]其中附图标记说明如下：

[22]1-可编程控制模块2-频率校准逻辑模块

[23]3-GPS信息解码/时间码生成器模块

[24]4-数字频率合成器控制逻辑模块

[25]5-PXI触发模块 6-PCI接口模块 7-铷钟模块

[26]8-GPS接收模块 9-PXI总线 10-数字频率合成器模块

[27]11-时钟信号输入输出模块 12-低通滤波器模块

具体实施方式

[28]下面将参照附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

[29]如图1至图2所示：本发明的实施例的一种卫星驯服铷钟卡，包括GPS接收模块8、铷钟模块7、可编程控制模块1和时钟信号输入输出模块11，GPS接收模块8用于接收GPS信号，铷钟模块7用于产生经GPS信号校准后的本地时钟信号并在GPS失锁后保持守时，可编程控制模块1用于将GPS信号进行解码，以及将从铷钟模块7接收到的本地时钟信号与解码后的GPS信号进行校准并产生校准后的时钟信号同时反馈给铷钟模块7，铷钟模块7还用于将校准后的时钟信号发送给时钟信号输入输出模块11进行多路输出。

[30]作为本发明一种优选的实施例，可编程控制模块1包括GPS信息解码/时间码生成器模块3、频率校准逻辑模块2以及数字频率合成器控制逻辑模块4，GPS信息解码/时间码生成器模块3接收GPS接收模块8发送的GPS信号进行解码并发送给频率校准逻辑模块2，频率校准逻辑模块2接收本地时钟信号和解码后的GPS信号，并通过解码后的GPS信号对本地时钟信号进行校准，并将校准后的时钟信号反馈给铷钟模块7。

[31]作为本发明一种优选的实施例，卫星驯服铷钟卡还包括用于与PXI系统连接的PXI总线9，PXI总线9与可编程控制模块1相连接。

[32]作为本发明一种优选的实施例，可编程控制模块1还包括PXI触发模块5以及PCI接口模块6，PXI触发模块5和PCI接口模块6分别通过PXI_STAR[0:12](PXI星型触发总线)、PXI_TRIG[0:7](PXI共享触发总线)和PCI_bus(PCI总线)与PXI总线9相连。

[33]作为本发明一种优选的实施例，GPS接收模块8通过板卡外部连接的GPS天线接收GPS信号之后将该GPS信号分别输入到GPS信息解码/时间码生成器模块3和频率校准逻辑模块2中。

[34]作为本发明一种优选的实施例，铷钟模块7产生的时钟信号通过与输入到频率校准逻辑模块2中的GPS信号的校准后产生方波信号，方波信号经过时钟信号输入输出模块11后形成同相位的三路时钟信号即第一路、第二路和第三路时钟信号，同时时钟信号输入输出模块11还接收来自PXI总线9上的PXI_CLK10信号。

[35]作为本发明一种优选的实施例，同相位的三路时钟信号中的第一路时钟信号与来自PXI总线9上的PXI_CLK10经过选择输送到前面板并输出CLKOUT信号，同时第一路时钟信号与来自外部输入的时钟信号CLKIN经过选择产生PXI_CLK_IN信号输入到PXI总线9。

[36]作为本发明一种优选的实施例，同相位的三路时钟信号中的第二路时钟信号作为反馈时钟送入到可编程控制模块1中的频率校准逻辑模块2，与GPS接收模块8上接收到的GPS信号共同完成频率校准，同时经过分频后产生本地的1PPS脉冲信号(秒脉冲信号)输送到前面板并输出1PPS脉冲信号。

[37]作为本发明一种优选的实施例，卫星驯服铷钟卡还包括用于进行数字信号处理的数字频率合成器模块10以及用于进行信号滤波的低通滤波器模块12，数字频率合成器模块10与所述数字频率合成器逻辑控制模块4、时钟信号输入输出模块11以及低通滤波器模块12相连。

[38]作为本发明一种优选的实施例，同相位的三路时钟信号中的第三路时钟信号倍频到25MHz，作为数字频率合成器模块10的参考时钟信号接入到数字频率合成器模块10上，经设置于可编程控制模块1中的数字频率合成器控制逻辑模块4中的锁相环形成500MHz的控制时钟信号，数字频率合成器模块10输出的正弦信号通过低通滤波器模块12后输送到前面板并分别输出CLK1信号和CLK2信号。

[39]作为本发明的一种优选的实施例，GPS信息解码/时间码生成器模块3接收并解析GPS接收模块8输出的时间码信号，生成IRIG-B DC格式编码信号并与时钟同步后输送到前面板并输出IRIG-B信号。

[40]以上所述的仅为本发明的较佳可行实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述卫星驯服铷钟卡包括GPS接收模块、铷钟模块、可编程控制模块和时钟信号输入输出模块，所述GPS接收模块用于接收GPS信号，所述铷钟模块用于产生经GPS信号校准后的本地时钟信号并在GPS失锁后保持守时，所述可编程控制模块用于对GPS信号进行解码，以及将从铷钟模块接收到的本地时钟信号与解码后的GPS信号进行校准并产生校准后的时钟信号同时反馈给铷钟模块，所述铷钟模块还用于将校准后的时钟信号发送给所述时钟信号输入输出模块进行多路输出。

2.如权利要求1所述的卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述可编程控制模块包括GPS信息解码/时间码生成器模块、频率校准逻辑模块以及数字频率合成器控制逻辑模块，所述GPS信息解码/时间码生成器模块接收所述GPS接收模块发送的GPS信号进行解码并发送给所述频率校准逻辑模块，所述频率校准逻辑模块接收本地时钟信号和解码后的GPS信号，并通过解码后的GPS信号对本地时钟信号进行校准，并将校准后的时钟信号反馈给铷钟模块。

3.如权利要求1所述的卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述卫星驯服铷钟卡还包括用于与PXI系统连接的PXI总线，所述PXI总线与所述可编程控制模块相连接。

4.如权利要求3所述的卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述可编程控制模块还包括PXI触发模块以及PCI接口模块，所述PXI触发模块和PCI接口模块分别与所述PXI总线相连。

5.如权利要求4所述的卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述GPS接收模块通过板卡外部连接的GPS天线接收GPS信号之后将该GPS信号分别输入到GPS信息解码/时间码生成器模块和频率校准逻辑模块中。

6.如权利要求5所述的卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述铷钟模块产生的时钟信号通过与输入到频率校准逻辑模块中的GPS信号的校准后产生方波信号，所述方波信号经过时钟信号输入输出模块后形成同相位的多路时钟信号。

7.如权利要求6所述的卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述同相位的多路时钟信号中的一路时钟信号作为反馈时钟送入到可编程控制模块中的频率校准逻辑模块，与GPS接收模块上接收到的GPS信号共同完成频率校准，同时经过分频后产生本地的秒脉冲信号输送到前面板并输出秒脉冲信号。

8.如权利要求1所述的卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述卫星驯服铷钟卡还包括用于进行数字信号处理的数字频率合成器模块以及用于进行信号滤波的低通滤波器模块，所述数字频率合成器模块与所述数字频率合成器逻辑控制模块、所述时钟信号输入输出模块以及所述低通滤波器模块相连。

9.如权利要求6所述的卫星驯服铷钟卡，其特征在于，所述同相位的多路时钟信号中的另一路时钟信号倍频到25MHz，作为数字频率合成器模块的参考时钟信号接入到数字频率合成器模块上，经设置于可编程控制模块中的数字频率合成器控制逻辑模块中的锁相环形成500MHz的控制时钟信号，数字频率合成器模块输出的正弦信号通过低通滤波器模块后输送到前面板。