CN108616272A - 一种高精度低抖动时频信号切换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高精度低抖动时频信号切换装置，包括：高精度信号输入接口模块、低噪声时钟源模块、低抖动高速选择电路模块、低噪声放大模块、低抖动全数字锁相模块、信号检测模块及低抖动时钟输出模块，高精度信号输入接口模块、低噪声时钟源模块与低抖动高速选择电路模块连接，低抖动高速选择电路模块与低噪声放大模块连接，低噪声放大模块与低抖动全数字锁相模块连接，低抖动全数字锁相模块与信号检测模块及低抖动时钟输出模块连接，信号检测模块与低抖动全数字锁相模块及低抖动高速选择电路模块连接并形成信号反馈。本发明可选择时钟信号类型，并为其他设备提供多种电平形式的高性能时钟，该装置的集成度高、体积小、功耗低。
Description
技术领域
本发明涉及精密仪器、时间频率技术领域及其应用领域，具体是一种高精度低抖动时频信号切换装置。
背景技术
高精度频率源在各个领域的应用越来越广泛，如北斗全球卫星导航系统、雷达、移动通信、守时系统等，目前绝大多数基于全球导航系统的高精度时频设备，用户都希望通过软件设置，时频设备即能够使用外部的参考时钟，在某些特殊情况下也能使用外部高性能的参考频率，以提高时频设备性能。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，提供一种高精度低抖动时频信号切换装置。
本发明采用的技术方案为：一种高精度低抖动时频信号切换装置，包括：高精度信号输入接口模块、低噪声时钟源模块、低抖动高速选择电路模块、低噪声放大模块、低抖动全数字锁相模块、信号检测模块及低抖动时钟输出模块，所述高精度信号输入接口模块、所述低噪声时钟源模块与所述低抖动高速选择电路模块连接，所述低抖动高速选择电路模块与所述低噪声放大模块连接，所述低噪声放大模块与所述低抖动全数字锁相模块连接，所述低抖动全数字锁相模块与所述信号检测模块及所述低抖动时钟输出模块连接，所述信号检测模块与所述低抖动全数字锁相模块及所述低抖动高速选择电路模块连接并形成信号反馈。
本发明的效果是：本发明可根据应用场景和用户需求，选择时钟信号类型，并为其他设备提供正弦、单端、差分等多种电平形式的高性能时钟，且全数字锁相环、精密放大电路和高速比较电路采用专用的集成电路芯片，该装置的集成度高、体积小、功耗低。
附图说明
图1为本发明的高精度低抖动时频信号切换装置的示意图；
图2为图1中低抖动全数字锁相模块的示意图；
图3为图1中低抖动时钟输出模块的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合附图介绍本发明的高精度低抖动时频信号切换装置：
请参阅图1、图2及图3，为本发明提供的一种高精度低抖动时频信号切换装置，包括：高精度信号输入接口模块、低噪声时钟源模块、低抖动高速选择电路模块、低噪声放大模块、低抖动全数字锁相模块、信号检测模块及低抖动时钟输出模块，所述高精度信号输入接口模块、所述低噪声时钟源模块与所述低抖动高速选择电路模块连接，所述低抖动高速选择电路模块与所述低噪声放大模块连接，所述低噪声放大模块与所述低抖动全数字锁相模块连接，所述低抖动全数字锁相模块与所述信号检测模块及所述低抖动时钟输出模块连接，所述信号检测模块与所述低抖动全数字锁相模块及所述低抖动高速选择电路模块连接并形成信号反馈。
所述高精度信号输入接口模块包括高性能隔离BNC连接器和精密电压跟随电路，所述高性能隔离BNC连接器将外部时钟接入，同时实现外部输入设备与本装置的电气隔离，满足电磁兼容要求，有利于该装置在各个领域的应用，且切换装置输出的时钟性能不受外部设备的影响；所述精密电压跟随电路包括低噪声双电源运算放大器，通过配置放大器的输入电阻实时阻抗匹配，将输入时钟信号无失真的传输给所述低抖动高速选择电路模块。
所述低噪声时钟源模块包括高性能恒温晶振和初级低噪声放大电路，所述高性能恒温晶振与所述初级低噪声放大电路连接，所述初级低噪声放大电路连接与所述低抖动高速选择电路模块连接。在于本发明实例中，采用OSA公司高性能低噪声恒温晶振，为切换装置提供低噪声时钟，通过所述初级低噪声放大电路实现初级放大，降低电源地对时钟信号的影响。
所述低抖动高速选择电路模块包括高速选择开关和控制单元，所述高速选择开关与所述控制单元连接，所述控制单元分别与所述高精度信号输入接口模块及所述低噪声时钟源模块连接。可根据用户选择，控制选择开关，输出本地时钟信号还是外部时钟信号。
所述低噪声放大模块包括低噪声仪表运算放大器，所述低噪声仪表运算放大器将所述低抖动高速选择电路模块输出的时钟信号进行放大，使放大电路模块输出的时钟信号幅度满足低抖动全数字锁相模块的输入信号幅度，同时根据低抖动全数字锁相模块的接口要求，采用单端或者差分形式输出，实现单端转差分或者单端到单端的信号电平转换。
如图2所示，所述低抖动全数字锁相模块包括电流型环形滤波器、鉴频鉴相器、双分频器和低噪声振荡器，所述双分频器与所述低噪声放大模块、所述鉴频鉴相器连接，所述鉴频鉴相器与所述电流型环形滤波器连接，所述电流型环形滤波器与所述低噪声振荡器连接，所述低噪声振荡器连接与所述双分频器连接并生成低噪声时钟信号。所述鉴频鉴相器、所述双分频器和所述低噪声振荡器采用TI公司的锁相环芯片，提高系统集成度，根据锁相带宽和鉴相频率，选择充电泵输出电流大小，最后根据低噪声振荡器的压控灵敏度系数，仿真确定滤波器参数，实现时钟相位噪声优化功能。
所述信号检测模块包括计数器，所述计数器采用触发方式和增计数方式计数，粗测输入信号的时钟频率，当发生时钟信号严重偏离用户设置的频率时，提醒用户，并将输入时钟源自动切换到内部的低噪声时钟源模块，以实现切换装置的智能检测。
所述的低抖动时钟输出模块包括功率分配器、低噪声放大电路、高速单端比较电路、LVDS差分比较电路、LVPECL差分比较电路，所述功率分配器分别与所述低噪声放大电路、所述高速单端比较电路、所述LVDS差分比较电路、所述LVPECL差分比较电路及所述低抖动全数字锁相模块连接。所述低噪声放大电路、所述高速单端比较电路、所述LVDS差分比较电路、所述LVPECL差分比较电路使装置具备正弦、单端、差分等多种电平输出形式，同时将外部设备与切换装置的核心部分隔离开，保护内部核心部件稳定、安全运行。
在本发明实施例中，所述的锁相环芯片是TI公司LMK00308锁相芯片，该芯片满足时频信号切换装置中低抖动全数字锁相模块的性能要求，且输入的参考时钟可以是单端正弦信号，也可是差分信号。
在本发明实施例中，所述的低噪声时钟源模块采用OSA公司的高性能恒温晶振，该恒温晶振的频率受控于外部控制电压(压控电压范围为0-10V，频率调节范围为±8.5*10-7，且正极性)，且该晶振的成本低、预热时间短，为了时频信号切换装置提供低噪声、高稳定10MHz频率信号。
如图1所示，外部高性能时钟信号通过所述高精度信号输入接口模块，且低噪声时钟源模块为时频信号切换装置提供本地低噪声时钟，根据用户要求配置设备，所述低抖动高速选择电路模块中的控制电路选择使用外部时钟还是本地时钟，输出给所述低抖动全数字锁相模块，并作为该模块的参考时钟信号，通过全数字锁相计数(ADPLL)，不断优化滤波器参数，减小锁相环输出时钟的噪声，且信号检测模块粗测ADPLL输出信号频率，实现输入信号频率的智能检测，最后通过低抖动时钟输出模块，为用户提供各种形式的高性能时钟信号。
本发明可根据应用场景和用户需求，选择时钟信号类型，并为其他设备提供正弦、单端、差分等多种电平形式的高性能时钟，且全数字锁相环、精密放大电路和高速比较电路采用专用的集成电路芯片，该装置的集成度高、体积小、功耗低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)
1.一种高精度低抖动时频信号切换装置，其特征在于，包括：高精度信号输入接口模块、低噪声时钟源模块、低抖动高速选择电路模块、低噪声放大模块、低抖动全数字锁相模块、信号检测模块及低抖动时钟输出模块，所述高精度信号输入接口模块、所述低噪声时钟源模块与所述低抖动高速选择电路模块连接，所述低抖动高速选择电路模块与所述低噪声放大模块连接，所述低噪声放大模块与所述低抖动全数字锁相模块连接，所述低抖动全数字锁相模块与所述信号检测模块及所述低抖动时钟输出模块连接，所述信号检测模块与所述低抖动全数字锁相模块及所述低抖动高速选择电路模块连接并形成信号反馈。
2.如权利要求1所述的高精度低抖动时频信号切换装置，其特征在于，所述高精度信号输入接口模块包括高性能隔离BNC连接器和精密电压跟随电路，所述高性能隔离BNC连接器将外部时钟接入，同时实现外部输入设备与本装置的电气隔离；所述精密电压跟随电路包括低噪声双电源运算放大器，通过配置放大器的输入电阻实现阻抗匹配，将输入时钟信号无失真的传输给所述低抖动高速选择电路模块。
3.如权利要求1所述的高精度低抖动时频信号切换装置，其特征在于，所述低噪声时钟源模块包括高性能恒温晶振和初级低噪声放大电路，所述高性能恒温晶振与所述初级低噪声放大电路连接，所述初级低噪声放大电路连接与所述低抖动高速选择电路模块连接，所述高性能低噪声恒温晶振提供低噪声时钟，通过所述初级低噪声放大电路实现初级放大，降低电源地对时钟信号的影响。
4.如权利要求1所述的高精度低抖动时频信号切换装置，其特征在于，所述低抖动高速选择电路模块包括高速选择开关和控制单元，所述高速选择开关与所述控制单元连接，所述控制单元分别与所述高精度信号输入接口模块及所述低噪声时钟源模块连接。
5.如权利要求1所述的高精度低抖动时频信号切换装置，其特征在于，所述低噪声放大模块包括低噪声仪表运算放大器，所述低噪声仪表运算放大器将所述低抖动高速选择电路模块输出的时钟信号进行放大，使放大电路模块输出的时钟信号幅度满足低抖动全数字锁相模块的输入信号幅度，同时根据低抖动全数字锁相模块的接口要求，采用单端或者差分形式输出，实现单端转差分或者单端到单端的信号电平转换。
6.如权利要求1所述的高精度低抖动时频信号切换装置，其特征在于，所述低抖动全数字锁相模块包括电流型环形滤波器、鉴频鉴相器、双分频器和低噪声振荡器，所述双分频器与所述低噪声放大模块、所述鉴频鉴相器连接，所述鉴频鉴相器与所述电流型环形滤波器连接，所述电流型环形滤波器与所述低噪声振荡器连接，所述低噪声振荡器连接与所述双分频器连接并生成低噪声时钟信号。
7.如权利要求1所述的高精度低抖动时频信号切换装置，其特征在于，所述的低抖动时钟输出模块包括功率分配器、低噪声放大电路、高速单端比较电路、LVDS差分比较电路、LVPECL差分比较电路，所述功率分配器分别与所述低噪声放大电路、所述高速单端比较电路、所述LVDS差分比较电路、所述LVPECL差分比较电路及所述低抖动全数字锁相模块连接。
8.如权利要求1所述的高精度低抖动时频信号切换装置，其特征在于，所述信号检测模块包括计数器，所述计数器采用触发方式和增计数方式计数，粗测输入信号的时钟频率。
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