CN111045318A - 设备时钟的校准方法、装置及系统、自校准方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种设备时钟的校准方法、装置及系统、自校准方法及设备，所述设备包括TSXO和GPS模块，所述GPS模块中包含信号接收器；设备时钟的校准方法，包括：通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏；对所述TSXO的温度漂移进行校准。通过该方法，能够为泛连接设备提供一种成本较低且精度较高的自带定位功能的时钟方案。

Description

设备时钟的校准方法、装置及系统、自校准方法及设备
技术领域
本发明涉及智能设备的时钟校准领域，具体地涉及一种设备时钟的校准方法、装置及系统、自校准方法及设备。
背景技术
当今社会，移动通信手机产品和物联网技术正蓬勃发展，而物联网的发展离不开智能定位技术，当前，多采用全球定位(Global Positioning System，简称GPS)模块进行智能定位。移动通信的泛连接设备，如手机、电脑等等，一般自带移动连接模块(Connectivity)和GPS模块。其中，移动连接模块可包括蓝牙模块(BlueTooth，简称BT)或者无线网络连接模块(Wireless-Fidelity，简称Wi-Fi)。
对GPS模块而言，其时钟来源一般有两种：一种是自身具有温度补偿型晶体振荡器(Temperature Compensate X'tal(crystal)Oscillator，简称TCXO)或者晶体谐振器(crystal resonator)给自己供时钟；另一种来手机通信模块的时钟，即共享(share)时钟。对于自带定位功能的物联网模块，目前主流的外部时钟源主要采用TCXO和晶体谐振两类。其中，晶体谐振器价格便宜，但它的频率会随温度变化漂移，典型的温漂为+/-10ppm，除了温漂外，在相同温度下不同的晶振样片之间也有+/-10ppm的差异。而TCXO是内部集成了温补电路的晶体振荡器，经过温补之后，TCXO的典型温漂范围是+/-0.5ppm～+/-2ppm。由于GPS对频率精度的极高要求，对于自带GPS的模块来讲，只能使用TCXO。
现有自带定位功能的物联网模块的时钟方案采用的外部时钟源一般有两种：一种是价格、精度、稳定度都比较高的可电压控制频率的温度补偿的有源振荡器(VoltageControlled,Temperature Compensated Crystal Oscillator，简称VC-TCXO)或者TCXO，因为VC-TCX/TCXO组件中纳入了温度补偿电路通过控制变容二极管的电压或采用热敏补偿网络形成一个反向的补偿电压，以调节或抵消晶体本身受温度影响而产生漂移，从而提高晶振的温度稳定度，所以其精度可以达到+/-0.5ppm～+/-2ppm，满足GPS的需求，但其成本较高。
另一种采用数字补偿晶体振荡器(Digitally-Controlled Crystal Oscillator，简称DCXO)，另外辅之温补电路。DCXO相对于VC-TCXO/TCXO成本较低，但由于DCXO本身没有频率调节机制，因而需要解决静态和动态的频率误差，静态误差一般可以通过校准工序上进行调整，但动态误差，即随着温度变化的频漂很难解决，尤其很难精准获取当前温度所对应的实时频偏，导致客户端的设备在非常温下由于频偏太大，达不到GPS的要求，而无法定位到卫星的情况。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何为泛连接设备提供一种成本较低且精度较高的自带定位功能的时钟方案。
本发明实施例提供一种设备时钟的校准方法，所述设备包括TSXO和GPS模块，所述GPS模块中包含信号接收器，所述方法包括：通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏；对所述TSXO的温度漂移进行校准；所述通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏，包括：发射第一调制信号，所述第一调制信号由所述GPS模块的信号接收器接收；通过所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值，以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与接收到的第一调制信号的频偏，并获取频偏为预设值时的电容阵列值；将频偏为预设值时的电容阵列值存储到所述设备中。
可选的，所述GPS模块还包括混频器，所述计算各个本振信号与所述第一调制信号的频偏，包括：通过所述混频器将所述第一调制信号和所述各个本振信号进行混频，得到各个本振信号对应的第一混频信号；根据所述第一混频信号计算各个本振信号对应的频偏。
可选的，所述第一混频信号的计算公式为：fI＝fL±fC；
其中，fC为所述第一调制信号的频率，fL为所述本振信号的频率，fI为所述第一混频信号的频率。
可选的，所述预设值为绝对值最小的数值。
可选的，所述设备还包括Wi-Fi模块，所述对所述TSXO的温度漂移进行校准，包括：发射第二调制信号，所述第二调制信号由所述信号接收器接收；通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，并采集至少四个温度；通过所述GPS模块根据所述第二调制信号获取每一温度对应的频偏；将所述至少四个温度和每一温度对应的频偏存储在所述设备中。
可选的，所述根据所述第二调制信号获取每一温度对应的频偏，包括：通过GPS模块的混频器分别将所述第二调制信号和每一温度的本振信号进行混频，得到每一温度的第二混频信号；根据所述第二混频信号计算每一温度下的频偏。
可选的，所述至少四个温度为四个值不同的温度，所述通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，并采集至少四个温度，包括：在所述TSXO升温之前采集第一温度；通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，在升温过程中采集第二温度和第三温度；停止对所述TSXO升温，在降温过程中采集第四温度。
可选的，所述TSXO包含热敏电阻，所述采集至少四个温度，包括：在所述TSXO上串联预设阻值的电阻，所述预设阻值的电阻与所述TSXO形成分压电路；根据所述分压电路采集所述TSXO两端的至少四个电压值；根据所述至少四个电压值计算对应的所述热敏电阻的阻值，并根据所述热敏电阻的阻值与温度的对应关系，得到所述TSXO的至少四个温度。
可选的，所述设备还包括振荡器，所述至少四个电压值为所述TSXO两端的电压，所述方法还包括：在采集所述TSXO的至少四个温度的同时，采集所述振荡器内部的热敏二极管的电压值；根据所述振荡器内部的热敏二极管的电压值，得到所述振荡器的至少两个温度；将所述振荡器的至少两个温度与所述TSXO的至少四个温度对应存储到所述设备中。
本发明实施例还提供一种设备的时钟自校准方法，所述设备包括TSXO和GPS模块，所述方法包括：从所述设备中读取频偏为预设值时的电容阵列值，并根据所述电容阵列值设置TSXO的振荡电路的电容阵列。
可选的，所述方法还包括：读取至少四个温度和每个温度对应的频偏；获取第一温漂理论公式，并将所述至少四个温度和每个温度对应的频偏代入所述第一温漂理论公式中，得到所述TSXO的温漂公式；获取实时工作温度，根据所述TSXO的温漂公式获取所述实时工作温度对应的频偏；利用GPS模块对所述频偏进行补偿；其中，所述第一温漂理论公式为：F＝c3*(t-t0)^3+c2*(t-t0)^2+c1*(t-t0)+c0；其中，F为温度t对应的频偏，变量t为温度，t0为参考温度，C0、C1、C2和C3为温度系统中的常数。
可选的，所述设备还包括振荡器，所述方法还包括：读取振荡器的至少两个温度与TSXO的至少四个温度；获取第二温漂理论公式，并将所述振荡器的至少两个温度与TSXO的至少四个温度输入所述第二温漂公式，得到振荡电路的温漂公式；获取实时工作温度，根据所述振荡电路的温漂公式获取所述实时工作温度对应的频偏；利用GPS模块对所述频偏进行补偿；其中，所述第二温漂理论公式为：
F(tt,to)＝c3t*(tt-t0)^3+c2t*(tt-t0)^2+c1t*(tt-t0)+c0t+c0o+c1o*(to-t0)；
其中，F(tt,to)为振荡电路的频偏，变量tt为TSXO的温度，to为振荡器的温度，t0为参考温度，c0t、c1t、c2t和c3t为温度系统中的TSXO的常数，c0o、c1o为温度系统中振荡器的常数。
本发明实施例还提供一种设备时钟的校准系统，其特征在于，所述系统包括测试仪器、控制端和设备，所述控制端分别和所述测试仪器、所述设备连接，对所述测试仪器和所述设备进行控制；所述测试仪器，用于发送第一调制信号；所述设备包括TSXO和GPS模块，所述GPS模块中包括信号接收器，所述设备用于利用所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与所述第一调制信号的频偏，并获取频偏为预设值时的电容阵列值，存储频偏为预设值时的电容阵列值。
本发明实施例还提供一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行上述任一项所述设备的时钟自校准方法的步骤。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例提供的设备时钟的校准方法，TSXO的自带频偏，包括：发射第一调制信号，所述第一调制信号由所述GPS模块的信号接收器接收；通过所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值，以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与接收到的第一调制信号的频偏，并获取频偏为预设值时的电容阵列值；将频偏为预设值时的电容阵列值存储到所述设备中。较之现有技术，将设备的时钟源中的TCXO或VC-TCXO更换为成本更低的TSXO。在设备出厂前。利用设备自带的GPS模块对TSXO进行校准，以消除TSXO的自带频偏和温漂干扰。由此，可以避免由于TSXO的本振信号的不准确、或者由于环境温度的影响造成的频率误差，使得设备的时钟信号保持稳定，实现精确定位。
进一步地，设备的GPS模块中包含混频器，可利用该混频器计算本振信号和第一调制信号的频偏，即通过混频器对本振信号和第一调制信号进行混频，得到混频后的信号，即第一混频信号。GPS模块接收到的第一调制信号可能与本振信号同向或者反向，可利用混频器调整第一调制信号与本振信号之间的相位差，从而计算二者的频率差，从而获取二者之间的频偏。
进一步地，在设备出厂前，对TSXO的温漂进行校准，得到至少四个温度和每个温度对应的频偏，并将其存储到设备的内存中，以使得设备出厂后能够自动根据温度的变化消除晶体温漂产生的频偏，消除动态的频率误差，保证在环境温度变化时，设备的时钟频率不受TSXO温漂的影响，时刻确保GPS的准确定位。
进一步地，提供一种设备时钟的校准电路，以采集TSXO中晶体随温度变化产生的频偏、以及振荡器随温度变化产生的频偏，从而能够准确地计算TSXO的温漂。
附图说明
图1为本发明实施例的一种设备时钟的校准方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的一种TSXO的振荡电路的结构示意图；
图3为图1中步骤S12的流程示意图；
图4为本发明实施例的一种设备时钟的校准电路图；
图5为一应用实例中设备时钟的校准方法的流程示意图；
图6为本发明实施例的一种温漂自校准步骤的流程示意图；
图7为本发明实施例的一种设备时钟的校准系统的示意图。
具体实施方式
据背景技术而言，现有的GPS模块的时钟来源为TCXO或DCXO，其中，TCXO的成本较高；而DCXO无法解决随着温度变化的频漂产生的动态误差，从而使得GPS模块定位不准确。
针对上述问题，可采用温度传感器晶体振荡器(Temperature Sensor CrystalOscillator，简称TSXO)为设备提供时钟，TSXO和普通晶振(Crystal Oscillator)的不同在于TSXO内部包含了温度传感器，该温度传感器为热敏电阻或者温度二极管，同时TSXO不像TCXO对输出频率进行闭环反馈控制，TSXO的输出频率未经过温度补偿，这使得TSXO输出的频率受温度影响较大。然而，晶振对应的时钟作为整个设备系统的基准时钟，要求一定要精准，这就要求比如26MHz晶振要严格工作在26MHz，以便其他系统能够正常有序工作。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种设备的时钟校准方法，所述设备包括TSXO和GPS模块，所述GPS模块中包含信号接收器，所述方法包括：通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏；对所述TSXO的温度漂移进行校准；所述通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏，包括：发射第一调制信号，所述第一调制信号由所述GPS模块的信号接收器接收；通过所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值，以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与接收到的第一调制信号的频偏，并获取频偏为预设值时的电容阵列值；将频偏为预设值时的电容阵列值存储到所述设备中。
该方案将设备中的TCXO更换为TSXO，以降低成本。且通过出厂前校准，克服TSXO的输出频率受温度变化的影响，以为设备提供精准的时钟信号，使得GPS模块能够根据时钟信号准确定位。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
请参见图1，图1提供了一种设备时钟的校准方法的流程示意图；该方法具体可以包括以下步骤S11和S12。其中：
步骤S11，通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏。
其中，自带频偏是常温下TSXO的输出频率与设备正常工作的时钟信号之间的频偏。由于所有的器件都不可能保证严格的一致性，出厂的晶振存在个体差异以及焊接和单板上负载的影响，所以每一设备上的晶振源，即TSXO,都是需要校准。
可在设备的GPS模块中设置信号接收器，在产线上对该设备进行时钟的出厂前校准。设备的时钟信号是根据TSXO的振荡电路产生本振信号得到的，可通过GPS信号接收器对该本振信号进行分析，以获取TSXO的自带频偏，并对该自带频偏进行校准，以得到准确的时钟信号，实现本次的出厂前的时钟校准。
步骤S12，对所述TSXO的温度漂移进行校准。
另外，由于TSXO中振荡频率会随温度变化而漂移，故需要对其温度变化时带来的频率误差(即温漂)也进行相应校准，使得设备的时钟信号不被设备所在的环境温度影响，从而保证GPS模块的正常定位。
其中，步骤S11通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏，可以具体包括以下步骤S111至S113：
S111，发射第一调制信号，所述第一调制信号由所述GPS模块的信号接收器接收。
第一调制信号为用于计算本振信号的频偏进行的对照信号，是根据设备正常工作的时钟信号得到的，可根据需要设置。其频率可以等于设备正常工作的时钟信号对应的振荡频率，也可以与设备正常工作的时钟信号对应的振荡频率存在预设差值。
可选的，该第一调制信号可以由专门的测试仪器发射，该测试仪器可由执行设备的时钟校准方法的控制端控制，以设置第一调制信号的频率。
可选的，第一调制信号为单音信号。
其中，可设置一个固定的频点，使得检测设备在该频点发射不同第一调制信号；且GPS模块的信号接收器也在该频点处接收第一检测信号，避免测试仪器接收到干扰信号，影响校准的准确性。
例如，可以让测试仪器通过外置天线在2.4Ghz频段某一频点上发射单音调制信号，即第一调制信号，其频率为2402MHz。
设备的GPS模块可通过信号接收器接收该第一调制信号，并以第一调制信号作为对照信号，对TSXO的本振信号进行频偏校准。
S112，通过所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值，以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与接收到的第一调制信号的频偏，并获取频偏为预设值时的电容阵列值。
通过所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值，以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与所述第一调制信号之间的频率差值，以得到该TSXO对应的频偏，通过多次调节电容阵列值，获取频偏为预设值时的电容阵列值。
请参见图2，图2提供了一种TSXO的振荡电路的结构示意图。具体而言，系统时钟是通过振荡电路产生的，整个振荡电路是由TSXO和振荡器共同组成，振荡器中包含电容阵列，其中有若干个电容b1,b2,…,bn，每一电容对应一个开关，可通过调整电容阵列中各电容的开关，以改变电容阵列的电容值(本发明中称为电容阵列值)，时钟校准的原理就是通过改变晶振谐振电路中的负载电容来调整系统时钟的精准输出，从而调整振荡电路的本振信号，完成校准目的。
可选的，电容阵列值可以通过寄存器来调节控制，电容阵列中每一电容的开关对应一个比特位(bit)。可通过GPS模块改变寄存器的值，以调节电容阵列值。
在一个实例中，电容阵列包含8个开关，则对应寄存器中的8个比特位，共0-255个值，GPS模块可以采用二分法来设置电容阵列值，然后每设置一次，即计算此时本振信号的频偏。
其中，预设值根据第一调制信号的变化而变化。当第一调制信号的频率等于设备正常工作的时钟信号对应的振荡频率时，则预设值应为0或者尽量接近0；当第一调制信号的频率与设备正常工作的时钟信号对应的振荡频率存在预设差值时，则预设值应该等于或者尽量接近预设差值。
S113，将频偏为预设值时的电容阵列值存储到所述设备中。
将步骤S112中得到的电容阵列值存储到该设备的内存中，使得该设备可以在启动时自动获取该电容阵列值，从而产生GPS正常工作时的本振信号。
上述实施例中，将设备的时钟源中的TCXO或VC-TCXO更换为成本更低的TSXO。在设备出厂前。利用设备自带的GPS模块对TSXO进行校准，以消除TSXO的自带频偏和温漂干扰。由此，可以避免由于TSXO的本振信号的不准确、或者由于环境温度的影响造成的频率误差，使得设备的时钟信号保持稳定，实现精确定位。
在一个实施例中，所述GPS模块还包括混频器。请继续参见图1，图1中的步骤S112计算各个本振信号与接收到的第一调制信号的频偏，可以包括：通过所述混频器将所述第一调制信号和所述各个本振信号进行混频，得到各个本振信号对应的第一混频信号；根据所述第一混频信号计算各个本振信号对应的频偏。
设备的GPS模块中包含混频器，可利用该混频器计算本振信号和第一调制信号的频偏，即通过混频器对本振信号和第一调制信号进行混频，得到混频后的信号，即第一混频信号。GPS模块接收到的第一调制信号可能与本振信号同向或者反向，可利用混频器调整第一调制信号与本振信号之间的相位差，从而计算二者的频率差，从而获取二者之间的频偏。
本实施例中，GPS模块计算各个本振信号与第一调制信号的频偏的方式，是通过混频器对二者进行混频后得到第一混频信号，进而求得二者之间的频偏值。
可选的，上述第一混频信号的计算公式如下：
fI＝fL±fC；
其中，fC为所述第一调制信号的频率，fL为所述本振信号的频率，fI为所述第一混频信号的频率。
当第一调制信号与本振信号互为同向时，可计算二者的频率差值，以得到对应的频偏；当第一调制信号与本振信号互为反向时，可计算二者的频率的和，以得到对应的频偏。
可选的，可将第一调制信号的频率设置为等于设备正常工作的时钟信号对应的振荡频率。此时预设值为绝对值最小的数值，即使本振信号的频率尽可能接近第一调制信号的频率。
在一个实施例中，该设备还可以包括Wi-Fi模块，请参见图3，图3提供了图1中的步骤S12的流程示意图，步骤S12中对所述TSXO的温度漂移进行校准，可以包括：
S121，发射第二调制信号，所述第二调制信号由所述信号接收器接收。
其中，第二调制信号为在温度变化时、用于计算设备的本振信号的频偏的对照信号；同样根据设备正常工作的时钟信号得到，可与第一调制信号相同或者不同。
对于TSXO的温漂校准过程中，同样由GPS模块的信号接收器接收用于校准中进行频率对照的第二调制信号。
步骤S122，通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，并采集至少四个温度。
通过控制Wi-Fi模块进行功放强发，对TSXO进行升温，以模拟使用过程中环境温度的变化，并采集至少4个不同的温度，以检测各温度下晶振的振荡频率与其常温下振荡频率之间的频偏。例如，在5G(如果有5G)和2.4G在高功率(High)下进行发射作为升温加速器。
步骤S123，通过所述GPS模块根据所述第二调制信号获取每一温度对应的频偏。
同样可以根据GPS模块的混频器，对各温度下本振信号与第二调制信号进行混频，以得到该温度下本振信号与第二调制信号之间的频偏，从而得到该温度对应的频偏。
步骤S124，将所述至少四个温度和每一温度对应的频偏存储在所述设备中。
在依次获取至少四个温度和其对应的频偏后，将其存储到设备的内存中，使得设备可以根据存储的温度和其对应的频偏还原晶体的温漂曲线，以在环境温度变化时，根据温漂曲线获取TSXO实时工作温度对应的频偏，并对该频偏进行补偿，从而保证在环境温度变化时，设备的时钟频率不受TSXO温漂的影响，保证系统时钟的准确。
本实施例中，在设备出厂前，对TSXO的温漂进行校准，得到至少四个温度和每个温度对应的频偏，并将其存储到设备的内存中，以使得设备出厂后能够自动根据温度的变化消除晶体温漂产生的频偏，消除动态的频率误差，保证在环境温度变化时，设备的时钟频率不受TSXO温漂的影响，时刻确保GPS的准确定位。
在一个实施例中，请继续参见图3，图3中的步骤S123所述的根据所述第二调制信号获取每一温度对应的频偏，包括：对每一温度，获取该温度下TSXO的本振信号；通过GPS模块的混频器分别将所述第二调制信号和每一温度的本振信号进行混频，得到每一温度的第二混频信号；根据所述第二混频信号计算每一温度下的频偏。
具体地，GPS模块计算每个温度对应的频偏的方式，是通过GPS模块中的混频器将在每个温度下TSXO的本振信号和接收到的第二调制信号进行混频，将混频后的信号称为第二混频信号。根据第二混频信号的频率计算该温度下本振信号和第二调制信号之间的频偏，以得到该温度下由于温漂产生的频偏。
可选的，第二调制信号的频率为晶振在常温工作时的本振信号的频率，则混频器通过下述公式可求出每一温度处对应的频偏：
fI'＝fL'±fC'；
其中，fC'为第二调制信号的频率，fL'为每一温度下本振信号的频率，fI'为所每一温度的第二混频信号的频率。当第二调制信号与本振信号互为同向时，可计算二者的频率差值，以得到该温度对应的频偏；当第二调制信号与本振信号互为反向时，可计算二者的频率的和，以得到该温度对应的频偏。
本实施例中，同样通过GPS模块的混频器对第二调制信号与本振信号进行混频，以求得频偏值。
在一个实施例，至少四个温度为四个值不同的温度，所述通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，并采集至少四个温度，包括：在所述TSXO升温之前采集第一温度；通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，在升温过程中采集第二温度和第三温度；停止对所述TSXO升温，在降温过程中采集第四温度。
本方案的温漂校准时采集的四个温度中，第一温度放在升温之前采集，即TSXO正常工作的常温；第二、三温度放在升温过程中采集，即升温状态下的两个温度；第四温度放在降温的时候采集，且四个点的温度值都不相同。
由此可得到TSXO常温、升温和降温状态下的四个不同的温度，以求得各个温度处的频偏。由于TSXO中晶体的温漂曲线可以表示为一个三次多项式，可根据四个温度以及对应的频偏确定该三次多项式，以得到该晶体的温漂变化曲线，并将TSXO的温漂用该三次多项式近似表示。
在一个实施例中，所述TSXO包含热敏电阻，所述采集至少四个温度，包括：在所述TSXO上串联预设阻值的电阻，所述预设阻值的电阻与所述TSXO形成分压电路；根据所述分压电路采集所述TSXO两端的至少四个电压值；根据所述至少四个电压值计算对应的所述热敏电阻的阻值，并根据所述热敏电阻的阻值与温度的对应关系，得到所述至少四个温度。
TSXO中包含热敏电阻，其阻值和温度存在预设的对应关系，由热敏电阻的特性决定。故只需获取热敏电阻升温及升温后降温过程中不同时刻的阻值，即可获取当前TSXO的工作温度。可在TSXO的两端连接电位器，以检测TSXO工作时的电压，以计算其阻值，从而获取热敏电阻的阻值，继而求得当前TSXO的温度。
在一个实施例中，所述设备还包括振荡器，所述至少四个电压值为所述TSXO两端的电压，所述方法还包括：在采集所述TSXO的至少四个温度的同时，采集所述振荡器内部的热敏二极管的电压值；根据所述振荡器内部的热敏二极管的电压值，得到所述振荡器的至少两个温度；将所述振荡器的至少两个温度与所述TSXO的至少四个温度对应存储到所述设备中。
具体地，可设计一个设备时钟的校准电路，以使设备实现温漂的自校准。请参见图4，图4为一种设备时钟的校准电路图；其中，设备的时钟源为TSXO，该TSXO包括晶体XO、热敏电阻Rt，另外，该电路还包括振荡器OSC。TSXO与振荡器OSC并联，此时TSXO可以等效为电感，与振荡器OSC中的电容阵列形成LC并联谐振电路。通过校准调整振荡电路OSC里面的电容阵列的电容值，使之产生一个特定的频率进而得到本振信号。
在设备的TSXO的热敏电阻Rt的一端连接电阻Rs，电阻Rs的阻值已知，电阻Rs远离热敏电阻Rt的一端与模数转换器SD-ADC连接。将热敏电阻Rt与电阻Rs的连接端接入多路信号选择器MUX的输入端0；振荡器OSC与热敏电阻Rt并联时，振荡器OSC的一端与热敏电阻Rt连接，振荡器OSC的另一端接入多路信号选择器MUX的输入端1。多路信号选择器MUX的输出端与模数转换器SD-ADC相连接。模数转换器SD-ADC可通过多路信号选择器MUX的输入端0和1，分时采集不同的输入信号。
通过以下步骤采集TSXO的至少四个温度和每一温度对应的频偏：
步骤1：选择多路信号选择器MUX的输入端0，模数转换器SD-ADC采集电阻Rs两端的电压为TSEN_VREFP和TSEN_TSX两点之间的电压差。
步骤2：模数转换器SD-ADC将采集到电阻Rs两端的电压的转换为数字信号传输至设备的GPS模块。
步骤3：GPS模块根据已知的Rs和Rt串联电路两端的电压V_Ref，计算处Rt两端的电压，并通过以下公式(1)计算出此时热敏电阻Rt阻值。
Figure BDA0002339542260000131
其中，公式(1)中的V为Rt两端的电压，Rt为热敏电阻的阻值，Rs为电阻Rs的阻值，V_Ref为电阻Rs和热敏电阻Rt串联时两端的电压。
步骤4：GPS模块根据热敏电阻Rt阻值和温度之间的对应关系，求得此时热敏电阻Rt的工作温度。并由设备的GPS模块计算出此时的频偏。
步骤5：将GPS模块得到的温度和频偏对应存储到设备的内存中，得到一个温度和其对应的频偏。
步骤6：改变设备的工作温度，继续执行上述步骤1至步骤5，获取至少四个温度和每一温度对应的频偏。
当选择输入端1时，模数转换器SD-ADC采集振荡器OSC中热敏二极管两端的电压，即输入端1处的电压值和TSEN_VREFN两点之间的电压差。并通过与TSXO的温度和对应频偏的获取步骤同样的方法，获取振荡器的至少两个温度。
本实施例中，提供了一种设备时钟的校准电路，以采集TSXO中晶体随温度变化产生的频偏、以及振荡器随温度变化产生的频偏，从而能够准确地计算TSXO的温漂。
请参见图5，图5是一应用实例中设备时钟的校准方法的流程示意图。在该应用场景中，设备出厂前，先对其进行时钟校准，校准方式如下：
步骤S500，校准开始。
步骤S510，自带频偏消除。具体包括步骤S511和S512，其中：
步骤S511，通过GPS模块能否进行TSXO的自带频偏的消除。
步骤S512，若能消除，则存储用于消除频偏的电容阵列值，继续执行下述步骤S521。
控制终端控制信号发生器产生第一调制信号，使得待校准的设备通过GPS模块的信号解释器接收此第一调制信号，计算设备中TSXO的自带频偏，并通过调整振荡器的电容阵列值以消除自带频偏，将成功消除自带频偏的电容阵列值存储到设备内存中。
步骤S540，若不能消除，则上报校准失败的消息，不继续执行后续步骤。
若GPS模块无法调整电容阵列值，或多次调整电容阵列值仍无法消除自带频偏，如GPS模块调整电容阵列值，振荡电路的本振信号的频率几乎保持不变等，则可认为该设备的TSXO工作异常，上报校准失败的消息。
步骤S520，温漂校准。步骤S520具体包括以下步骤S521至S525，其中：
步骤S521，获取第一温度，并计算第一温度下的频偏。
步骤S522，使设备的Wi-Fi模块的PA以一定的功率进行发射，以升高TSXO的温度。
步骤S523，等待一段时间，获取第二温度，并计算第二温度下的频偏；可选的，第一温度和第二温度之间的差值不小于1摄氏度。
步骤524，等待一段时间，采集第三温度，并计算第三温度下的频偏；可选的，第二温度和第三温度之间的差值不小于0.5摄氏度。
步骤S525，关闭Wi-Fi模块的PA发射。
步骤S526，等待一段时间，采集第四温度，并计算第四温度下的频偏。
可选的，第四温度要比第三温度低至少3摄氏度。
上述四个温度之间的时间间隔可通过Wi-Fi模块的PA的发射功率进行设置，以实现温度的采集，也可根据发射功率来判断TSXO是否能够在温度变化时正常工作。例如，若设置Wi-Fi模块的PA按照一定功率进行发射，但在一定时间内，TSXO并未升高对应的温度，则可判定其并未正常工作，可上报校准失败的消息。
步骤S530，将四个温度和对应的频偏存储到设备的内存中。
在步骤S521、S523、S524至S526中，任一步骤执行失败，则上报测试失败的消息，不继续执行后续步骤。
步骤S550，校准结束。
本发明实施例还提供一种设备的时钟自校准方法，所述设备包括TSXO和GPS模块，所述方法包括：从所述设备中读取频偏为预设值时的电容阵列值，并根据所述电容阵列值设置TSXO的振荡电路的电容阵列。
在设备完成校准后，可根据校准存储的频偏为预设值时的电容阵列值自动设置TSXO的振荡电路的电容阵列，以使得电容阵列对应的电容值为频偏为预设值时的电容阵列值，从而消除设备中TSXO的自带频偏。
在一个实施例中，设备的自校准方法还可以包括温漂自校准步骤，请参见图6，图6提供了一种温漂自校准步骤的流程示意图；温漂自校准步骤包括：
步骤S601，读取至少四个温度和每个温度对应的频偏。
步骤S602，获取第一温漂理论公式，并将所述至少四个温度和每个温度对应的频偏代入所述第一温漂理论公式中，得到所述TSXO的温漂公式。
S603，获取实时工作温度，根据所述TSXO的温漂公式获取所述实时工作温度对应的频偏。
其中，实时工作温度为设备的工作温度，可通过检测TSXO中热敏电阻的阻值得到。
S604，利用GPS模块对所述频偏进行补偿。
步骤S602中的第一温漂理论公式为：
F＝c3*(t-t0)^3+c2*(t-t0)^2+c1*(t-t0)+c0 (2)
其中，F为温度t对应的频偏，变量t为温度，t0为参考温度，C0、C1、C2和C3为温度系统中的常数。
公式(2)为典型的晶体温漂曲线为三次多项式，可将TSXO的温漂变化用晶体的温漂曲线表示。在此情况下，设备可通过存储的四个温度和每一温度对应的频偏计算得到其中的常数C0、C1、C2和C3，还原该TSXO的温漂公式，从而在工作环境的温度发生变化时，自动根据还原的温漂公式求得该温度下的频偏，并通过GPS模块进行补偿。
本实施例中，对于TSXO，可将其温漂曲线归纳为公式(2)中的三次多项式，根据设备中存储的四个温度和每一温度对应的频偏即可得到TSXO的温漂公式，使得设备能够自动根据工作温度的变化对产生的频偏进行补偿，实现设备对温漂的自校准。
在一个实施例中，所述设备还包括振荡器，所述方法还包括：读取振荡器的至少两个温度与TSXO的至少四个温度；获取第二温漂理论公式，并将所述振荡器的至少两个温度与TSXO的至少四个温度输入所述第二温漂公式，得到振荡电路的温漂公式；获取实时工作温度，根据所述振荡电路的温漂公式获取所述实时工作温度对应的频偏；利用GPS模块对所述频偏进行补偿；
其中，所述第二温漂理论公式为：
F(tt,to)＝c3t*(tt-t0)^3+c2t*(tt-t0)^2+c1t*(tt-t0)+c0t+c0o+c1o*(to-t0)(3)
其中，F(tt,to)为振荡电路的频偏，变量tt为TSXO的温度，to为振荡器的温度，t0为参考温度，c0t、c1t、c2t和c3t为温度系统中的TSXO的常数，c0o、c1o为温度系统中振荡器的常数。
请继续参见图6，图6中的至少四个温度和第一温漂公式(即公式(2))都仅表示TSXO的温漂变化情况，而未考虑振荡器的温度变化。一般的振荡电路由电容和电感组成，振动器内部温度的变化会影响振荡器内部容值变化，进而影响振荡电路振荡的频率，从而影响GPS的精准定位。鉴于以上，本方案将从成本和精度的基础上解决温漂问题。在进行温漂校准时，不仅需考虑TSXO的温漂曲线，也需要将振荡器的温漂变化情况校准出来。
具体地，可将振荡器的温漂变化情况用Fo表示，如下：
Fo＝c0o+c1o*(t-t0)；
其中，Fo为振荡器的频偏，变量t为温度，t0为参考温度，c0o和c1o为温度系统中振荡器的常数。
则振荡电路的温漂可以表示为TSXO的温漂与振荡器的温漂之和，即第二温漂理论公式(即公式(3))。设备可将振荡器的至少两个温度与TSXO的至少四个温度，以及各温度对应的频偏代入第二温漂理论公式中，以得到该振荡电路的温漂公式，从而在工作环境的温度发生变化时，自动根据还原的温漂公式求得该温度下的频偏，并通过GPS模块进行补偿。
本实施例中，可同时把片内(振荡器片内温度)和片外(TSXO在片外)的温漂都进行校准，以使得设备自动根据校准的参数进行补偿，达到快速定位，并满足后续GPS在线学习追踪和快速精准定位。
本发明实施例还提供一种设备时钟的校准系统，请参见图7，该系统包括测试仪器701、控制端702和设备703。
所述控制端702分别和所述测试仪器701、所述设备703连接，对所述测试仪器701和所述设备703进行控制。
所述测试仪器701，用于发送第一调制信号。
所述设备703包括TSXO和GPS模块所述GPS模块中包括信号接收器，所述设备用于利用所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与所述第一调制信号的频偏，并获取频偏为预设值时的电容阵列值，并存储频偏为预设值时的电容阵列值。
关于所述设备时钟的校准系统的工作原理、工作方式的更多内容，可以参照上述图1至图7中的相关描述，这里不再赘述。
本发明实施例还提供了一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，所述处理器运行所述计算机指令时执行图6所示设备的时钟自校准方法的步骤。
该设备可以为手机、电脑、智能手表等具备GPS模块和Wi-Fi模块的泛连接设备，且该设备的时钟信号由TSXO产生。该设备可通过上述时钟自校准方法对其包含的TSXO进行频偏补偿，以校准本地时钟。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种设备时钟的校准方法，其特征在于，所述设备包括TSXO和GPS模块，所述GPS模块中包含信号接收器，所述方法包括：
通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏；
对所述TSXO的温度漂移进行校准；
所述通过所述GPS模块消除所述TSXO的自带频偏，包括：
发射第一调制信号，所述第一调制信号由所述GPS模块的信号接收器接收；通过所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值，以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与接收到的第一调制信号的频偏，并获取频偏为预设值时的电容阵列值；
将频偏为预设值时的电容阵列值存储到所述设备中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述GPS模块还包括混频器，所述计算各个本振信号与所述第一调制信号的频偏，包括：
通过所述混频器将所述第一调制信号和所述各个本振信号进行混频，得到各个本振信号对应的第一混频信号；
根据所述第一混频信号计算各个本振信号对应的频偏。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一混频信号的计算公式为：
fI＝fL±fC
其中，fC为所述第一调制信号的频率，fL为所述本振信号的频率，fI为所述第一混频信号的频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设值为绝对值最小的数值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设备还包括Wi-Fi模块，所述对所述TSXO的温度漂移进行校准，包括：
发射第二调制信号，所述第二调制信号由所述信号接收器接收；
通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，并采集至少四个温度；
通过所述GPS模块根据所述第二调制信号获取每一温度对应的频偏；
将所述至少四个温度和每一温度对应的频偏存储在所述设备中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二调制信号获取每一温度对应的频偏，包括：
通过GPS模块的混频器分别将所述第二调制信号和每一温度的本振信号进行混频，得到每一温度的第二混频信号；
根据所述第二混频信号计算每一温度下的频偏。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少四个温度为四个值不同的温度，所述通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，并采集至少四个温度，包括：
在所述TSXO升温之前采集第一温度；
通过所述Wi-Fi模块对所述TSXO进行升温，在升温过程中采集第二温度和第三温度；
停止对所述TSXO升温，在降温过程中采集第四温度。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述TSXO包含热敏电阻，所述采集至少四个温度，包括：
在所述TSXO上串联预设阻值的电阻，所述预设阻值的电阻与所述TSXO形成分压电路；
根据所述分压电路采集所述TSXO两端的至少四个电压值；
根据所述至少四个电压值计算对应的所述热敏电阻的阻值，并根据所述热敏电阻的阻值与温度的对应关系，得到所述TSXO的至少四个温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述设备还包括振荡器，所述至少四个电压值为所述TSXO两端的电压，所述方法还包括：
在采集所述TSXO的至少四个温度的同时，采集所述振荡器内部的热敏二极管的电压值；
根据所述振荡器内部的热敏二极管的电压值，得到所述振荡器的至少两个温度；
将所述振荡器的至少两个温度与所述TSXO的至少四个温度对应存储到所述设备中。
10.一种设备的时钟自校准方法，其特征在于，所述设备包括TSXO和GPS模块，所述方法包括：
从所述设备中读取频偏为预设值时的电容阵列值，并根据所述电容阵列值设置TSXO的振荡电路的电容阵列。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
读取至少四个温度和每个温度对应的频偏；
获取第一温漂理论公式，并将所述至少四个温度和每个温度对应的频偏代入所述第一温漂理论公式中，得到所述TSXO的温漂公式；
获取实时工作温度，根据所述TSXO的温漂公式获取所述实时工作温度对应的频偏；
利用GPS模块对所述频偏进行补偿；
其中，所述第一温漂理论公式为：
F＝c3*(t-t0)^3+c2*(t-t0)^2+c1*(t-t0)+c0
其中，F为温度t对应的频偏，变量t为温度，t0为参考温度，C0、C1、C2和C3为温度系统中的常数。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述设备还包括振荡器，所述方法还包括：
读取振荡器的至少两个温度与TSXO的至少四个温度；
获取第二温漂理论公式，并将所述振荡器的至少两个温度与TSXO的至少四个温度输入所述第二温漂公式，得到振荡电路的温漂公式；
获取实时工作温度，根据所述振荡电路的温漂公式获取所述实时工作温度对应的频偏；
利用GPS模块对所述频偏进行补偿；
其中，所述第二温漂理论公式为：
F(tt,to)＝c3t*(tt-t0)^3+c2t*(tt-t0)^2+c1t*(tt-t0)+c0t+c0o+c1o*(to-t0)；
其中，F(tt,to)为振荡电路的频偏，变量tt为TSXO的温度，to为振荡器的温度，t0为参考温度，c0t、c1t、c2t和c3t为温度系统中的TSXO的常数，c0o、c1o为温度系统中振荡器的常数。
13.一种设备时钟的校准系统，其特征在于，所述系统包括测试仪器、控制端和设备，所述控制端分别和所述测试仪器、所述设备连接，对所述测试仪器和所述设备进行控制；
所述测试仪器，用于发送第一调制信号；
所述设备包括TSXO和GPS模块，所述GPS模块中包括信号接收器，所述设备用于利用所述GPS模块调节所述TSXO的振荡电路的电容阵列值以产生具有不同频率的本振信号，计算各个本振信号与所述第一调制信号的频偏，并获取频偏为预设值时的电容阵列值，存储频偏为预设值时的电容阵列值。
14.一种终端，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够在所述处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求10至12任一项所述方法的步骤。
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