CN112485520B - 基于电压采样的绝对频差测量方法及系统及装置及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压采样的绝对频差测量方法及系统及装置及介质，所述方法包括：本地晶振产生输出信号；对输出信号进行分频处理，获得分频后的信号；对分频后的信号进行滤波处理，获得滤波后的信号；将滤波后的信号进行模数转换采样，获得采样信号；获得采样信号对应的信号幅度值，将信号幅度值转换为频偏数值；基于频偏数值生成频率控制量；基于频率控制量对本地晶振的输出频率进行控制，补偿本地晶振输出信号的偏差；本发明能够补偿本地晶振输出信号的偏差，且补偿精度较高。

Description

基于电压采样的绝对频差测量方法及系统及装置及介质

技术领域

本发明涉及时频设备信号处理领域，具体地，涉及一种基于电压采样的绝对频差测量方法及系统及装置及介质。

背景技术

在时频设备的守时过程中，即外部没有GPS/BDS或其他信源提供参考时钟(例如：秒脉冲)时，本地晶振将由于本身的老化特性或温度特性出现频率漂移。为了在无外部参考时钟时稳定正常的输出本地频率信号，需要对晶振的频率偏移进行补偿。

传统的补偿方式一般分为两个步骤：

步骤1：通过长时间有外部参考时钟源的情况下，对本地晶振老化参数或温度参数进行记录；

步骤2在无外部参考源的情况下，根据步骤1中记录的数据，拟合出老化曲线并进行补偿。

上述补偿方式存在一个明显的问题，即：拟合曲线与实际曲线存在一定的偏差，当间隔较长时间时，例如3天以上进行处理时，拟合曲线补偿无法达到所需要的精度。

发明内容

为了解决传统补偿方式存在的精度不足的问题，本发明提供了一种基于电压采样的绝对频差测量方法及系统及装置及介质。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于电压采样的绝对频差测量方法，所述方法包括：

本地晶振产生输出信号；

对输出信号进行分频处理，获得分频后的信号；

对分频后的信号进行滤波处理，获得滤波后的信号；

将滤波后的信号进行模数转换采样，获得采样信号；

获得采样信号对应的信号幅度值，将信号幅度值转换为频偏数值；

基于频偏数值生成频率控制量；

基于频率控制量对本地晶振的输出频率进行控制，补偿本地晶振输出信号的偏差。

其中，本方法导入一种在无外部参考时钟的情况下，通过分频输出-模拟滤波-高精度采样-偏差补偿四个步骤，对本地晶振的频率进行独立测量，并补偿晶振频率的方法，避免了传统采用采用拟合曲线与实际曲线进行比较的缺陷，提高了本地晶振频偏补偿的精度。

其中，本方法将本地晶振的频率偏移转换为一种可进行独立测量的信号，再通过对该信号的测量，提取出频率的偏差，避免了使用拟合曲线与实际曲线存在偏差的缺陷，并且由于模拟RLC滤波器的带通特性独立于本地晶振频率，即可以通过模拟滤波器的特性提取晶振的频率偏移量。

优选的，本方法中本地晶振的标称输出频率为f₀，频率偏移为Δf，频偏系数F_{oc_delta}＝Δf/f₀。

优选的，本方法中本地晶振的输出信号通过分频处理获得分频后的信号，分频后信号的频率为f_filter，f_filter小于f₀。

优选的，本方法中过渡带带宽为B，与本地晶振的输出信号未发生频率偏移时相比过渡带对应幅度衰减为ΔV，与本地晶振的输出信号未发生频率偏移时相比滤波器的输出信号幅度值变化为：ΔV_off＝f_filter×F_{oc_delta}×ΔV/B。

其中，滤波器特性为通过电路设计得到，在控制元器件参数的情况下，其过渡带特性是近似恒定且可以提前测量得到。即可得到输入频率偏差与输出幅度比例的对应函数：f_delta＝G(V_delta),G()为滤波器特性。

当滤波器输入信号频率f₀时，当没有频偏时(存在外部参考信号)，对应输出幅度为V_o ^f0(该幅度在驯服阶段，及存在外部参考时，持续测量并平滑)。当存在频偏时(无外部参考信号)，其对应输出幅度为V_o ^fd。

频偏测量可以根据上述描述，ΔV＝V_o ^fd-V_o ^f0，从而计算得到f_delta＝G(ΔV)。

本发明还提供了一种基于电压采样的绝对频差测量系统，所述系统包括：

本地晶振，用于产生输出信号；

分频器，用于对本地晶振的输出信号进行分频处理，获得分频后的信号；

滤波器，用于对分频后的信号进行滤波处理；

模数转换器，用于将滤波后的信号进行模数转换；

处理器，用于接收和处理模数转换器的输出信号获得信号幅度值，将信号幅度值转换为频偏数值，基于频偏数值生成频率控制量；

晶振控制产生电路：用于将处理器输出的频率控制量转换为本地晶振实际的频率控制量，对本地晶振的输出频率进行控制，补偿本地晶振输出信号的偏差。

其中，本系统导入一种在无外部参考时钟的情况下，通过分频输出-模拟滤波-高精度采样-偏差补偿四个步骤，对本地晶振的频率进行独立测量，并补偿晶振频率的方法，避免了传统采用采用拟合曲线与实际曲线进行比较的缺陷，提高了本地晶振频偏补偿的精度。

其中，本系统将本地晶振的频率偏移转换为一种可进行独立测量的信号，再通过对该信号的测量，提取出频率的偏差，避免了使用拟合曲线与实际曲线存在偏差的缺陷，并且由于模拟RLC滤波器的带通特性独立于本地晶振频率，即可以通过模拟滤波器的特性提取晶振的频率偏移量。

进一步的，本系统中本地晶振的标称输出频率为f₀，频率偏移为Δf，频偏系数F_{oc_delta}＝Δf/f₀；本地晶振的输出信号通过分频处理获得分频后的信号，分频后信号的频率为f_filter，f_filter小于f₀。

进一步的，本系统中过渡带带宽为B，过渡带对应幅度衰减为ΔV，滤波器的输出信号幅度值变化为：ΔV_off＝f_filter×F_{oc_delta}×ΔV/B。

进一步的，所述系统的处理流程包括：驯服系统过程和守时测量纠正过程；

驯服系统过程：

本过程中存在外部参考时钟源【可以为GPS或北斗接收机输出的秒信号，也可以为外部设备通过BDC码等送入的参考时钟】；

通过对本地晶振的闭环控制，将本地晶振的输出稳定在标称输出值；

记录此时的滤波器输出信号标称值；

控制本地晶振产生受控的频偏，记录此时滤波器输出的信号幅度值，得到实际的ΔV/B；

守时测量纠正过程：

本过程中无外部参考时钟源：

连续测量滤波器输出信号的幅度值，并对幅度值进行平滑处理；

当滤波器输出信号幅度值的变化值超出设定的门限时，产生本地晶振控制量补偿本地晶振的偏差；

持续测量滤波器的输出信号幅度值，实现闭环控制。

本发明还提供了一种绝对频差测量装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于电压采样的绝对频差测量方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于电压采样的绝对频差测量方法的步骤。

本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明能够补偿本地晶振输出信号的偏差，且补偿精度较高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1为基于电压采样的绝对频差测量方法的流程示意图；

图2为基于电压采样的绝对频差测量系统的组成示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

实施例一

请参考图1，图1为基于电压采样的绝对频差测量方法的流程示意图，本发明实施例一提供了一种基于电压采样的绝对频差测量方法，所述方法包括：

本地晶振产生输出信号；

对输出信号进行分频处理，获得分频后的信号；

对分频后的信号进行滤波处理，获得滤波后的信号；

将滤波后的信号进行模数转换采样，获得采样信号；

获得采样信号对应的信号幅度值，将信号幅度值转换为频偏数值；

基于频偏数值生成频率控制量；

基于频率控制量对本地晶振的输出频率进行控制，补偿本地晶振输出信号的偏差。

实施例二

请参考图2，图2为基于电压采样的绝对频差测量系统的组成示意图，本发明实施例二提供了一种基于电压采样的绝对频差测量系统，所述系统包括：

本地晶振，用于产生输出信号；

分频器，用于对本地晶振的输出信号进行分频处理，获得分频后的信号；

滤波器，用于对分频后的信号进行滤波处理；

模数转换器，用于将滤波后的信号进行模数转换；

处理器，用于接收和处理模数转换器的输出信号获得信号幅度值，将信号幅度值转换为频偏数值，基于频偏数值生成频率控制量；

晶振控制产生电路：用于将处理器输出的频率控制量转换为本地晶振实际的频率控制量，对本地晶振的输出频率进行控制，补偿本地晶振输出信号的偏差。

其中，在实施例一和二中：

本地晶振：一般为恒温晶振，其标称输出频率为f₀。由于晶振的老化特性，经过一段时间，其输出存在频率偏移Δf，一般定义频偏系数F_{oc_delta}＝Δf/f₀；

分频处理：由于晶振的输出频率f₀一般较高，不利于模拟滤波器的设计，所以通过分频降到一个较低的频率f_filter，分频器可以为独立的D触发器组或者利用MCU进行计数器分频。分频后，虽然频率降低，但是频偏系数并不会改变。

滤波器：由于模拟滤波器的过渡带特性只取决于器件特性，而不取决于输入的信号频率，故通过模拟滤波器对分频后的信号进行滤波处理。一般的，可以将f_filter作为模拟滤波器的6dB衰减频点以获得最大的输出分辨率。当存在频偏时，滤波器的输出信号幅度将根据滤波器过渡带特性增大或减小。此处假设过渡带带宽为B，过渡带对应幅度衰减为ΔV，可得当具有Δf时，其幅度变化为：ΔV_off＝f_filter×F_{oc_delta}×ΔV/B

模数转换器：对滤波器输出的信号(一般为正弦波)进行采样，为了获得较高的频偏分辨率，一般采用至少31位的低采样率模数转换器。

处理器：接收和处理模数转换器所得出的信号，得出滤波后的信号幅度，再将前后一段时间的信号幅度值转换为频偏数值；同时根据晶振的控制方法，产生对应的控制输出。

晶振控制产生电路：将处理器输出的控制输出转换为晶振实际的频率控制量。

基于电压采样的绝对频差测量系统的处理流程分为两个步骤：

驯服系统过程：该过程中，外部参考时钟源存在，处理过程的关键点是稳定系统，并记录关键量：

通过对晶振的闭环控制，将晶振的输出稳定在标称输出值。

记录此时的滤波器输出信号标称值；

控制晶振产生受控的频偏，一般为正负最大频偏，记录此时滤波器输出的信号幅度值，由此可以得到实际的ΔV/B。

守时测量纠正过程：该过程中，无外部参考源，处理过程的目标在于补偿晶振的偏差：

连续测量滤波器输出信号的幅度，并对幅度进行平滑处理，可采用滑动平均方式；

当输出信号幅度的变化值超出设定的门限时，产生晶振控制量的输出；

持续测量滤波器的输出信号幅度，以达到闭环控制目的。

实施例三

本发明实施例三提供了本发明还提供了一种绝对频差测量装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于电压采样的绝对频差测量方法的步骤。

其中，所述处理器可以是中央处理器(CPU，Central Processing Unit)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit)、现成可编程门阵列(Fieldprogrammablegate array)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的数据，实现发明中绝对频差测量装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器、还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡，安全数字卡，闪存卡、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

实施例四

本发明实施例四提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述基于电压采样的绝对频差测量方法的步骤。

所述绝对频差测量装置如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序可存储于一计算机可读存介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读取介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存储器、点载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于电压采样的绝对频差测量方法，其特征在于，所述方法包括：

本地晶振产生输出信号；

对输出信号进行分频处理，获得分频后的信号；

对分频后的信号进行滤波处理，获得滤波后的信号；

将滤波后的信号进行模数转换采样，获得采样信号；

获得采样信号对应的信号幅度值，将信号幅度值转换为频偏数值；

基于频偏数值生成频率控制量；

基于频率控制量对本地晶振的输出频率进行控制，补偿本地晶振输出信号的偏差；本地晶振的标称输出频率为f₀，频率偏移为Δf，频偏系数F_{oc_delta}＝Δf/f₀；本地晶振的输出信号通过分频处理获得分频后的信号，分频后信号的频率为f_filter，f_filter小于f₀；过渡带带宽为B，过渡带对应幅度衰减为ΔV，滤波器的输出信号幅度值变化为：ΔV_off＝f_filter×F_{oc_delta}×ΔV/B；

获得滤波器输入频率偏差与输出信号幅度值变化的对应函数：Δf＝G(ΔV_off),G()为滤波器特性；

当滤波器输入信号频率f₀且没有频偏时，对应输出幅度为当存在频偏时，滤波器对应输出幅度为/>

2.一种基于电压采样的绝对频差测量系统，其特征在于，所述系统包括：

本地晶振，用于产生输出信号；

分频器，用于对本地晶振的输出信号进行分频处理，获得分频后的信号；

滤波器，用于对分频后的信号进行滤波处理；

模数转换器，用于将滤波后的信号进行模数转换；

处理器，用于接收和处理模数转换器的输出信号获得信号幅度值，将信号幅度值转换为频偏数值，基于频偏数值生成频率控制量；

晶振控制产生电路：用于将处理器输出的频率控制量转换为本地晶振实际的频率控制量，对本地晶振的输出频率进行控制，补偿本地晶振输出信号的偏差；本地晶振的标称输出频率为f₀，频率偏移为Δf，频偏系数F_{oc_delta}＝Δf/f₀；本地晶振的输出信号通过分频处理获得分频后的信号，分频后信号的频率为f_filter，f_filter小于f₀；过渡带带宽为B，过渡带对应幅度衰减为ΔV，滤波器的输出信号幅度值变化为：ΔV_off＝f_filter×F_{oc_delta}×ΔV/B，获得滤波器输入频率偏差与输出信号幅度值变化的对应函数：Δf＝G(ΔV_off),G()为滤波器特性；当滤波器输入信号频率f₀且没有频偏时，对应输出幅度为当存在频偏时，滤波器对应输出幅度为/>

3.根据权利要求2所述的基于电压采样的绝对频差测量系统，其特征在于，所述系统的处理流程包括：驯服系统过程和守时测量纠正过程；

驯服系统过程：

本过程中存在外部参考时钟源；

通过对本地晶振的闭环控制，将本地晶振的输出稳定在标称输出值；

记录此时的滤波器输出信号标称值；

控制本地晶振产生受控的频偏，记录此时滤波器输出的信号幅度值，得到实际的ΔV/B；

守时测量纠正过程：

本过程中无外部参考时钟源：

连续测量滤波器输出信号的幅度值，并对幅度值进行平滑处理；

当滤波器输出信号幅度值的变化值超出设定的门限时，产生本地晶振控制量补偿本地晶振的偏差；

持续测量滤波器的输出信号幅度值，实现闭环控制。

4.一种绝对频差测量装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1所述基于电压采样的绝对频差测量方法的步骤。

5.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述基于电压采样的绝对频差测量方法的步骤。