CN118118016A - 多参考频率源无损切换方法和系统 - Google Patents
多参考频率源无损切换方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118118016A CN118118016A CN202410229290.0A CN202410229290A CN118118016A CN 118118016 A CN118118016 A CN 118118016A CN 202410229290 A CN202410229290 A CN 202410229290A CN 118118016 A CN118118016 A CN 118118016A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- phase
- signals
- digital
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 64
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 50
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 25
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 20
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 claims description 17
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 13
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims description 8
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 4
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
- H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
- H03M1/12—Analogue/digital converters
- H03M1/124—Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
本申请涉及一种多参考频率源无损切换方法和系统，所述方法包括：获取本地采样时钟信号和若干路外部参考频率信号，并以任一路外部参考频率信号作为主用参考频率信号；以本地采样时钟信号为采样时钟，将所有外部参考频率信号转换为数字信号；利用本地采样时钟信号采用DDS生成第一数字信号；分别测量第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号，然后计算频率差和相位差；当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端。采用本方法可实现相位连续，频率缓变切换到新的参考时钟源上。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，特别是涉及一种多参考频率源无损切换方法和系统。
背景技术
当有多个频率源作为系统参考时钟源的时候，需要考虑参考源之间的频率切换问题，比如有3路参考时钟源输入，其中两路作为热备份，当需要将其中一路热备份时钟作为参考时钟源的时候就存在频率切换的问题，在实际切换过程中需要做到无损切换，也即做到相位连续，频率缓变切换到新的参考时钟源上。对于不同的参考源虽然频率相同，但是频率稳定度指标、频率准确度和相位差不尽相同，因此在切换的时候会存在频率和相位突变的情况，这样就会出现时钟不连续的现象，这在精密时钟应用场景是不允许的。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种多参考频率源无损切换方法和系统。
一种多参考频率源无损切换方法，方法包括：
获取本地采样时钟信号和若干路外部参考频率信号，并以任一路外部参考频率信号作为主用参考频率信号。
以本地采样时钟信号为采样时钟，对所有外部参考频率信号进行A/D转换，得到预定频率的若干路数字信号。
根据本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号。
分别测量第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号。
根据第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号，计算每路数字信号和第一数字信号之间的频率差和相位差。
当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端；恒温晶振用于提供本地采样时钟信号和主控单元的低俗主时钟。
在其中一个实施例中，分别测量第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号，包括：
将第一路数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号；其中，在下变频处理过程中将将拍频设置为第一预设频率值。
根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到第一路数字信号的相位值。
对第一路数字信号的相位值进行相位解缠，得到第一路数字信号的连续相位信号。
对第一数字信号和其他数字信号采用与测量第一路数字信号的连续相位信号相同的方式进行测量，得到第一数字信号和其他数字信号的连续相位信号。
在其中一个实施例中，将第一路数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号，包括：
根据本地采样时钟信号采用DDS方式生成预定频率的正弦载波信号和余弦载波信号；其中拍频值设置为第一预设频率值。
将第一路数字信号分别与正弦载波信号和余弦载波信号进行混频，然后进行低通滤波和抽取处理后，得到I/Q两路正交的频率信号。
在其中一个实施例中，参考源切换信号包括：主用参考频率信号异常信号和外部参考源切换信号。
在其中一个实施例中，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端，包括：
对新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差进行拟合处理剔除粗大误差，然后进行滤波处理后，得到相位偏差和频率偏差。
根据相位偏差和频率偏差采用PID控制和频率切换小步调频控制策略，确定恒温晶振的压控电压值。
根据压控电压值进行PWM控制，生成压控电压的PWM信号。
将压控电压的PWM信号进行D/A转换后控制恒温晶振的压控端。
在其中一个实施例中，频率切换小步调频控制策略的具体步骤包括：
将新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差相减，得到需要切换的目标控制频差信号。
根据目标控制频差信号的值确定小步调频步幅。
一种多参考频率源无损切换系统，系统包括：若干个A/D转换器、一个主控单元、一个本地可调时钟源、一个时钟生成模块；其中，A/D转换器的数量与外部参考频率信号的路数相同。
每个A/D转换器，用于接收一路外部参考频率信号，并将外部参考频率信号转换为数字信号。
主控单元，用于根据本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号；分别测量第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号；根据第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号，计算每路数字信号和第一数字信号之间的频率差和相位差；当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成本地可调时钟源的压控电压值。
本地可调时钟源，用于对压控电压值进行D/A转换后控制恒温晶振生成正弦时钟源信号。
时钟生成模块，用于将正弦时钟源信号进行正弦转方波的处理，得到基准频率信号，并将基准频率信号分为两路信号；其中，第一路信号用作本地采样时钟信号，第二路信号用作主控单元的低俗主时钟。
在其中一个实施例中，主控单元包括多个相位测量模块，一个DDS模块、若干个相位差频率差测量模块、频率切换控制模块以及本地可调时钟源控制模块；相位测量模块的数量比A/D转换器的数量多1个。
相位测量模块，用于对接收的数字信号或第一数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号；根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到数字信号或第一数字信号的相位值；对数字信号或第一数字信号的相位值进行相位解缠，得到数字信号或第一数字信号的连续相位信号；其中，在下变频处理过程中将将拍频设置为第一预设频率值。
相位差频率差测量模块，用于将接收的数字信号的连续相位信号与第一数字信号的连续相位信号相减，得到每路数字信号和第一数字信号之间的相位差；根据每路数字信号和第一数字信号之间的相位差，计算频率差。
频率切换控制模块，用于将测参考源切换信号，当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号。
本地可调时钟源控制模块，用于根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值。
DDS模块，用于根据本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号。
在其中一个实施例中，相位测量模块包括数字下变频模块、相位值计算模块以及相位解缠模块。
数字下变频模块，用于采用正交双混频方式进行混频，然后进行滤波、抽取处理后，得到I/Q两路正交的频率信号。
相位值计算模块，用于根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到数字信号或第一数字信号的相位值。
相位解缠模块，用于对相位值进行相位解缠，得到连续相位信号。
在其中一个实施例中，本地可调时钟源控制模块包括：PID&频率切换小步调频控制模块和PWM控制模块。
PID&频率切换小步调频控制模块，将新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差相减，得到需要切换的目标控制频差信号；根据目标控制频差信号的值确定小步调频策略，生成压控电压值。
PWM控制模块，用于根据压控电压值进行PWM控制，生成压控电压的PWM信号，并将压控电压的PWM信号传输至本地可调时钟源。
上述多参考频率源无损切换方法和系统，所述方法包括：获取本地采样时钟信号和若干路外部参考频率信号，并以任一路外部参考频率信号作为主用参考频率信号；以本地采样时钟信号为采样时钟，将所有外部参考频率信号转换为数字信号；利用本地采样时钟信号采用DDS生成第一数字信号；分别测量第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号；根据第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号，计算频率差和相位差；当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端。采用本方法可实现相位连续，频率缓变切换到新的参考时钟源上。
附图说明
图1为一个实施例中多参考频率源无损切换方法的流程示意图；
图2为一个实施例中多参考频率源无损切换系统组成框图；
图3为另一个实施例中多参考频率源无损切换系统原理图；
图4为另一个实施例中数字下变频模块的原理图；
图5为另一个实施例中多参考频率源无损切换系统原理图；
图6为另一个实施例中驯服控制流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种多参考频率源无损切换方法，该方法包括以下步骤：
步骤100：获取本地采样时钟信号和若干路外部参考频率信号，并以任一路外部参考频率信号作为主用参考频率信号。
具体到的，外部参考频率信号可以是但不限于常规频率源10MHz的参考频率信号。
以常规频率源10MHz的切换为例，输入为3路10MHz的外部参考频率信号，内部公共振荡器采用10.23MHz的压控晶振，实现不同输入源切换，实现输出频率10.23MHz的连续稳定输出，如果需要其他频率信号的输出，则可以通过增加一个硬件锁相环即可以实现其他频率的输出。
步骤102：以本地采样时钟信号为采样时钟，对所有外部参考频率信号进行A/D转换，得到预定频率的若干路数字信号。
具体的，以频率为10.23MHz的本地采样时钟信号作为A/D转换器采集时钟，分别对每路外部参考频率信号f1、f2、f3、…、fn进行数据采集，得到采样率为10.23MHz，信号频率为230KHz的若干路数字信号。
步骤104：根据本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号。
具体的，本地采样时钟信号的频率可以是但不限于10.23MHz。
在这里以本地采样时钟信号的频率为10.23MHz为例进行说明。利用10.23MHz的本地采样时钟信号DDS的方法生成230KHz频率的第一数字信号。
步骤106：分别测量第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号。
具体的，通过分别对每路数字信号进行数字下变频(DDC)，下变频后得到I/Q两路正交的频率信号，利用I/Q两路正交信号求反正切值后得到相位值，该相位值通过相位相位解缠后得到每路外部参考频率信号对于的连续相位信号，为了避免出现频率镜像的情况，将拍频设置为190Hz，满足恒温晶振和原子钟等参考频率信号的拍频要求。
采用与前面若干路数字信号一样的处理方法对第一数字信号进行处理，得到第一数字信号的连续相位值(作为优选频率为190Hz)，此时该路相位信号反映了10.23MHz的晶振的频率信号。
相位相位解缠就是把相位里出现360度跳变的地方恢复到连续的相位。比如你有一组信号，上一个时刻你的信号相位是179度，下一个时刻的信号相位随着时间增加到了181度，这个181度会因为反正切函数的值域范围而变成-179度，相位相位解缠的目的就是把这个-179度变回181度，让相位值不要出现360的跳变。
步骤108：根据第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号，计算每路数字信号和第一数字信号之间的频率差和相位差。
具体的，利用第一数字信号的连续相位信号和若干路外部参考频率信号的连续相位信号分别求相位差，即可得到若干路外部参考频率信号与10.23MHz的实时相位差(拍频后)，通过相位差求导数就能得到频率差。
步骤110：当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端；恒温晶振用于提供本地采样时钟信号和主控单元的低俗主时钟。
具体的，一般需要进行参考源无损切换包括两种情况，第一种情况就是由于输入参考信号源故障需要做无损切换；第二种情况，就是系统有参考源切换的需求，系统需要选择某一路输入参考信号。
在不考虑频率切换的情况下，假定固定选择某一路为参考频率信号，通过该路参考频率信号和10.23MHz晶振之间的相位差和频率差后，根据相位差和频率差就可以生成恒温晶振的控制电压值，通过D/A转换后就能直接控制10.23MHz的压控端，形成闭环控制，实现参考时钟信号对10MHz晶振的驯服与锁定，如果控制精度不够可以采用PWM控制的方式。
在考虑频率源切换的情况下，该方法中若干路外部参考频率信号热备份状态，选择其中任一路为主用参考频率信号，实时监测所有外部参考频率信号的状态，如果主用参考频率信号出现故障或接收到外部参考源切换信号，则选择其他正常的一路外部参考频率信号作为新主用参考频率信号，或者根据外部频率切换信号确定新主用参考频率信号。根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端。
在一个具体的实施例中，3路10MHz外部参考频率信号的连续相位分别和10.23MHz所转换得到的连续相位相减后就得到了相位差，由于采样率固定，根据相位差可以计算频率差，频率差除以标称频率(10MHz或者10.23MHz)之后即得到相对的频率偏差。利用相对频率偏差的实时测量值作为反馈量，去控制恒温晶振的压控电压，既可以实现闭环控制，实现10.23MHz恒温晶振的频率信号锁定在输入参考频率上面。
恒温晶振用于提供本地采样时钟信号和主控单元的低俗主时钟。
上述多参考频率源无损切换方法中，所述方法包括：获取本地采样时钟信号和若干路外部参考频率信号，并以任一路外部参考频率信号作为主用参考频率信号；以本地采样时钟信号为采样时钟，将所有外部参考频率信号转换为数字信号；利用本地采样时钟信号采用DDS生成第一数字信号；分别测量第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号；根据第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号，计算频率差和相位差；当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端。采用本方法可实现相位连续，频率缓变切换到新的参考时钟源上。
在其中一个实施例中，步骤104包括：将第一路数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号；其中，在下变频处理过程中将将拍频设置为第一预设频率值；根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到第一路数字信号的相位值；对第一路数字信号的相位值进行相位解缠，得到第一路数字信号的连续相位信号；对第一数字信号和其他数字信号采用与测量第一路数字信号的连续相位信号相同的方式进行测量，得到第一数字信号和其他数字信号的连续相位信号。
具体的，将第一路数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号，利用I/Q两路正交的频率信号通过CORDIC算法不难计算出实时相位值，但是相位值都是(-π/2，π/2)，考虑到相位的连续性，需要对相位结果进行相位相位解缠处理，得到第一数字信号和所有路数字信号的连续相位信号。
在其中一个实施例中，将第一路数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号，包括：根据本地采样时钟信号采用DDS方式生成预定频率的正弦载波信号和余弦载波信号；其中拍频值设置为第一预设频率值；将第一路数字信号分别与正弦载波信号和余弦载波信号进行混频，然后进行低通滤波和抽取处理后，得到I/Q两路正交的频率信号。
具体的，数字下变频(DDC)采用正交双混频结构，内部生成230KHz正交信号(设置拍频值为190Hz)由DDS生成，DDS时钟由10.23MHz的时钟提供，双混频经过低通滤波器后生成正交的两路低频信号I与Q。
在其中一个实施例中，参考源切换信号包括：主用参考频率信号异常信号和外部参考源切换信号。
在其中一个实施例中，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端，包括：对新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差进行拟合处理剔除粗大误差，然后进行滤波处理后，得到相位偏差和频率偏差；根据相位偏差和频率偏差采用PID控制和频率切换小步调频控制策略，确定恒温晶振的压控电压值；根据压控电压值进行PWM控制，生成压控电压的PWM信号；将压控电压的PWM信号进行D/A转换后控制恒温晶振的压控端。
在其中一个实施例中，频率切换小步调频控制策略的具体步骤包括：将新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差相减，得到需要切换的目标控制频差信号；根据目标控制频差信号的值确定小步调频步幅。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种多参考频率源无损切换系统，该系统包括：若干个A/D转换器10、一个主控单元20、一个本地可调时钟源30、一个时钟生成模块40；其中，A/D转换器10的数量与外部参考频率信号的路数相同。
每个A/D转换器10，用于接收一路外部参考频率信号，并将外部参考频率信号转换为数字信号；
主控单元20，用于根据本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号；分别测量第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号；根据第一数字信号和每路数字信号的连续相位信号，计算每路数字信号和第一数字信号之间的频率差和相位差；当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成本地可调时钟源30的压控电压值。
具体的，主控单元20以FPGA为主控芯片，实现全数字式相位和频率差测量、频率切换控制、10.23MHz晶振控制与信号分配输出，完成设备主要控制和处理功能。
本地可调时钟源30，用于对压控电压值进行D/A转换后控制恒温晶振生成正弦时钟源信号。
时钟生成模块40，用于将正弦时钟源信号进行正弦转方波的处理，得到基准频率信号，并将基准频率信号分为两路信号；其中，第一路信号用作本地采样时钟信号，第二路信号用作主控单元20的低俗主时钟。
具体的，主控单元20采用全数字相差(频差)测量技术后，生成控制10.23MHz晶振的压控电压值，通过D/A转换后直接控制恒温晶振的压控端，实现对10.23MHz晶振闭环控制，使得10.23MHz信号和10MHz的信号在相位上同步。锁定后晶振输出频率信号通过分配放大后输出，实现2路10.23MHz频率信号输出。其中1路转换为方波信号给FPGA作为低俗主时钟，另外一路10.23MHz频率信号作为本地采样时钟信号。
以外部参考频率信号的路数为3进行说明。为实现3路10MHz频率信号无损切换的功能和性能要求，主控单元以10.23MHz晶振作为A/D采集时钟，分别对3路10MHz参考频率信号(f1、f2、f3)进行数据采集，得到采样率为10.23MHz，信号频率为230KHz的3路数字信号，通过对3路信号进行数字下变频(DDC)，下变频后得到I/Q两路正交的频率信号，利用I/Q两路正交信号求反正切值后得到相位值，该相位值通过相位解缠后得到连续的3路相位信号输出，为了避免出现频率镜像的情况，将拍频设置为190Hz，满足恒温晶振和原子钟等参考频率信号的拍频要求。另外在FPGA中，利用10.23MHz的时钟信号DDS的方法生成230KHz频率数字信号，与前面3路信号一样的处理方法后可以得到连续的相位值(频率为190Hz)，此时该路相位信号反映了10.23MHz的晶振的频率信号，利用该路相位信号和前面3路的相位信号分别求相位差即可得到3路外部参考频率信号与10.23MHz的实时相位差(拍频后)，通过相位差求导数就能得到频率差，频率差除以标称频率(10MHz或者10.23MHz)之后即得到相对的频率偏差。利用相对频率偏差的实时测量值作为反馈量，去控制恒温晶振的压控电压，既可以实现闭环控制，实现10.23MHz恒温晶振的频率信号锁定在输入参考频率上面。如果控制精度不够可以采用PWM控制的方式。
在其中一个实施例中，如图3所示，主控单元20包括多个相位测量模块201，一个DDS模块205、若干个相位差频率差测量模块202、频率切换控制模块203以及本地可调时钟源控制模块204；相位测量模块201的数量比A/D转换器10的数量多1个。
相位测量模块201，用于对接收的数字信号或第一数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号；根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到数字信号或第一数字信号的相位值；对数字信号或第一数字信号的相位值进行相位解缠，得到数字信号或第一数字信号的连续相位信号；其中，在下变频处理过程中将将拍频设置为第一预设频率值；
相位差频率差测量模块202，用于将接收的数字信号的连续相位信号与第一数字信号的连续相位信号相减，得到每路数字信号和第一数字信号之间的相位差；根据每路数字信号和第一数字信号之间的相位差，计算频率差；
频率切换控制模块203，用于检测参考源切换信号，当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号；
本地可调时钟源控制模块204，用于根据新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值。
具体的，3路10MHz外部参考频率信号的连续相位分别和10.23MHz所转换得到的连续相位相减后就得到了相位差，由于采样率固定，根据相位差可以计算频率差，频率差除以标称频率(10MHz或者10.23MHz)之后即得到相对的频率偏差。利用相对频率偏差的实时测量值作为反馈量，去控制恒温晶振的压控电压，既可以实现闭环控制，实现10.23MHz恒温晶振的频率信号锁定在输入参考频率上面。
DDS模块205，用于根据本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号。
在其中一个实施例中，相位测量模块包括数字下变频模块(即DDC模块)、相位值计算模块以及相位解缠模块。
数字下变频模块，用于采用正交双混频方式进行混频，然后进行滤波、抽取处理后，得到I/Q两路正交的频率信号。
具体的，数字下变频(DDC)采用正交双混频结构，内部生成230KHz正交信号(设置拍频值为190Hz)由DDS生成，DDS时钟由10.23MHz的时钟提供，双混频经过低通滤波器后生成正交的两路低频信号I与Q，如图2所示。根据数据处理的需要，进行适当的抽取和FIR滤波，最后可以得到两路190Hz左右的采样率为2KHz的I\Q信号。数字下变频模块的原理如图4所示。
相位值计算模块，用于根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到数字信号或第一数字信号的相位值。
相位解缠模块，用于对相位值进行相位解缠，得到连续相位信号。
具体的，利用两路I\Q信号通过CORDIC算法不难计算出实时相位值，但是相位值都是(-π/2,π/2)，考虑到相位的连续性，需要对相位结果进行相位解缠处理。
在其中一个实施例中，如图5所示，本地可调时钟源控制模块204包括：PID&频率切换小步调频控制模块和PWM控制模块。
PID&频率切换小步调频控制模块，将新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差相减，得到需要切换的目标控制频差信号；根据目标控制频差信号的值确定小步调频策略，生成压控电压值。
具体的，频率切换控制策略采用小步调频策略，从图3系统框图可以看出来，每路10MHz信号相对于10.23MHz之间的频差都是实时测量的，因此，每路10MHz信号相对于10.23MHz的相对频差都是能够实时获取的。实际控制过程是如下方式实现的：对原参考频率的频差和现参考频率信号频差信号进行求差计算，得到需要切换的目标控制频差信号，根据目标控制频差的大小制定小步调频策略，小步调频的目的是使得秒稳定度达到系统的指标要求，所以可以反算出调频的步幅，通过时间的累积来达到大的频率调整，最后实现输出10.23MHz跟着现参考频率信号，切换全程相位和频率都不会出现跳变，实现了无损切换。
PWM控制模块，用于根据压控电压值进行PWM控制，生成压控电压的PWM信号，并将压控电压的PWM信号传输至本地可调时钟源。
具体的，如果需要提升控制精度，可以采用PWM驯服的方式。假设对10.23MHz恒温晶振的控制采用1秒每次的控制频次，则PWM控制策略是解决在1秒以内的控制精度提升的方法，在1秒以内采用频率位1kHz的PWM波，PWM控制只针对DAC的最后1-2bits，也就是PWM波形是在计算的DAC输出的基础上叠加小幅的PWM信号，经过低通滤波后输出直流的精准调节值。这种方法的根本原理在于DAC由于存在量化位数的问题，所以就存在截断误差，本方法采用PWM的方式京可能减少截断误差。比如对于16位的DAC，计算的输出给DAC的值应该是10000.123，则只有10000的值可以送给DAC，0.123则截断了，采用PWM的方式则10001与10000交替形成PWM波，10001的占空比是12.3％，则经过低通滤波后最后的输出电压就会趋近于实际的计算值，从而提升控制精度。PWM生成的时钟可以采用10MHz的恒温晶振的时钟，PWM的频率按照1kHz，则脉宽的分辨率可以达到万分之一，也就是说理论上DAC通过PWM控制后理论上在原有分辨率的基础上可以提升12位以上，理论量化位数能够达到28位以上，这样控制精度就会明显的提升。
驯服设计:对晶振的频率进行校准，使其与参考时钟的频率保持一致，并将其频率稳定度维持在一个较高的水平。
驯服的基本原理是主控单元根据相位差和频差测量数据，进行滤波处理后，利用成熟的控制算法实时计算得到对应的晶振压控电压调整量，通过高分辨率D/A转换器执行电压调整，达到校正晶体振荡器输出频率的目的，使晶振频率锁定参考频率。
相位差和频差测量值会直接影响驯服精度，为了提高数据可靠性，首先进行数据拟合处理剔除粗大误差，然后对数据进行滤波处理后，得到相位偏差和频率偏差值。控制算法依据滤波处理后的偏差值，计算出对应的晶振压控电压调整量，通过持续测量跟踪调整，使晶振频率与参考频率保持一致。驯服控制程序设计流程图如图6所示。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种多参考频率源无损切换方法，其特征在于，所述方法包括：
获取本地采样时钟信号和若干路外部参考频率信号，并以任一路所述外部参考频率信号作为主用参考频率信号；
以所述本地采样时钟信号为采样时钟，对所有外部参考频率信号进行A/D转换，得到预定频率的若干路数字信号；
根据所述本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号；
分别测量所述第一数字信号和每路所述数字信号的连续相位信号；
根据所述第一数字信号和每路所述数字信号的连续相位信号，计算每路所述数字信号和所述第一数字信号之间的频率差和相位差；
当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据所述新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端；所述恒温晶振用于提供本地采样时钟信号和主控单元的低俗主时钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别测量所述第一数字信号和每路所述数字信号的连续相位信号，包括：
将第一路所述数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号；其中，在下变频处理过程中将将拍频设置为第一预设频率值；
根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到第一路所述数字信号的相位值；
对第一路所述数字信号的相位值进行相位解缠，得到第一路所述数字信号的连续相位信号；
对所述第一数字信号和其他所述数字信号采用与测量第一路所述数字信号的连续相位信号相同的方式进行测量，得到所述第一数字信号和其他所述数字信号的连续相位信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将第一路所述数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号，包括：
根据所述本地采样时钟信号采用DDS方式生成预定频率的正弦载波信号和余弦载波信号；其中拍频值设置为第一预设频率值；
将第一路所述数字信号分别与所述正弦载波信号和所述余弦载波信号进行混频，然后进行低通滤波和抽取处理后，得到I/Q两路正交的频率信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考源切换信号包括：主用参考频率信号异常信号和外部参考源切换信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值，通过D/A转换后控制恒温晶振的压控端，包括：
对所述新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差进行拟合处理剔除粗大误差，然后进行滤波处理后，得到相位偏差和频率偏差；
根据所述相位偏差和所述频率偏差采用PID控制和频率切换小步调频控制策略，确定恒温晶振的压控电压值；
根据所述压控电压值进行PWM控制，生成压控电压的PWM信号；
将所述压控电压的PWM信号进行D/A转换后控制恒温晶振的压控端。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述频率切换小步调频控制策略的具体步骤包括：
将所述新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差相减，得到需要切换的目标控制频差信号；
根据所述目标控制频差信号的值确定小步调频步幅。
7.一种多参考频率源无损切换系统，其特征在于，所述系统包括：若干个A/D转换器、一个主控单元、一个本地可调时钟源、一个时钟生成模块；其中，所述A/D转换器的数量与外部参考频率信号的路数相同；
每个所述A/D转换器，用于接收一路外部参考频率信号，并将所述外部参考频率信号转换为数字信号；
所述主控单元，用于根据本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号；分别测量所述第一数字信号和每路所述数字信号的连续相位信号；根据所述第一数字信号和每路所述数字信号的连续相位信号，计算每路所述数字信号和所述第一数字信号之间的频率差和相位差；当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号，根据所述新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成所述本地可调时钟源的压控电压值；
所述本地可调时钟源，用于对所述压控电压值进行D/A转换后控制恒温晶振生成正弦时钟源信号；
所述时钟生成模块，用于将所述正弦时钟源信号进行正弦转方波的处理，得到基准频率信号，并将所述基准频率信号分为两路信号；其中，第一路信号用作本地采样时钟信号，第二路信号用作所述主控单元的低俗主时钟。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主控单元包括多个相位测量模块，一个DDS模块、若干个相位差频率差测量模块、频率切换控制模块以及本地可调时钟源控制模块；所述相位测量模块的数量比所述A/D转换器的数量多1个；
所述相位测量模块，用于对接收的所述数字信号或第一数字信号进行数字下变频处理，得到I/Q两路正交的频率信号；根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到所述数字信号或第一数字信号的相位值；对所述数字信号或第一数字信号的相位值进行相位解缠，得到所述数字信号或第一数字信号的连续相位信号；其中，在下变频处理过程中将将拍频设置为第一预设频率值；
所述相位差频率差测量模块，用于将接收的所述数字信号的连续相位信号与所述第一数字信号的连续相位信号相减，得到每路所述数字信号和所述第一数字信号之间的相位差；根据每路所述数字信号和所述第一数字信号之间的相位差，计算频率差；
所述频率切换控制模块，用于将测参考源切换信号，当检测到参考源切换信号时，则确定新主用参考频率信号；
所述本地可调时钟源控制模块，用于根据所述新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差和相位差，采用预设的控制方式生成恒温晶振的压控电压值；
所述DDS模块，用于根据本地采样时钟信号采用DDS方法生成预定频率的第一数字信号。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述相位测量模块包括数字下变频模块、相位值计算模块以及相位解缠模块；
所述数字下变频模块，用于采用正交双混频方式进行混频，然后进行滤波、抽取处理后，得到I/Q两路正交的频率信号；
所述相位值计算模块，用于根据I/Q两路正交的频率信号计算反正切值，得到所述数字信号或第一数字信号的相位值；
所述相位解缠模块，用于对所述相位值进行相位解缠，得到连续相位信号。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述本地可调时钟源控制模块包括：PID&频率切换小步调频控制模块和PWM控制模块；
所述PID&频率切换小步调频控制模块，将所述新主用参考频率信号和原主用参考频率信号的频率差相减，得到需要切换的目标控制频差信号；根据所述目标控制频差信号的值确定小步调频策略，生成压控电压值；
所述PWM控制模块，用于根据所述压控电压值进行PWM控制，生成压控电压的PWM信号，并将所述压控电压的PWM信号传输至所述本地可调时钟源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410229290.0A CN118118016A (zh) | 2024-02-29 | 2024-02-29 | 多参考频率源无损切换方法和系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410229290.0A CN118118016A (zh) | 2024-02-29 | 2024-02-29 | 多参考频率源无损切换方法和系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118118016A true CN118118016A (zh) | 2024-05-31 |
Family
ID=91219110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410229290.0A Pending CN118118016A (zh) | 2024-02-29 | 2024-02-29 | 多参考频率源无损切换方法和系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118118016A (zh) |
-
2024
- 2024-02-29 CN CN202410229290.0A patent/CN118118016A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8571161B2 (en) | Electronic device for generating a fractional frequency | |
| JP6068363B2 (ja) | 電力測定デバイス | |
| CN107896109B (zh) | 锁相回路以及在锁相回路中产生锯齿波信号的方法 | |
| EP3203260A1 (en) | Signal-generating circuit | |
| US8947139B1 (en) | Apparatus for doubling the dynamic range of a time to digital converter | |
| US11621624B2 (en) | Phase tracking in AC power systems using coherent sampling | |
| JPH05276037A (ja) | アナログ−ディジタル・コンバータ較正システムおよび方法 | |
| CN104410408A (zh) | 一种单相锁相方法及装置 | |
| WO2007114501A1 (ja) | Ｐｌｌ装置 | |
| US5444420A (en) | Numerically controlled phase lock loop synthesizer/modulator and method | |
| JP5732163B2 (ja) | ランダムノイズ動作モードへの管理された遷移を伴う位相ロックループ装置 | |
| CN114142854A (zh) | 频率补偿电路、锁相环补偿电路、方法、设备和存储介质 | |
| US8885788B1 (en) | Reducing settling time in phase-locked loops | |
| KR102169591B1 (ko) | 주파수변조연속파 레이더시스템 및 그 운용방법 | |
| JP2007510340A (ja) | 直接デジタル合成方式による周波数合成器 | |
| Bertoluzzo et al. | Design and experimentation of a single-phase PLL with novel OSG method | |
| CN118118016A (zh) | 多参考频率源无损切换方法和系统 | |
| WO2017143425A1 (en) | Methods and devices for time synchronized power measurement | |
| US5990673A (en) | Digital phase comparator | |
| CN113852370A (zh) | 一种相位抖动补偿方法、模块和数字锁相环 | |
| CN113114227A (zh) | 多相位时钟信号相位差检测电路与方法、数字相位调制系统 | |
| CN115694413A (zh) | 恒温晶体振荡器的频率校准方法和系统 | |
| US10944409B2 (en) | Phase-locked loop and method for the same | |
| Serov et al. | Sample rate converter as a means of reducing measurment error of the voltage spectrum by application of fft | |
| CN111061330B (zh) | 一种变频器母线电压修正方法、装置、电子设备及存储介质 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |