CN203261316U - 一种时钟源 - Google Patents

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刘和平
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Abstract

本实用新型实施例公开了一种时钟源，涉及电子信息领域，解决了该类产品设计复杂、生产周期长的问题。该时钟源包括至少一个卫星导航接收机、时钟发生器、处理器及高稳晶振，所述时钟发生器与所述高稳晶振、所述处理器及所述至少一个卫星导航接收机直接连接，所述处理器与所述时钟发生器及所述至少一个卫星导航接收机直接连接。本实用新型用于时钟信号的处理。

Description

一种时钟源
技术领域
本实用新型涉及电子信息领域，尤其涉及一种时钟源。
背景技术
随着科学技术的发展，卫星同步时钟源在航空航天、武器试验、天文观测等高技术领域的需求越来越广泛。当前绝大多数卫星同步时钟源产品都是接收导航卫星(GPS(Global Positioning System，全球定位系统)或北斗卫星导航系统)的1PPS(1pulse per second，秒脉冲)信号，与本地时钟分频产生的1PPS信号比对，再通过处理器对两者的时差数据进行滤波处理，然后控制D/A(Digital to Analog converter，数模转换)转换器产生相应的模拟电压，以此实现校准本地时钟输出的功能。
但是，目前的产品需要单独生产专门的时差测量电路、分频倍频电路以及D/A转换电路对时钟源接收的导航卫星1PPS信号进行处理，因此产品设计复杂，生产周期较长。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供了一种时钟源，能够降低产品的设计复杂度、缩短产品的生产周期。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本实用新型的实施例提供一种时钟源，包括：
至少一个卫星导航接收机、时钟发生器、处理器及高稳晶振，所述时钟发生器与所述高稳晶振、所述处理器及所述至少一个卫星导航接收机直接连接，所述处理器与所述时钟发生器及所述至少一个卫星导航接收机直接连接，其中，
所述至少一个卫星导航接收机用于接收至少一路卫星导航信号，将所述至少一路卫星导航信号解调生成至少一路卫星同步秒脉冲信号，并将所述至少一路卫星同步秒脉冲信号发送至所述处理器及所述时钟发生器；
所述处理器用于接收所述至少一个卫星导航接收机发送的所述至少一路卫星同步秒脉冲信号，选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号作为目标秒脉冲信号，根据选择结果生成控制指令并将所述控制指令发送至所述时钟发生器；
所述高稳晶振用于生成参考频率信号并将所述参考频率信号发送至所述时钟发生器；
所述时钟发送器用于接收所述高稳晶振发送的所述参考频率信号，接收所述处理器发送的所述控制指令，并根据所述控制指令接收所述至少一个卫星导航接收机发送的作为所述目标秒脉冲信号的卫星同步秒脉冲信号，参考所述参考频率信号及所述目标秒脉冲信号生成标准频率信号。
在第一种可能的实现方式中，结合第一方面，所述时钟发生器包括：系统时钟产生器、控制单元、数字锁相环、数模转换器、滤波成形电路及时钟分配器；
其中，所述系统时钟产生器，用于接收所述高稳晶振发送的所述参考时钟信号，根据所述参考时钟信号产生系统时钟频率；
所述控制单元，用于接收所述处理器发送的所述控制指令，并根据所述控制指令控制所述输入切换单元接收所述至少一个卫星导航接收机发送的作为所述目标秒脉冲信号的卫星同步秒脉冲信号，并通过所述输入切换单元将所述目标秒脉冲信号发送至所述数字锁相环；
所述数字锁相环，用于接收所述输入切换单元发送的所述目标秒脉冲信号，参考所述目标秒脉冲信号及所述系统时钟频率生成数字信号，并将所述数字信号发送至数模转换器；
所述数模转换器，用于接收所述数字锁相环发送的所述数字信号，将所述数字信号转化成模拟信号，并将所述模拟信号通过所述滤波成形电路进行滤波处理后，通过所述时钟分配器进行时钟分配输出所述标准频率信号。
在第二种可能的实现方式中，结合第一方面的第一种可能的实现方式，所述数字锁相环包括：直接数字频率合成器、数字环路滤波器、分频器、鉴相器及频率调节字生成器；
其中，所述直接数字频率合成器，用于参考所述系统时钟频率生成数字信号，将所述数字信号发送至所述分频器；
所述分频器，用于接收所述直接数字频率合成器发送的数字信号，通过分频处理，从所述数字信号中分离出一路内部秒脉冲信号，并向所述鉴相器发送所述内部秒脉冲信号；
所述鉴相器，用于接收所述目标秒脉冲信号及所述分频器发送的所述内部秒脉冲信号，测量所述内部秒脉冲信号与所述目标秒脉冲信号的相位差，并将所述相位差通过所述数字环路滤波器进行滤波处理后，发送至所述频率调节字生成器；
所述频率调节字生成器，用于接收所述鉴相器发送的所述相位差，根据所述相位差生成频率调谐字，并将所述频率调谐字发送至所述直接数字频率合成器；
所述直接数字频率合成器，还用于接收所述频率调节字生成器发送的所述频率调谐字，并根据所述频率调谐字调节所述数字信号的频率。
在第三种可能的实现方式中，结合第一方面的第二种可能的实现方式，所述直接数字频率合成器具体用于根据公式
Figure BDA00003260941000031
调节所述数字信号的频率，其中，Fdds为所述数字信号的频率，M为所述频率调谐字，N为系统时钟发生器的倍频系数，fxtal为所述参考时钟信号的频率。
在第四种可能的实现方式中，结合第一方面的第二种可能的实现方式，所述处理器还用于记录所述频率调谐字，当所述至少一个卫星导航接收机均处于失锁状态时，将记录的所述频率调谐字发送至所述时钟发生器；
所述时钟发生器，还用于通过所述控制单元接收所述处理器发送的记录的所述频率调谐字，并将所述记录的所述频率调谐字通过所述频率调节字生成器转发至所述直接数字频率合成器，以便所述直接数字频率合成器根据所述频率调谐字调节所述数字信号的频率。
在第五种可能的实现方式中，结合上述任一项所述的时钟源，所述时钟源还包括：显示屏；
所述至少一个卫星导航接收机还用于将所述至少一路卫星导航信号解调生成世界统一时间UTC时间信息，并向所述处理器发送所述UTC时间信息；
所述处理器，还用于接收所述UTC时间信息，选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号对应的UTC时间信息作为目标时间信息，并将所述目标时间信息发送至显示屏；
所述显示屏，用于接收所述处理器发送的所述目标时间信息，并显示所述时间信息。
本实用新型实施例提供的时钟源，通过利用一种时钟发生器处理卫星同步秒脉冲信号，参考卫星同步秒脉冲信号及内部参考时钟信号直接输出标准频率信号，降低了产品的设计复杂度、缩短了生产周期。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种时钟源结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种时钟发生器结构图；
图3为本实用新型实施例提供的一种信号处理的方法流程示意图；
图4为本实用新型实施例提供的另一种信号处理的方法流程示意图。
附图标记：
11-处理器；
12-时钟发生器；
13-第一卫星导航接收机；
14-第二卫星导航接收机；
15-高稳晶振；
16-显示屏；
21-系统时钟产生器；
22-输入切换单元；
23-控制单元；
24-时钟分配器；
25-滤波成形电路；
26-数模转换器；
27-数字锁相环；
271-分频器；
272-鉴相器；
273-数字环路滤波器；
274-频率调节字生成器；
275-直接数字频率合成器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施例提供的一种时钟源进行详细，完整地描述。
本实用新型的实施例提供了一种时钟源，参照图1所示，该时钟源包括：至少一个卫星导航接收机(图1中以第一卫星导航接收机13、第二卫星导航接收机14两个卫星导航接收为例进行说明)、时钟发生器12、处理器11及高稳晶振15，时钟发生器12与高稳晶振15、处理器11及两个卫星导航接收机直接连接，处理器11与时钟发生器12及两个卫星导航接收机直接连接，其中，处理器11通过四线制SPI(SerialPeripheral Interface，同步串行外设接口)总线与时钟发生器12连接。卫星导航接收机的数量优选2～8个，这里不做具体限定，因为GPS全球定位系统和北斗卫星导航系统是应用比较广泛的两种卫星导航系统，所以在此以这两种卫星的时钟信号为例进行说明，其他卫星的时钟信号也可以接收。
第一卫星导航接收机13和第二卫星导航接收机14用于接收至少一路卫星导航信号，两个卫星导航接收机分别接收全球定位系统和北斗卫星导航系统的卫星导航信号，将接收到的至少一路卫星导航信号解调生成至少一路卫星同步秒脉冲信号，并将生成的至少一路卫星同步秒脉冲信号发送至处理器11及时钟发生器12。
处理器11用于接收两个卫星导航接收机发送的卫星同步秒脉冲信号，选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号作为目标秒脉冲信号，根据选择结果生成控制指令并将控制指令发送至时钟发生器12。其中，优先级可以为用户自定义的两个卫星导航接收机的主用和备用关系，即当卫星导航接收机为主用接收机时优先级较高，当卫星导航接收机为备用接收机时优先级较低。
高稳晶振15用于生成参考频率信号并将参考频率信号发送至时钟发生器12，可选的，该信号的频率采用10MHz。
时钟发送器用于接收高稳晶振15发送的参考频率信号及处理器11发送的控制指令，根据控制指令接收目标秒脉冲信号，参考参考频率信号及目标秒脉冲信号生成标准频率信号。其中，最终输出的标准频率信号的频率根据用户需求可以通过时钟发生器自行设定，一般输出的常用的标准频率信号可以为1PPS(秒脉冲信号)、10MHz的信号等等。此时时钟源工作在驯服模式。
本实用新型实施例提供的时钟源，通过利用时钟发生器处理卫星同步秒脉冲信号，参考卫星同步秒脉冲信号及内部参考时钟信号直接输出标准频率信号，降低了产品的设计复杂度、缩短了生产周期。
本实用新型的实施例还提供了一种具体的时钟源，参照图1所示，该时钟源包括：第一卫星导航接收机13、第二卫星导航接收机14、时钟发生器12、处理器11、高稳晶振15及显示屏16，时钟发生器12与高稳晶振15、处理器11及两个卫星导航接收机直接连接，处理器11与时钟发生器12、显示屏16及两个卫星导航接收机直接连接。
可选的，参照图2所示，时钟发生器12具体包括：系统时钟产生器21、输入切换单元22、控制单元23、数字锁相环27、数模转换器26、滤波成形电路25以及时钟分配器24。
参照图2所示，数字锁相环27具体包括：分频器271、鉴相器272、数字环路滤波器273、频率调节字生成器274、直接数字频率合成器275。
其中，第一卫星导航接收机13和第二卫星导航接收机14用于接收至少一路卫星导航信号，两个卫星导航接收机分别接收全球定位系统和北斗卫星导航系统的卫星导航信号，将接收到的至少一路卫星导航信号解调生成至少一路卫星同步秒脉冲信号及UTC(Universal TimeCoordinated，协调世界时)时间信息，将至少一路卫星同步秒脉冲信号及UTC时间信息发送至处理器11及时钟发生器12。
处理器11用于接收两个卫星导航接收机发送的卫星同步秒脉冲信号及UTC时间信息，选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号作为目标秒脉冲信号，根据选择结果生成控制指令并将控制指令发送至时钟发生器12，同时，选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号对应的UTC时间信息作为目标时间信息，将目标时间信息发送至显示屏16，显示屏16用于接收处理器11发送的目标时间信息，并显示时间信息。
这里，优先级可以为用户自定义的两个卫星导航接收机的主用和备用关系，即当卫星导航接收机为主用接收机时优先级较高，当卫星导航接收机为备用接收机时优先级较低。
高稳晶振15用于生成参考频率信号并将参考频率信号发送至时钟发生器12，一般，该信号的频率为10MHz。
在时钟发生器12内部，系统时钟产生器21，用于接收高稳晶振15的参考时钟信号，根据参考时钟信号产生系统时钟频率。
控制单元23，用于接收处理器11发送的控制指令，并根据控制指令控制输入切换单元22接收卫星导航接收机发送的作为目标秒脉冲信号的卫星同步秒脉冲信号，并通过输入切换单元22将目标秒脉冲信号发送至数字锁相环27。其中，输入切换单元22对不同卫星发送的秒脉冲信号进行输入切换的时候可以做到无缝切换，即切换时不会带来相位突变。
在数字锁相环27中，直接数字频率合成器275，用于参考目标秒脉冲信号及系统时钟频率生成数字信号，将数字信号发送至分频器271。
分频器271，用于接收直接数字频率合成器275发送的数字信号，通过分频处理，从数字信号中分离出一路内部秒脉冲信号，并向鉴相器272发送内部秒脉冲信号。
鉴相器272，用于接收目标秒脉冲信号及分频器271发送的内部秒脉冲信号，测量内部秒脉冲信号与目标秒脉冲信号的相位差，并将相位差通过数字环路滤波器273进行滤波处理后，发送至频率调节字生成器274。
频率调节字生成器274，用于接收鉴相器272发送的相位差，根据相位差生成频率调谐字，并将频率调谐字发送至直接数字频率合成器275。
直接数字频率合成器275，用于接收频率调节字生成器274发送的频率调谐字，并根据频率调谐字调节数字信号的频率。
具体的，直接数字频率合成器275根据公式调节数字信号的频率，其中，Fdds为数字信号的频率，M为频率调谐字，N为系统时钟发生器102的倍频系数，fxtal为参考时钟信号的频率。
数字锁相环27通过分频器271、鉴相器272、数字环路滤波器273、频率调节字生成器274、直接数字频率合成器275循环生成频率调谐字，最初，直接数字频率合成器275参考系统时钟频率生成不稳定的数字信号，从该数字信号中分频出一路内部秒脉冲信号与接收到的目标秒脉冲信号进行比对，产生频率调谐字来调节该数字信号的频率，再将调节后的数字信号反馈回分频器271，生成新的内部秒脉冲信号，将其与再次接收到的目标秒脉冲信号进行比对，进一步调节该数字信号的频率，这样不断地将该数字信号与外部的目标脉冲信号进行比对调节，可以使得内部秒脉冲信号与接收到的目标秒脉冲信号的频率始终保持一致。
上述过程，时钟源工作在驯服模式，为了保证当至少一个卫星导航接收机均处于失锁状态时，时钟源仍然够输出较为精确的标准频率信号，在生成频率调谐字的过程中，处理器11还用于记录频率调谐字，当至少一个卫星导航接收机均处于失锁状态时，将记录的频率调谐字发送至时钟发生器12。
时钟发生器12通过控制单元23将接收记录的频率调谐字，通过频率调节字生成器274将记录的频率调谐字发送至直接数字频率合成器275，以便直接数字频率合成器275根据记录的频率调谐字调节数字信号的频率。
这样，在失锁状态下，通过记录的锁定状态时的频率调谐字来调节直接数字合成器产生的数字信号的频率，可以使得输出的数字信号在短期的失锁状态仍能保持较高的精确度与稳定性，此时时钟源工作在保持模式。
数模转换器26，用于接收直接数字频率合成器275发送的数字信号，将数字信号转化成模拟信号，并将模拟信号通过滤波成形电路25进行滤波处理后通过时钟分配器24进行时钟分配输出标准频率信号。此处，标准频率信号的频率可以根据用户的需要自行设定，最常用的是1PPS信号和10MHz信号，而且，时钟分配器24可以同时分配出多路标准频率信号，优选的情况为输出4路标准频率信号。
具体的，本实用新型实施例中的第一卫星导航接收机103和第二卫星导航接收机104分别选用M12T授时型GPS接收机和北斗二代授时型接收机，高稳晶振选用MV89高稳晶振，处理器选用STM32F107VC微处理器，时钟发生器102选用AD9548芯片作为时钟发生器。
本实用新型实施例提供的时钟源，通过利用时钟发生器处理卫星同步秒脉冲信号，参考卫星同步秒脉冲信号及内部参考时钟信号直接输出标准频率信号，降低了产品的设计复杂度、缩短了生产周期。
本实用新型的实施例提供了一种信号的处理方法，参照图3所示，该方法包括：
301、时钟源接收至少一路卫星导航信号。
302、将至少一路卫星导航信号解调生成至少一路卫星同步秒脉冲信号。
303、选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号作为目标秒脉冲信号。
304、生成参考频率信号，参考参考频率信号及目标秒脉冲信号生成标准频率信号。
本实用新型实施例提供的信号处理的方法，通过利用时钟发生器处理卫星同步秒脉冲信号，参考卫星同步秒脉冲信号及内部参考时钟信号直接输出标准频率信号，降低了产品的设计复杂度、缩短了生产周期。
本实用新型的实施例还提供了另一种信号处理的方法，参照图4所示，该方法包括：
401、时钟源接收至少一路卫星导航信号。
402、将至少一路卫星导航信号解调生成至少一路卫星同步秒脉冲信号及UTC时间信息。
403、选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号作为目标秒脉冲信号，选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号对应的UTC时间信息作为目标时间信息，并且显示该目标时间信息。
404、生成参考频率信号，根据参考频率信号产生系统时钟频率。
405、参考系统时钟频率生成数字信号。
406、从数字信号中分离出一路内部秒脉冲信号，并且测量内部秒脉冲信号与目标秒脉冲信号的相位差。
407、根据相位差生成频率调谐字，并且根据频率调谐字调节数字信号的频率。
具体的，根据公式
Figure BDA00003260941000101
调节数字信号的频率，其中Fdds为数字信号的频率，M为频率调谐字，N为系统时钟发生器102的倍频系数，fxtal为参考时钟信号的频率。
408、记录频率调谐字，当至少一路卫星同步秒脉冲信号均处于失锁状态时，参考记录的频率调谐字调节数字信号的频率。
409、将数字信号转化成模拟信号。
410、将模拟信号进行滤波处理，并将滤波处理后的模拟信号进行时钟分配输出标准频率信号。
本实用新型实施例提供的信号处理的方法，通过利用时钟发生器处理卫星同步秒脉冲信号，参考卫星同步秒脉冲信号及内部参考时钟信号直接输出标准频率信号，降低了产品的设计复杂度、缩短了生产周期。
以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种时钟源，其特征在于，包括：至少一个卫星导航接收机、时钟发生器、处理器及高稳晶振，所述时钟发生器与所述高稳晶振、所述处理器及所述至少一个卫星导航接收机直接连接，所述处理器与所述时钟发生器及所述至少一个卫星导航接收机直接连接，其中，
所述至少一个卫星导航接收机用于接收至少一路卫星导航信号，将所述至少一路卫星导航信号解调生成至少一路卫星同步秒脉冲信号，并将所述至少一路卫星同步秒脉冲信号发送至所述处理器及所述时钟发生器；
所述处理器用于接收所述至少一个卫星导航接收机发送的所述至少一路卫星同步秒脉冲信号，选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号作为目标秒脉冲信号，根据选择结果生成控制指令并将所述控制指令发送至所述时钟发生器；
所述高稳晶振用于生成参考频率信号并将所述参考频率信号发送至所述时钟发生器；
所述时钟发送器用于接收所述高稳晶振发送的所述参考频率信号，接收所述处理器发送的所述控制指令，并根据所述控制指令接收所述至少一个卫星导航接收机发送的作为所述目标秒脉冲信号的卫星同步秒脉冲信号，参考所述参考频率信号及所述目标秒脉冲信号生成标准频率信号。
2.根据权利要求1所述的时钟源，其特征在于，所述时钟发生器包括：系统时钟产生器、控制单元、数字锁相环、数模转换器、滤波成形电路及时钟分配器；
其中，所述系统时钟产生器，用于接收所述高稳晶振发送的所述参考时钟信号，根据所述参考时钟信号产生系统时钟频率；
所述控制单元，用于接收所述处理器发送的所述控制指令，并根据所述控制指令控制输入切换单元接收所述至少一个卫星导航接收机发送的作为所述目标秒脉冲信号的卫星同步秒脉冲信号，并通过所述输入切换单元将所述目标秒脉冲信号发送至所述数字锁相环；
所述数字锁相环，用于接收所述输入切换单元发送的所述目标秒脉冲信号，参考所述目标秒脉冲信号及所述系统时钟频率生成数字信号，并将所述数字信号发送至数模转换器；
所述数模转换器，用于接收所述数字锁相环发送的所述数字信号，将所述数字信号转化成模拟信号，并将所述模拟信号通过所述滤波成形电路进行滤波处理后，通过所述时钟分配器进行时钟分配输出所述标准频率信号。
3.根据权利要求2所述的时钟源，其特征在于，所述数字锁相环包括：直接数字频率合成器、数字环路滤波器、分频器、鉴相器及频率调节字生成器；
其中，所述直接数字频率合成器，用于参考所述系统时钟频率生成数字信号，将所述数字信号发送至所述分频器；
所述分频器，用于接收所述直接数字频率合成器发送的所述数字信号，通过分频处理，从所述数字信号中分离出一路内部秒脉冲信号，并向鉴相器发送所述内部秒脉冲信号；
所述鉴相器，用于接收所述目标秒脉冲信号及所述分频器发送的所述内部秒脉冲信号，测量所述内部秒脉冲信号与所述目标秒脉冲信号的相位差，并将所述相位差通过所述数字环路滤波器进行滤波处理后，发送至所述频率调节字生成器；
所述频率调节字生成器，用于接收所述鉴相器发送的所述相位差，根据所述相位差生成频率调谐字，并将所述频率调谐字发送至所述直接数字频率合成器；
所述直接数字频率合成器，还用于接收所述频率调节字生成器发送的所述频率调谐字，并根据所述频率调谐字调节所述数字信号的频率。
4.根据权利要求3所述的时钟源，其特征在于，
所述直接数字频率合成器具体用于根据公式
Figure FDA00003260940900021
调节所述数字信号的频率，其中，Fdds为所述数字信号的频率，M为所述频率调谐字，N为系统时钟发生器的倍频系数，fxtal为所述参考时钟信号的频率。
5.根据权利要求3所述的时钟源，其特征在于，
所述处理器还用于记录所述频率调谐字，当所述至少一个卫星导航接收机均处于失锁状态时，将记录的所述频率调谐字发送至所述时钟发生器；
所述时钟发生器，还用于通过所述控制单元接收所述处理器发送的记录的所述频率调谐字，并将所述记录的所述频率调谐字通过所述频率调节字生成器转发至所述直接数字频率合成器，以便所述直接数字频率合成器根据所述频率调谐字调节所述数字信号的频率。
6.根据权利要求1～5任一项所述的时钟源，其特征在于，所述时钟源还包括：显示屏；
所述至少一个卫星导航接收机还用于将所述至少一路卫星导航信号解调生成世界统一时间UTC时间信息，并向所述处理器发送所述UTC时间信息；
所述处理器，还用于接收所述UTC时间信息，选择处于锁定状态并且优先级较高的一路卫星同步秒脉冲信号对应的UTC时间信息作为目标时间信息，并将所述目标时间信息发送至显示屏；
所述显示屏，用于接收所述处理器发送的所述目标时间信息，并显示所述时间信息。
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