KR100508812B1 - Ｇｐｓ를 이용한 1ｐｐｓ 생성기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 GPS의 1PPS 신호를 이용하여 시각동기를 수행하는 시스템에 있어서, GPS의 수신상태가 위치 해를 구할 수 없는 상황에서 GPS 수신기의 1PPS 신호출력을 대체하는 1PPS 신호를 출력하는 GPS를 이용한 1PPS 생성기를 개시한다. 본 발명은 GPS 위성으로부터 위치 및 시간해를 구하는 GPS 수신기, 상기 GPS 수신기에서 발생되는 1PPS 신호를 이용하여 정밀한 동기 클록을 발생시키는 정밀 동기 클록 발생기, 상기 정밀 동기 클록 발생기로부터 발생되는 클록을 이용하여 GPS를 대신하는 1PPS 신호를 발생시키는 의사 1PPS 발생기, 상기 의사 1PPS 발생기에서 출력되는 신호를 GPS 수신기가 수신 불능일 때 대신 출력하도록 하는 1PPS 선택기로 구성된다. 본 발명에 따르면, GPS의 수신해가 정상일 때 정밀한 클록을 유지하여 GPS의 수신해가 불능일 때 1PPS 신호를 대체적으로 발생하여 시각동기를 위하여 1PPS 신호가 지속적으로 요구되는 시스템에 공급될 수 있도록 하는 GPS를 이용한 1PPS 생성기를 제공할 수 있다.

Description

ＧＰＳ를 이용한 1ＰＰＳ 생성기{1PPS generator using GPS}

본 발명은 GPS의 1PPS 신호를 이용하여 시각동기를 수행하는 시스템에 관한 것으로, 특히 GPS의 수신상태가 위치 해를 구할 수 없는 상황에서 GPS 수신기의 1PPS 신호출력을 대체하는 1PPS 신호를 출력하는 GPS를 이용한 1PPS 생성기에 관한 것이다.

일반적으로 현재 이동통신 기지국 등에서 사용중인 시각동기 방법은 GPS의 1PPS 신호를 이용하는 것으로 원격 장치마다 GPS 수신기를 가지며 여기서 발생되는 시간차가 거의 없는 1PPS(Pulse Per Second) 신호를 이용하여 시각동기를 수행한다.

GPS는 24개의 GPS 위성을 이용하여 전 세계 하루 24시간 이용이 가능하고, 무제한 수의 사용자가 이용 가능한 시스템으로 위성이 4개 이상 찾아지면 3차원 위치 및 시간해를 구할 수 있는 시스템이다. GPS 수신기에서 출력되는 1PPS 신호는 시간차가 작아 원격 시스템에서 시각동기를 수행해야 하는 경우 사용되고 있다. 그러나 GPS는 위성 신호를 이용하므로 만약 GPS 위성의 수신 상태가 불량해지는 경우 위치 및 시간해를 출력하지 못하는데 이 경우 시각동기를 수행해야 하는 곳에서 시각동기를 수행하지 못하는 문제가 발생하는 단점이 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 GPS의 1PPS 신호를 이용하여 시각동기를 수행하는 시스템에 있어서, GPS의 수신상태가 위치 해를 구할 수 없는 상황에서 GPS 수신기의 1PPS 신호출력을 대체하는 1PPS 신호를 출력하는 GPS를 이용한 1PPS 생성기를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, GPS의 1PPS 신호를 이용하여 시각동기를 수행하는 시스템에 있어서, GPS 위성으로부터 위치 및 시간해를 구하는 GPS 수신기; 상기 GPS 수신기에서 발생되는 1PPS 신호를 이용하여 정밀한 동기 클록을 발생시키도록 GPS의 1PPS 신호와 NCO를 이용하여 정밀한 동기 클록을 발생시키는 정밀 동기 클록 발생기; 상기 정밀 동기 클록 발생기로부터 발생되는 클록을 이용하여 GPS를 대신하는 1PPS 신호를 발생시키는 의사 1PPS 발생기; 및 상기 1PPS 발생기에서 출력되는 신호를 GPS 수신기가 수신 불능일 때 대신 출력하도록 하는 1PPS 선택기로 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한, 상기 의사 1PPS 발생기는 정밀 동기 클록 발생기의 출력 클록을 이용하여 의사 1PPS 신호를 만들고 GPS가 수신 불능일 때 이를 출력하여 시각동기 장치에서 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

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이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 GPS 수신기에서 발생되는 1PPS(Pulse per Second) 신호의 타이밍도이다. 도 1을 참조하면, GPS 수신기에서 발생되는 1PPS 신호는 1초에 1번씩 발생되며 각각의 GPS 수신기는 같은 동기로 이 신호를 출력한다. 도 1의 Tb는 1.01ms± 0.01ms이며 1초(999.999ms±10.0us)마다 한번씩 주기(1Hz)에 일치되어 상승 에지로 동작한다.

도 2 는 본 발명에 따른 정밀 클록 발생 블록과 GPS 수신기의 연결 블록도이다. 도 2를 참조하면, 정밀 클록 발생기(2)는 GPS 수신기(1)와 연결된다. 정밀 클록 발생기(2)는 오실레이터(Oscillator)(3)의 주파수를 분주하여 정밀 클록을 발생하며 GPS 수신기(1)의 1PPS를 이용하여 보정되고 1PPS 신호마다 내부의 레지스터를 초기화 함으로써 동기를 맞춘다.

도 3 은 본 발명에 따른 정밀 클록 발생 블록의 블록도이다. 도 3을 참조하면, 정밀 클록 발생기(2)는 1PPS 샘플러(21), NCO(Numerical Controled Oscillator)(22), NCO 디코더(Decoder)(23), 클록 계수기(Clock Counter)(24), 위상 검출기(Phase Detector)(25)로 구성되어 있다. 상기 NCO(22)는 외부의 클록(오실레이터로부터의 fs)을 분주시켜 원하는 주파수의 클록(fn)을 발생하며, 클록 계수기(24)는 매 클록의 상승 에지마다 NCO(22)에서 발생된 클록이 '1'인 순간을 카운트한다. 이 계수 값은 위상검출기(25)로 보내지며 NCO(22)의 계수기와 마찬가지로 1PPS 샘플러(21)로부터 나오는 신호가 상승 에지에서 검출될 때마다 리셋된다. NCO 디코더(23)는 NCO(22)로부터 발생되는 클록을 내부 클록의 한 주기만큼의 폭으로 만든다. 이는 클록 계수기(24)가 NCO(22)의 클록을 카운트할 수 있도록 만든다. 위상 검출기(25)는 1PPS 샘플러(21)로부터 1초에 한번씩 인터럽트를 받을 때마다 클록 계수기(24)의 카운트 값을 읽어서 어긋난 정도를 보정하여 NCO(22)의 증가치(N)를 갱신한다.

입력 클록인 f_s는 오실레이터(3)에서 발생되므로 오차를 가지고 있다. 클록 계수기(24)에서 카운트한 값이 10⁶과 다르다면 1PPS 마다 증가치 값을 조정한다. Clock Counter 블록에서 NCO(22)의 출력 클록을 카운트한 값을 c_n이라고 한다면 수학식 1 ∼ 수학식 4에 의해 보정치 α가 계산된다.

도 4 는 본 발명에 따른 정밀 클록 발생블록의 NCO의 블록도이다. 도 4를 참조하면, NCO(22)는 Adder(221)와 n-비트 레지스터(222)로 구성된다. 레지스터(222)의 값은 클록의 상승 에지에서 증가치 N을 누적하며 오버플로워는 버려진다. 이 때, 최상위 비트가 토글(toggle)되는 것으로 클록을 발생시킨다. 즉, NCO(22)에서 출력되는 클록은 레지스터(222)의 최상위 비트이다. NCO(22)는 n 비트의 계수기와 외부에서 입력되는 증가치(N)로 외부 주파수 f_s를 (N/2ⁿ) 분주시켜 NCO 클록 f_n을 발생한다. 증가치(N)는 위상검출기(25)로부터 입력된다. NCO(22)에서 발생되는 클록의 주파수는 수학식 5와 같이 계산되어질 수 있다.

NCO(22)의 정밀도는 수학식 6과 같이 계산된다.

다수개의 정밀 클록 발생기(2)의 위상을 일치시키기 위해 NCO 계수기의 레지스터(222)는 1PPS 샘플러(21)로부터 나오는 신호가 상승 에지에서 검출될 때마다 초기화된다.

정밀 클록 발생기(2)는 f_S를 이용하여 동기성을 가진 정밀한 f_n을 출력하며 GPS 수신기(1)의 수신해가 유효할 때는 GPS 수신기(1)의 매 1PPS 출력마다 정밀 동기 클록 발생기(2)의 위상검출기(25)에서 NCO(22)의 증가치 N을 갱신하는 방법으로 정밀 동기 클록을 발생시킨다. 따라서 정밀 동기 클록 발생기(2)에서 발생하는 클록은 신뢰도가 높으며 이를 이용하여 다시 1PPS 신호를 만들어 내면 GPS 수신기(1)의 수신해가 일시적으로 불능일 때 이를 대체할 수 있는 신호로 사용될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 1PPS 생성기의 블록도이다. 도 5를 참조하면 1PPS 생성기는 GPS 수신기(1)의 1PPS 출력 신호와 정밀 동기 클록 발생기(2)에서 발생되는 정밀 동기 클록을 이용한 의사 1PPS 신호 중에서 GPS 수신상태에 따라 선택적으로 출력한다. GPS 수신기(1)는 위치 및 시간해가 유효한지 그렇지 않은지를 나타내는 PLL_Lock신호 등을 가지고 있다. 이에 따라 출력되는 1PPS 신호를 사용하면 시각동기에 1PPS 신호를 사용하는 블록에서 동작의 멈춤 없이 시각동기를 수행할 수 있다.

정밀 동기 클록에서 출력된 의사 1PPS 신호 발생기(블록)(4)는 f_n을 카운트하여 의사 1PPS 신호를 발생한다. f_n은 GPS의 1PPS 신호를 기준으로 보정되어 왔으므로 급격한 f_s의 변화가 있지 않은 한 신뢰성이 높은 클록 신호이며, 따라서 의사 1PPS 신호 발생 블록(4)에서 만들어진 의사 1PPS 신호는 높은 정확도를 가지게 된다. 이렇게 발생된 1PPS 신호는 GPS 수신기(1)의 상태가 불량할 때에 1PPS 선택기(5)에 의해 선택적으로 출력된다.

본 발명은 특정한 실시예를 들어 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 범주내에서 당 분야의 통상적 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 실시가 가능함이 명백하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 아날로그 및 디지털 데이터를 저장하는 데이터 Acquisition 시스템에 있어서, GPS를 이용하여 클록 주파수가 매우 정밀하며 동기가 정확한 클록을 생성하여 데이터를 저장하는 GPS의 정밀 클록을 이용한 광역 동기 데이터 Acquisition 시스템을 제공할 수 있다.

도 1 은 GPS 수신기의 1PPS 신호의 타이밍도.

도 2 는 본 발명에 따른 1PPS 생성기와 GPS 수신기의 연결 블록도.

도 3 은 본 발명에 따른 정밀 클록 발생기의 블록도.

도 4 는 본 발명에 따른 정밀 클록 발생기의 NCO의 블록도.

도 5 는 본 발명에 따른 1PPS 생성기의 블록도. * 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * 1 : GPS 수신기 2 : 정밀 동기 클록 발생기 3 : 오실레이터 4 : 의사 1PPS 신호 발생기 5 : 1PPS 선택기 21 : 1PPS 샘플러 22 : NCO 23 : NCO 디코더 24 : 클록 계수기 25 : 위상검출기 221 : 애더(ADDER) 222 : 레지스터

Claims (3)

1. GPS의 1PPS 신호를 이용하여 시각동기를 수행하는 시스템에 있어서,

   GPS 위성으로부터 위치 및 시간해를 구하는 GPS 수신기;

   상기 GPS 수신기에서 발생되는 1PPS 신호를 이용하여 정밀한 동기 클록을 발생시키도록 GPS의 1PPS 신호와 NCO를 이용하여 정밀한 동기 클록을 발생시키는 정밀 동기 클록 발생기;

   상기 정밀 동기 클록 발생기로부터 발생되는 클록을 이용하여 GPS를 대신하는 1PPS 신호를 발생시키는 의사 1PPS 발생기; 및

   상기 1PPS 발생기에서 출력되는 신호를 GPS 수신기가 수신 불능일 때 대신 출력하도록 하는 1PPS 선택기로 구성되는 GPS를 이용한 1PPS 생성기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 의사 1PPS 발생기는 정밀 동기 클록 발생기의 출력 클록을 이용하여 의사 1PPS 신호를 만들고 GPS가 수신 불능일 때 이를 출력하여 시각동기 장치에서 사용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 GPS를 이용한 1PPS 생성기.