KR101035548B1 - Method and system for correction of high presicion frequency oscillator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정밀 주파수발진기 교정방법 및 시스템에 관한 것으로서, 본 발명의 일면에 따른 주파수발진기 교정방법은, 주파수발진기로부터 출력되는 제1 주파수를 측정하는 단계와 GPS 수신기로부터 GPS 신호를 수신하여 디지털 위상 고정루프(DPLL) 필터를 통해 제2 주파수인 기준주파수를 생성하는 단계와 상기 측정된 제1 주파수와 상기 기준주파수의 주파수편차를 산출하는 단계와 상기 산출된 주파수편차가 상기 주파수발진기의 소정의 오차범위를 벗어나는 경우, 상기 주파수편차에 상기 주파수발진기의 불확도가 반영된 보정데이터를 생성하는 단계 및 상기 보정데이터 이용하여 상기 주파수발진기의 출력주파수를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method and system for calibrating a high precision frequency oscillator. The method for calibrating a frequency oscillator includes measuring a first frequency output from a frequency oscillator and receiving a GPS signal from a GPS receiver to fix a digital phase. Generating a reference frequency that is a second frequency through a loop (DPLL) filter, calculating a frequency deviation between the measured first frequency and the reference frequency, and the calculated frequency deviation is a predetermined error range of the frequency oscillator. When out of the step, generating the correction data reflecting the uncertainty of the frequency oscillator in the frequency deviation and using the correction data characterized in that it comprises the step of correcting the output frequency of the frequency oscillator.

루비듐(Rb) 주파수발진기, 교정(Calibration) Rubidium (Rb) Frequency Oscillators, Calibration

Description

고정밀 주파수발진기 교정방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CORRECTION OF HIGH PRESICION FREQUENCY OSCILLATOR}High precision frequency oscillator calibration method and system {METHOD AND SYSTEM FOR CORRECTION OF HIGH PRESICION FREQUENCY OSCILLATOR}

본 발명은 고정밀 주파수발진기의 교정방법 및 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 GPS 기준주파수를 이용하여 고정밀 주파수발진기의 불확도를 측정함으로써 고정밀 주파수발진기의 주파수를 교정하는 고정밀 주파수발진기의 교정방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method and system for calibrating a high precision frequency oscillator, and more particularly, to a method and system for calibrating a high precision frequency oscillator for calibrating a frequency of a high precision frequency oscillator by measuring an uncertainty of the high precision frequency oscillator using a GPS reference frequency. will be.

최근 정밀 주파수원의 필요성이 여러 분야에서 대두되고 있다. 정확한 좌표를 알아내기 위한 측지, 초고속통신, 전력공급 또는 디지털 이동통신 등의 산업전반에 걸쳐 그 필요성이 확산되고 있는 추세이다.Recently, the need for precision frequency sources is emerging in various fields. The necessity is spreading throughout the industry, such as geodetic, high-speed communication, power supply or digital mobile communication to find the exact coordinates.

이러한 주파수원은 수정편의 압전효과를 이용하여 단순하게 만든 일반적인 수정발진기(Crystal Oscillator)로부터 온도보상 수정발진기(Temparature Compensated Crystal Oscillator; TCXO), 오븐 제어 수정발진기(Oven Controlled Crystal Oscillator; OVCXO) 그리고 루비듐, 수소, 세슘 등의 원자를 이용한 원자주파수 표준기에 이르기까지 다양한 형태로 만들어져 사용되고 있다.These frequency sources range from a simple crystal oscillator (Temparature Compensated Crystal Oscillator (TCXO), an Oven Controlled Crystal Oscillator (OCCXO) and rubidium, It is used in various forms, ranging from atomic frequency standards using atoms such as hydrogen and cesium.

여러분야에서 다양한 형태로 사용되는 이들 주파수원은 이들을 구성하고 있 는 기본회로와 재료특성에 따라 주파수 품질이 달라지게 되며, 이러한 구조적인 문제 때문에 발진기에 따라 정도의 차이는 있으나 항상 동일한 품질을 유지할 수는 없다. 초기에 값을 맞추어 놓아도 시간이 경과함에 따라 주파수값이 지속적으로 변해가게 되는데 이를 경년변화(Aging)이라한다.These frequency sources, which are used in various forms in all of you, vary in frequency quality according to the basic circuit and material characteristics of them. Due to these structural problems, they can always maintain the same quality depending on the oscillator. There is no. Even if the initial value is set, the frequency value continuously changes as time passes. This is called aging.

일반적으로 통신이나 방송, 위성, 군사장비 등에 주로 사용되는 주파수는 주로 10-9 이상의 안정도를 가지는 고정밀 주파수발진기를 통해 발생시킨다. 고정밀 주파수발진기로서, 일반적으로 가장 많이 사용되는 루비듐 발진기, 수정 발진기 등의 하루 변동률은 1×10-11 ~ 1×10-10 정도이며, 이러한 고안정도의 주파수발진기도 시간이 경과하면 소정의 오차가 생기며, 이러한 오차를 교정해주지 않으면 고정밀 주파수발진기의 안정도를 확보할 수 없는 문제점이 있다.In general, the frequencies mainly used for communication, broadcasting, satellite, military equipment, etc. are generated through high-precision frequency oscillators having stability of 10 -9 or more. As a high-precision frequency oscillator, the daily fluctuation rate of rubidium oscillator, crystal oscillator, etc., which are used most commonly, is about 1 × 10 -11 to 1 × 10 -10 , and such a frequency oscillator has a predetermined error when time passes. If you do not correct this error, there is a problem that can not ensure the stability of the high-precision frequency oscillator.

종래에 이와 같은 원자 주파수발진기의 경년변화에 의한 품질 저하를 보상하기 위해서는 세슘급의 기준 주파수 신호를 발생하는 장치를 활용하여 소정의 기간마다 주파수를 교정하는 방법을 통해 주파수의 정확도를 유지해 왔다.Conventionally, in order to compensate for the deterioration of quality caused by the secular variation of the atomic frequency oscillator, the frequency accuracy has been maintained through a method of calibrating the frequency at predetermined intervals by using a device generating a cesium class reference frequency signal.

종래기술에 세슘 주파수발진기를 이용한 주파수 교정장치는 고비용문제 및 시스템 크기가 커지는 문제가 있었다.Frequency correction apparatus using cesium frequency oscillator in the prior art had a problem of high cost and large system size.

또한, 주파수원의 실시간 경시변화를 감시해서 변동률을 교정하는 독립된 시스템이 존재하지 않았다.In addition, there was no independent system that monitors real-time changes in frequency sources and corrects the rate of change.

본 발명의 다른 목적은 저비용, 소형시스템으로 고정밀 주파수발진기의 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고정밀 주파수발진기의 교정방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method and system for calibrating a high precision frequency oscillator which can improve the stability and reliability of a high precision frequency oscillator with a low cost, compact system.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정방법은 주파수발진기로부터 출력되는 제1 주파수를 측정하는 단계와 GPS 수신기로부터 GPS 신호를 수신하여 디지털 위상 고정루프(DPLL) 필터를 통해 제2 주파수인 기준주파수를 생성하는 단계와 상기 측정된 제1 주파수와 상기 기준주파수의 주파수편차를 산출하는 단계와 상기 산출된 주파수편차가 상기 주파수발진기의 소정의 오차범위를 벗어나는 경우, 상기 주파수편차에 상기 주파수발진기의 불확도가 반영된 보정데이터를 생성하는 단계 및 상기 보정데이터 이용하여 상기 주파수발진기의 출력주파수를 교정하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a frequency calibration method of a high precision frequency oscillator, the method comprising: measuring a first frequency output from a frequency oscillator and receiving a GPS signal from a GPS receiver to obtain a digital phase locked loop (DPLL) filter Generating a reference frequency which is a second frequency through the step of calculating the frequency deviation of the measured first frequency and the reference frequency and the calculated frequency deviation is outside the predetermined error range of the frequency oscillator, Generating correction data reflecting the uncertainty of the frequency oscillator in the frequency deviation, and correcting the output frequency of the frequency oscillator using the correction data.

본 발명의 다른 면에 따른 고정밀 주파수발진기 교정시스템은 소정의 시간간격으로 제1 주파수를 생성하는 주파수발진기와 상기 제1 주파수를 교정하기 위하여 GPS 신호를 입력받아 기준주파수인 제2 주파수를 생성하는 GPS 기반 주파수기준기와 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수를 입력받아 각각의 주파수를 측정하고, 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 주파수편차를 추출하는 시간간격 계수기와 상기 추출된 주파수편차가 소정의 오차범위를 벗어나는 경우 상기 주파수편차를 보정데이터로 변환하여 상기 주파수발진기로 전송하는 디지털 플랫폼을 포함한다.High precision frequency oscillator calibration system according to another aspect of the present invention is a frequency oscillator for generating a first frequency at a predetermined time interval and a GPS for receiving a GPS signal to correct the first frequency to generate a second frequency as a reference frequency A time interval counter for extracting a frequency deviation between the first frequency and the second frequency by receiving a base frequency reference, the first frequency and the second frequency, and extracting the frequency deviation And a digital platform that converts the frequency deviation into correction data and transmits the frequency deviation to the frequency oscillator when it is out of the error range.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있 다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명에 따르면, 주파수 불확도 측정모듈의 연산 알고리즘을 이용하여 주파수를 교정하므로 저가의 비용으로 고정밀 주파수발진기의 안정성과 신뢰성을 높일 수 있다.According to the present invention, since the frequency is calibrated using a calculation algorithm of the frequency uncertainty measurement module, it is possible to increase the stability and reliability of the high precision frequency oscillator at low cost.

또한, 종래기술에 따른 세슘 주파수발진기를 사용하지 않고, GPS 기준신호를 이용하여 루비듐(Rb) 주파수발진기의 경년변화에 따른 품질저하를 보상함으로써, 저비용으로 고정밀 주파수발진기의 장기간 안정도(Long-term Stability)를 개선시킬 수 있다.In addition, the long-term stability of the high-precision frequency oscillator at low cost by compensating for the deterioration of the rubidium (Rb) frequency oscillator using the GPS reference signal without aging change by using the GPS reference signal. ) Can be improved.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various different forms, and only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 교정시스템의 구성도이고, 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 교정시스템의 GPS 기반 주파수기준기의 구성도이고, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 교정시스템의 시간간격계수기 및 디지털플랫폼의 구성도를 나타낸 것이다.1 is a block diagram of a frequency calibration system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram of a GPS-based frequency reference of the frequency calibration system according to an embodiment of the present invention, Figure 3 Figure 1 shows the configuration of the time interval counter and the digital platform of the frequency calibration system according to one embodiment.

도 1 내지 도 3를 참조하면, 일 실시예에 따른 주파수 교정 시스템은 고정밀 주파수발진기를 포함하는 주파수발진기(110), GPS 기반 주파수기준기(120), 시간간격계수기(Time Interval Counter)(130), 디지털 플랫폼(140)를 포함한다.1 to 3, a frequency calibration system according to an embodiment includes a frequency oscillator 110 including a high precision frequency oscillator, a GPS-based frequency reference 120, and a time interval counter 130. , Digital platform 140.

주파수발진기(110)는 고정밀 주파수발진기 예컨대, 루비듐원자(Rb) 주파수발진기를 포함하되, 본 발명의 일 실시예에서는 GPS 신호를 이용하여 기준주파수를 생성하고, 상기 기준주파수를 이용하여 경년변화에 따른 품질저하를 보상하고 있다.The frequency oscillator 110 includes a high-precision frequency oscillator, for example, a rubidium atom (Rb) frequency oscillator, in one embodiment of the present invention generates a reference frequency using a GPS signal, according to the secular variation using the reference frequency Compensation for quality deterioration.

루비듐원자(Rb) 주파수발진기는 일반적인 원자주파수 표준기와 마찬가지로 루비듐원자 Rb87 의 천이주파수(6.8GHz)에 내장된 수정발진기를 위상고정시킬 수 있도록 전자회로로 구성한 형태를 취하고 있다.The rubidium atom (Rb) frequency oscillator takes the form of electronic circuits to fix the phase of the crystal oscillator embedded in the transition frequency (6.8 GHz) of the rubidium atom Rb 87 like the general atomic frequency standard.

루비듐 원자 주파수발진기는 Eflatform사의 제품이 사용될 수 있는데, 10MHz,5MHz,1MHz와 1PPS를 얻을 수 있으며 외부에 축전지가 들어있어 예기치 못한 전원의 수단이나 이동에 편리한 제품이 사용될 수 있다.The Rubidium Atomic Frequency Oscillator can be used by Eflatform's products. It can get 10MHz, 5MHz, 1MHz and 1PPS, and the external battery can be used for unexpected power supply or convenient movement.

주파수발진기(110)는 후술하는 디지털 플랫폼으로부터 소정의 보정데이터를 수신하여, 상기 보정데이터가 반영된 주파수를 생성하고 이를 시간간격계수기에 전송한다. 주파수발진기(110)가 디지털플랫폼으로부터 상기 보정데이터를 수신하는 과정은 상기 보정데이터가 반영된 주파수가 소정의 오차범위에 존재할 때까지 반복되는 것이 바람직하다.The frequency oscillator 110 receives predetermined correction data from a digital platform, which will be described later, generates a frequency in which the correction data is reflected, and transmits it to a time interval counter. The process of the frequency oscillator 110 receiving the correction data from the digital platform is preferably repeated until the frequency reflecting the correction data is within a predetermined error range.

또한, 디지털플랫폼으로부터 보정데이터를 받아서 이를 출력주파수 생성에 반영하여 상기 보정데이터가 정상적으로 반영되었는지 확인하는 과정을 거치게 된다.In addition, the correction data is received from the digital platform and reflected on the output frequency generation to check whether the correction data is normally reflected.

GPS 기반 주파수기준기(120)는 GPS 수신기(121), CPU(122), D/A 컨버터(123), OCXO(Ovened Crystal Oscillator; 이하 '오븐 제어 수정발진기'라 함.)(124)를 포함하여 구성될 수 있다. The GPS-based frequency reference unit 120 includes a GPS receiver 121, a CPU 122, a D / A converter 123, and an OCXO (Ovened Crystal Oscillator) 124. Can be configured.

GPS 수신기(121)는 위성으로부터 GPS 정보를 수신하고, 상기 GPS 정보를 GPS 시간에 동기된 1PPS(Pulse Per Second)와 함께 출력하여 CPU(122)로 전달한다. 상기 1PPS 신호가 포함된 주파수는 OCVX(124)와 D/A 컨버터(123)를 이용하여 주파수를 자가 보정하고, 상기 자가 자가보정된 출력된 주파수는 CPU(122)에서 시간간격계수기로 10MHz의 기준주파수로 출력된다.The GPS receiver 121 receives GPS information from the satellite, outputs the GPS information along with 1PPS (Pulse Per Second) synchronized to GPS time, and transmits the GPS information to the CPU 122. The frequency including the 1PPS signal is self-calibrated using the OCVX 124 and the D / A converter 123, the self-calibrated output frequency is a reference of 10MHz as a time interval coefficient in the CPU 122 The frequency is output.

GPS 수신기(121)로부터 GPS 신호가 입력되면 GPS 주파수기준기(120)에서는 주파수발진기(110)에서 출력되는 제1 주파수를 교정하기 위하여 기준이 될 수 있는 기준주파수를 생성한다. 즉, 오븐 제어 수정발진기(124)와 D/A 컨버터를 이용하여 주파수발진기에서 출력되는 주파수를 교정하기 위한 기준주파수를 자가보정한다.When a GPS signal is input from the GPS receiver 121, the GPS frequency reference 120 generates a reference frequency that can be a reference to correct the first frequency output from the frequency oscillator 110. That is, using the oven-controlled crystal oscillator 124 and the D / A converter, the reference frequency for calibrating the frequency output from the frequency oscillator is self-calibrated.

D/A 컨버터(123)는 CPU(122)로부터 입력받은 디지털 값을 아날로그 전압으로 변환하여 오븐 제어 수정발진기(OCXO)(124)의 주파수를 제어한다.The D / A converter 123 controls the frequency of the oven controlled crystal oscillator (OCXO) 124 by converting the digital value received from the CPU 122 into an analog voltage.

오븐 제어 수정발진기(OCXO)(124)는 클럭소스로 사용되며 출력 주파수는 D/A 컨버터(123)를 통해 변환된 아날로그 전압값에 의해 제어된다.The oven controlled crystal oscillator (OCXO) 124 is used as a clock source and the output frequency is controlled by the analog voltage value converted through the D / A converter 123.

도 3에 따른 시간간격계수기(130)는 비교기(131)와 마이크로프로세서(132)와 주파수 카운터(133)를 포함한다. 주파수발진기(110)에서 출력되는 주파수인 제1 주 파수와 GPS 기반 주파수기준기(120)로부터 출력되는 기준주파수인 제2 주파수를 입력받는다. The time interval counter 130 according to FIG. 3 includes a comparator 131, a microprocessor 132, and a frequency counter 133. A first frequency that is a frequency output from the frequency oscillator 110 and a second frequency that is a reference frequency output from the GPS-based frequency reference 120 are received.

GPS 기반의 기준주파수는 예컨대, GPS 신호를 기준으로 오븐 제어 수정발진기(OCXO)(124)의 10MHz 클럭주파수로 생성시킨 주파수가 사용될 수 있다. 또한, GPS 기반의 기준주파수는 외부에서 가변 입력 가능하게 설계될 수 있다.For example, the GPS-based reference frequency may be a frequency generated by the 10 MHz clock frequency of the oven controlled crystal oscillator (OCXO) 124 based on the GPS signal. In addition, the GPS-based reference frequency may be designed to be variable input from the outside.

상기 제1 주파수와 제2 주파수는 비교기(131)로 입력되고, 주파수 카운터(133)는 제1 주파수와 제2 주파수에 대하여 입력 사이클과 클럭 펄스에 대한 체인(chain)을 카운트한다.The first frequency and the second frequency are input to the comparator 131, and the frequency counter 133 counts a chain of input cycles and clock pulses for the first frequency and the second frequency.

한편, 시간간격계수기(130)에서의 주파수측정은 전자계수기 예컨대, 주파수 카운터(Frequency Counter), 위상비교기, 위상잡음 측정시스템(Phase Noise Measurement System) 등이 사용될 수 있고, 본 발명에서는 주파수 카운터를 사용하여 주파수를 측정한다.In the meantime, the frequency measurement in the time interval counter 130 may be an electronic counter such as a frequency counter, a phase comparator, a phase noise measurement system, and the like. In the present invention, a frequency counter is used. Measure the frequency by

디지털 플랫폼(140)은 주파수발진기(110)의 출력주파수와 GPS 주파수기준기(120)의 출력주파수에 대한 주파수 불확도(Uncertantity)를 측정하는 주파수 불확도모듈(141), 상기 주파수 불확도에 따른 오차를 교정하기 위한 주파수 교정모듈(142)를 포함한다. 이하에서, 불확도(Uncertantity)에 관하여 간략히 설명한다. The digital platform 140 is a frequency uncertainty module 141 for measuring the frequency uncertainty (Uncertantity) of the output frequency of the frequency oscillator 110 and the output frequency of the GPS frequency reference 120, the correction according to the frequency uncertainty It includes a frequency calibration module 142 to. Uncertainty will be briefly described below.

1993년 ISO가 IEC, BIPM, OIML 등의 관련 국제기구와 협조하여 모든 나라에서 통일적으로 적용할 수 있도록 발간한 측정 불확도 표현지침서(Guide to the Expression of Uncertainty Measurement)에 따르면, 불확도(Uncertantity)란 측정 결과의 신뢰도를 나타내는 정량적인 지표로서, 측정결과에 관련하여 측정량을 합리 적인 추정한 값의 분산 특성을 나타내는 파라미터이다. 최근에는 합성표준불확도개념을 사용하여 측정결과의 가능한 오차에 대한 신뢰성 즉, 가능한 오차의 범위를 나타내는 것으로 사용된다.According to the Guide to the Expression of Uncertainty Measurement, published in 1993 by ISO in cooperation with relevant international organizations such as IEC, BIPM, OIML, etc. for uniform application in all countries, measurement of uncertainty As a quantitative indicator of the reliability of a result, it is a parameter representing the variance characteristic of a reasonable estimate of the measurand in relation to the measurement result. Recently, the concept of synthetic standard uncertainty is used to indicate the reliability of the possible error of the measurement result, that is, the range of possible error.

즉, 불확도가 표시되지 않은 측정결과는 신뢰도에 관한 정량적 지표가 없기 때문에 어느 정도 믿어야 하는지 알 수 없으므로, 높은 정확도가 요구되는 측정일 수록 측정 불확도가 표시되지 않으면 측정의 의미가 없게된다.In other words, since the measurement result without uncertainty does not have a quantitative indicator of reliability, it is not known to what extent it is to be believed. Therefore, if the measurement uncertainty is not indicated, the measurement meaning becomes meaningless.

예컨대, 합격기준이 100±0.1mm인 제품의 측정결과를 100.05mm로 표현한 경우 그 측정결과의 불확도가 함께 표시되지 않으면 그 제품은 합격품이라고 확신할 수 없다. 반면에, 측정 결과를 100.05±0.2mm(k=1.96, 신뢰구간 95.45%)라고 표현하는 경우는 해당 제품에 대해 100번 중 95번은 100.03mm ~ 100.07mm의 범위에 있다고 알려줌으로써, 좀 더 구체적이고, 명확한 판단의 정보를 제공하게 되는 것이다.For example, if a measurement result of a product with a pass criterion of 100 ± 0.1 mm is expressed as 100.05 mm, the product may not be convinced that the product is a pass product unless the uncertainty of the measurement result is displayed. On the other hand, if the measurement results are expressed as 100.05 ± 0.2mm (k = 1.96, confidence interval 95.45%), 95 of the 100 times for the product are reported to be more specific. This will provide clear judgment information.

불확도의 원인으로는 샘플링에 의한 원인, 측정장비에 의한 원인, 측정자에 의한 원인, 외부 환경에 의한 원이 등 다양한 발생원인이 존재하는데, 본 발명에 따른 주파수 교정시스템에서는 그 정밀도를 1×10- 11 급으로 유지해야 하며, 이를 위해 고정밀도 주파수발진기에서 최소한 50개/100S 의 출력주파수가 샘플링되어야 한다. 따라서 본 발명에 따른 불확도(Uncertainty)개념은 외부환경 등의 원인도 있을 수 있겠지만, 샘플링에 의한 원인이 주요한 불확도의 원인으로 볼 수 있다.As a cause of uncertainty is caused by the sample, caused by the measurement equipment, cause by the contact point, to a variety of causes exist won by the external environment or the like, the accuracy in the frequency correction system in accordance with the present invention 1 × 10 - Class 11 must be maintained, and at least 50 / 100S output frequencies must be sampled from a high-precision frequency oscillator. Therefore, the concept of uncertainty (Uncertainty) according to the present invention may be due to the external environment, but the cause by sampling may be regarded as the cause of the major uncertainty.

특히, 본 발명에서는 측정된 데이터 값의 현실적인 불확실성에 때문에 낮은 신뢰성 문제를 해결하기 위해 다량의 데이터에 근거한 통계적 방식으로 고정밀 주파수발진기를 교정하고자 불확도 측정모듈을 사용한다.In particular, the present invention uses an uncertainty measurement module to calibrate a high precision frequency oscillator in a statistical manner based on a large amount of data in order to solve the low reliability problem due to the realistic uncertainty of the measured data values.

디지털 플랫폼(140)에서는 주파수발진기(110)의 출력주파수와 GPS 기반 주파수기준기(120)의 출력주파수에 대한 주파수 불확도(Uncertantity)를 측정하는 주파수 불확도 측정모듈(141)을 포함하는데, 상기 주파수 불확도는 다음 방법에 의해 산출된다.The digital platform 140 includes a frequency uncertainty measurement module 141 for measuring the frequency uncertainty (Uncertantity) of the output frequency of the frequency oscillator 110 and the output frequency of the GPS-based frequency reference 120, the frequency uncertainty Is calculated by the following method.

주파수 불확도는 주파수 교정시스템(100) 자체의 불확도와 교정대상의 불확도를 합산한다. 교정대상의 불확도는 고정밀 주파수발진기의 출력주파수와 기준주파수를 이용하여 고정밀 주파수발진기의 불확도를 산출한다. 한편, 주파수 교정시스템(100) 자체의 불확도는 GPS 기준주파수의 불확도와 시간간격계수기의 주파수 카운터의 불확도를 합산하여 산출된다. The frequency uncertainty sums the uncertainty of the frequency calibration system 100 itself and the uncertainty of the calibration target. The uncertainty of the calibration target is calculated using the output frequency and the reference frequency of the high precision frequency oscillator. On the other hand, the uncertainty of the frequency calibration system 100 itself is calculated by summing the uncertainty of the GPS reference frequency and the uncertainty of the frequency counter of the time interval counter.

상기 불확도는 연산알고리즘에 의해 계산될 수 있으며 디지털 플랫폼(140)에 포함되는 소정의 소프트웨어 모듈(미도시)을 통해 구현된다. 따라서, 상기 소프트웨어 모듈에는 GPS 기준주파수 불확도 측정모듈(미도시)과 고정밀 주파수발진기로부터 수신된 주파수에 대한 주파수 불확도 측정모듈(미도시)이 구비되는 것이 바람직하다.The uncertainty may be calculated by a computational algorithm and implemented through a predetermined software module (not shown) included in the digital platform 140. Accordingly, the software module preferably includes a GPS reference frequency uncertainty measurement module (not shown) and a frequency uncertainty measurement module (not shown) for frequencies received from the high precision frequency oscillator.

상기 주파수 불확도 측정모듈(141)을 통해 주파수 불확도가 측정되면 디지털 플랫폼(140)의 주파수 교정모듈(142)을 통해 시간간격계수기(130)로부터 수신된 주파수발진기(110)에 의한 주파수클럭과 GPS 기준주파수의 주파수클럭을 비교하여 고정밀 주파수발진기의 주파수를 교정하게 된다.When the frequency uncertainty is measured through the frequency uncertainty measurement module 141, the frequency clock and the GPS reference by the frequency oscillator 110 received from the time interval counter 130 through the frequency calibration module 142 of the digital platform 140 is measured. By comparing the frequency clock of the frequency, the frequency of the high precision frequency oscillator is calibrated.

GPS를 이용해서 10MHz 주파수 클럭을 발생시키는 GPS 기반 주파수기준기(120)와 주파수발진기(110)에서 발생된 클럭을 시간간격계수기(130)의 주파수 카운터를 거쳐 나오게 한 후 주파수 클럭들을 비교하여 주파수발진기(110)의 주파수불확도를 판단할 수 있다.The GPS-based frequency reference 120 and the frequency generator 110 generating the 10 MHz frequency clock using the GPS output through the frequency counter of the time interval counter 130 and then compare the frequency clock frequency oscillator The frequency uncertainty of 110 may be determined.

GPS 기반 주파수기준기(120)의 불확도는 GPS 불확도, GPS 장기불확도(Long- term Uncertainty), GPS 편차불확도(Deviation Uncertainty) 등을 이용하여 산출될 수 있다.The uncertainty of the GPS-based frequency reference unit 120 may be calculated using GPS uncertainty, GPS long term uncertainty, GPS deviation uncertainty, and the like.

주파수발진기(110) 예컨대, 루비듐(Rb) 주파수발진기에서 측정값들을 샘플링을 거쳐 평균값을 구하고 이 평균 주파수 클럭값을 기준주파수 클럭값과 비교하여 오차가 있을 경우 이를 보정할 수 있도록 주파수 불확도 측정모듈(141)이 오차간격을 보정해준다. 불확도를 측정할 수 있는 소프트웨어 모듈을 통해서 GPS 기준주파수와 고정밀 주파수발진기의 주파수간의 오차간격을 줄여서 정확한 주파수를 생성할 수 있도록 보정될 오차를 고정밀 주파수발진기로 전달하여 주파수 교정을 수행한다.In the frequency oscillator 110, for example, a rubidium (Rb) frequency oscillator, the measured values are sampled to obtain an average value, and the frequency uncertainty measurement module is used to correct the error if there is an error by comparing the average frequency clock value with a reference frequency clock value. 141) corrects the error interval. Through the software module that can measure the uncertainty, frequency correction is performed by passing the error to be corrected to the high-precision frequency oscillator in order to reduce the error interval between the GPS reference frequency and the frequency of the high-precision frequency oscillator.

불확도 측정의 일 실시예로서, 주파수 불확도 측정모듈(141)은 GPS 주파수기준기(120)에서 생성된 기준주파수에 대해 적분시간 1000s에서 100개의 data를 측정하여 불확도를 구하고, 적분시간 1s, 10s, 100s, 1000s의 편차를 측정한다.As an embodiment of the uncertainty measurement, the frequency uncertainty measurement module 141 obtains the uncertainty by measuring 100 data at an integration time of 1000 s with respect to the reference frequency generated by the GPS frequency reference unit 120, and calculates the integration time of 1s, 10s, Measure the deviation of 100s, 1000s.

또한, 주파수발진기(110)를 통해 발진된 주파수에 대해 적분시간 100s에서 100개의 data를 측정하여 불확도를 구하고, 적분시간 1s, 10s, 100s, 1000s의 편차를 측정한다.In addition, the uncertainty is obtained by measuring 100 pieces of data at an integral time of 100 s for the frequency oscillated through the frequency oscillator 110, and measures the deviation of the integral time of 1s, 10s, 100s, and 1000s.

주파수 불확도를 산출한 결과 주파수발진기(110)에 의한 제1 주파수와 GPS 기반 주파수기준기(120)에 의한 제2 주파수에 따른 주파수편차가 소정의 오차 범위내에 존재하는 경우에는 주파수 교정절차가 수행될 필요가 없으며, 이 때는 시간의 경과에 따른 주파수발진기(110)의 경시변화를 감시하기 위하여 메모리(143)에 주파수발진기(110)에 의한 제1 주파수값을 저장한다.As a result of calculating the frequency uncertainty, if a frequency deviation between the first frequency by the frequency oscillator 110 and the second frequency by the GPS-based frequency reference 120 is within a predetermined error range, a frequency calibration procedure may be performed. There is no need, and in this case, the first frequency value stored by the frequency oscillator 110 is stored in the memory 143 to monitor changes over time of the frequency oscillator 110 over time.

상기 저장된 제1 주파수정보를 이용하여 주파수발진기(110)의 경시변화를 실시간으로 확인할 수 있으며, 상기 메모리는 플래쉬메모리가 사용될 수 있다.Time-dependent changes of the frequency oscillator 110 may be checked in real time using the stored first frequency information, and the memory may be a flash memory.

전술한 주파수발진기(110)에 의한 제1 주파수의 교정작업은 소정의 시간간격으로 수행될 수 있다. 예컨대, 주파수발진기(110)의 샘플링주기를 100초로하고, 샘플링 횟수를 50으로 설정하면, 100초 동안 50번 샘플링하는 하고, 샘플링 시점마다 주파수편차를 산출하고 불확도를 연산한다. 또한, 주파수발진기(100)의 주파수편차에 대한 교정은 한 주기마다 수행되도록 조정할 수 있고 이 경우 한 주기마다 한 번씩 주파수 편차를 교정한다.The above-described calibration of the first frequency by the frequency oscillator 110 may be performed at a predetermined time interval. For example, if the sampling period of the frequency oscillator 110 is set to 100 seconds and the sampling frequency is set to 50, sampling is performed 50 times for 100 seconds, and the frequency deviation is calculated at each sampling time point and the uncertainty is calculated. In addition, the calibration for the frequency deviation of the frequency oscillator 100 can be adjusted to be performed every one cycle, in this case to correct the frequency deviation once per period.

도 4는 본 발명에 일 실시예에 따른 주파수발진기의 교정방법을 나타내는 순서도이고, 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수발진기의 교정방법에 있어서 주파수불확도 측정방법을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a calibration method of a frequency oscillator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a flowchart illustrating a frequency uncertainty measurement method in a calibration method of a frequency oscillator according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 5을 참조하면, 본 발명에 따른 주파수발진기의 주파수 교정은 먼저, 소정의 시간간격으로 고정밀 주파수발진기로부터 출력되는 제1 주파수를 측정하고(S510), GPS 수신기로부터 GPS 신호를 수신하여 디지털 위상 고정루프(DPLL) 필터를 통해 제2 주파수인 기준주파수를 생성한다(S520). 4 to 5, the frequency calibration of the frequency oscillator according to the present invention first measures the first frequency output from the high precision frequency oscillator at a predetermined time interval (S510), and receives a GPS signal from the GPS receiver. A reference frequency, which is the second frequency, is generated through the digital phase locked loop (DPLL) filter (S520).

시간간격계수기(130)에서는 상기 제1 주파수와 제2 주파수를 측정, 비교하여 주파수편차를 추출한다(S530).The time interval counter 130 measures and compares the first frequency and the second frequency to extract a frequency deviation (S530).

디지털 플랫폼에서는 상기 제1 주파수와 제2 주파수를 이용하여 추출된 주파수편차가 소정의 오차범위를 벗어나는지를 판단한다(S540).In the digital platform, it is determined whether the frequency deviation extracted by using the first frequency and the second frequency is outside a predetermined error range (S540).

상기 주파수편차가 상기 오차범위 내에 있으면, 주파수발진기의 주파수를 교정할 필요가 없으므로 주파수데이터를 메모리, 예컨대, 플래시메모리에 저장한다(S570).If the frequency deviation is within the error range, there is no need to calibrate the frequency of the frequency oscillator so that the frequency data is stored in a memory, for example, a flash memory (S570).

상기 주파수편차가 상기 오차범위를 벗어나는 경우에는 주파수발진기의 주파수의 정확도를 높이기 위해 주파수를 교정한다. 다만, 단순한 정확도(Accuracy)를 산출하는 것이 아니라 불확도(Uncertainty)를 측정함으로써 고정밀 주파수발진기의 안정성과 신뢰성을 높일 수 있다. When the frequency deviation is out of the error range, the frequency is corrected to increase the accuracy of the frequency of the frequency oscillator. However, it is possible to increase the stability and reliability of the high-precision frequency oscillator by measuring the uncertainty rather than simply calculating the accuracy.

주파수 불확도 측정모듈에서 상기 주파수편차를 고려한 보정데이터를 생성하고(S550), 상기 보정데이터를 고정밀 주파수발진기로 전달하며, 주파수발진기에서는 이를 반영하여 교정된 주파수를 발진한다(S560).The frequency uncertainty measurement module generates correction data considering the frequency deviation (S550), transfers the correction data to the high-precision frequency oscillator, and the frequency oscillator oscillates the corrected frequency (S560).

주파수 불확도 측정모듈에서는 주파수 교정시스템 자체의 불확도와 고정밀 주파수발진기의 불확도를 합산하여 산출될 수 있는데, 이하에서 도 5를 참조하여 설명한다.In the frequency uncertainty measurement module, the uncertainty of the frequency calibration system itself and the uncertainty of the high precision frequency oscillator may be calculated, which will be described below with reference to FIG. 5.

주파수 교정장치의 불확도를 산출하기 위해서는 GPS 기반 주파수기준기의 불확도를 산출하고(S610), 시간간격계수기의 주파수 카운터의 불확도를 산출한다(S620). 상기 GPS 기반 주파수기준기의 불확도와 주파수 카운터의 불확도를 합산 하여 주파수 교정시스템의 불확도를 산출한 후(S630), 상기 주파수발진기의 불확도를 합산하여 최종적인 주파수 불확도를 산출한다.In order to calculate the uncertainty of the frequency calibration apparatus, the uncertainty of the GPS-based frequency reference is calculated (S610), and the uncertainty of the frequency counter of the time interval counter is calculated (S620). After calculating the uncertainty of the frequency calibration system by adding the uncertainty of the GPS-based frequency reference unit and the uncertainty of the frequency counter (S630), the final frequency uncertainty is calculated by summing the uncertainty of the frequency oscillator.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를들어 본 발명의 고정밀 주파수발진기의 교정방법을 실현하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체의 형태 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. For example, the program for realizing the calibration method of the high-precision frequency oscillator of the present invention can be implemented in various forms such as the form of a recording medium on which a program is recorded. Therefore, it is to be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalent concept are included in the scope of the present invention. Should be interpreted.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 교정시스템의 구성도.1 is a block diagram of a frequency calibration system according to an embodiment of the present invention.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 교정시스템의 GPS 기반 주파수기준기의 구성도. 2 is a block diagram of a GPS-based frequency reference of the frequency calibration system according to an embodiment of the present invention.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수 교정시스템의 시간간격계수기 및 디지털플랫폼의 구성도.3 is a block diagram of a time interval counter and a digital platform of the frequency calibration system according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명에 일 실시예에 따른 주파수발진기의 교정방법을 나타내는 순서도.Figure 4 is a flow chart showing a calibration method of the frequency oscillator according to an embodiment of the present invention.

도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 주파수발진기의 교정방법에 있어서 주파수불확도 측정방법을 나타내는 순서도.5 is a flowchart illustrating a method of measuring frequency uncertainty in a calibration method of a frequency oscillator according to an embodiment of the present invention.

《도면의 주요부분에 대한 부호의 설명》`` Explanation of symbols for main parts of drawings ''

100: 주파수 교정 시스템 100_1: 주파수 교정 장치100: frequency calibration system 100_1: frequency calibration device

110: 주파수발진기 120: GPS 기반 주파수기준기110: frequency oscillator 120: GPS-based frequency reference

130: 시간간격 계수기 140: 디지털 플랫폼130: time interval counter 140: digital platform

Claims (12)

주파수발진기로부터 출력되는 제1 주파수를 측정하는 단계;Measuring a first frequency output from the frequency oscillator; GPS 수신기로부터 GPS 신호를 수신하여 디지털 위상 고정루프(DPLL) 필터를 통해 제2 주파수인 기준주파수를 생성하는 단계;Receiving a GPS signal from a GPS receiver to generate a reference frequency, which is a second frequency, through a digital phase locked loop (DPLL) filter; 상기 측정된 제1 주파수와 상기 기준주파수의 주파수편차를 산출하는 단계;Calculating a frequency deviation between the measured first frequency and the reference frequency; 상기 산출된 주파수편차가 상기 주파수발진기의 소정의 오차범위를 벗어나는 경우, 주파수발진기에서 출력되는 주파수의 불확도를 측정하는 단계;Measuring an uncertainty of a frequency output from the frequency oscillator when the calculated frequency deviation is out of a predetermined error range of the frequency oscillator; 상기 주파수편차에 상기 불확도가 반영된 보정데이터를 생성하는 단계; 및Generating correction data in which the uncertainty is reflected in the frequency deviation; And 상기 보정데이터 이용하여 상기 주파수발진기의 출력주파수를 교정하는 단계;를 포함하고,And correcting the output frequency of the frequency oscillator using the correction data. 상기 주파수의 불확도를 측정하는 단계는,Measuring the uncertainty of the frequency, GPS 기반 주파수기준기의 출력주파수의 불확도를 측정하는 제1 불확도 측정단계;A first uncertainty measuring step of measuring an uncertainty of an output frequency of a GPS-based frequency reference; 주파수 카운터의 불확도를 측정하는 제2 불확도 측정단계; 및A second uncertainty measuring step of measuring an uncertainty of a frequency counter; And 상기 주파수발진기의 출력주파수의 불확도를 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정방법.And measuring the uncertainty of the output frequency of the frequency oscillator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 주파수편차가 상기 소정의 오차범위내인 경우,If the frequency deviation is within the predetermined error range, 상기 제1 주파수값을 메모리에 저장하는 단계를 포함하는 것인 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정방법.And storing the first frequency value in a memory. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기준주파수는 디지털 위상고정루프(Digital Phase-Locked Loop; DPLL)필터, 오븐 제어 수정발진기(OCVX : Ovened Crystal Oscillator) 및 마이크로프로세서를 포함하는 GPS 기준주파수 생성기를 통해 생성되는 것인 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정방법.The reference frequency is generated through a GPS reference frequency generator including a digital phase-locked loop (DPLL) filter, an oven-controlled crystal oscillator (OCVX) and a microprocessor. Frequency calibration method. 제3항에 있어서, 상기 기준주파수를 생성하는 단계는The method of claim 3, wherein generating the reference frequency 상기 디지털 위상고정루프필터의 출력신호와 상기 오븐 제어 수정발진기로부터 발진되는 클럭주파수를 이용하여 출력되는 10MHz의 기준클럭을 생성하되, 상기 생성된 기준주파수는 1×10-12/day의 정확도를 갖는 것인 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정방법.A reference clock of 10 MHz is generated using an output signal of the digital phase locked loop filter and a clock frequency oscillated from the oven controlled crystal oscillator, wherein the generated reference frequency has an accuracy of 1 × 10 −12 / day. Frequency correction method of high precision frequency oscillator. 삭제delete 삭제delete 제1에 있어서,According to the first, 상기 주파수발진기는 루비듐(Rb) 주파수발진기인 것인 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정방법.The frequency oscillator is a rubidium (Rb) frequency oscillator frequency correction method of a high precision frequency oscillator. 소정의 시간간격으로 제1 주파수를 생성하는 주파수발진기;A frequency oscillator for generating a first frequency at predetermined time intervals; 상기 제1 주파수를 교정하기 위하여 GPS 신호를 입력받아 기준주파수인 제2 주파수를 생성하는 GPS 기반 주파수기준기;A GPS-based frequency reference unit for receiving a GPS signal to calibrate the first frequency and generating a second frequency as a reference frequency; 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수를 입력받아 각각의 주파수를 측정하고, 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 주파수편차를 산출하는 시간간격 계수기;A time interval counter which receives the first frequency and the second frequency, measures each frequency, and calculates a frequency deviation between the first frequency and the second frequency; 상기 추출된 주파수편차가 소정의 오차범위를 벗어나는 경우 상기 주파수편차를 보정데이터로 변환하여 상기 주파수발진기로 전송하는 디지털 플랫폼;을 포함하고,And a digital platform converting the frequency deviation into correction data and transmitting the correction to the frequency oscillator when the extracted frequency deviation is out of a predetermined error range. 상기 디지털 플랫폼은,The digital platform, 주파수 불확도 측정모듈을 포함하되,Including a frequency uncertainty measurement module, 상기 주파수 불확도는 상기 GPS 기반 주파수기준기의 불확도와 상기 시간간격 계수기의 불확도를 합산한 주파수 교정장치의 불확도와 상기 주파수발진기의 불확도를 합산하여 산출되는 것을 특징으로 하는 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정시스템.And the frequency uncertainty is calculated by summing the uncertainty of the frequency calibrator, which adds the uncertainty of the GPS-based frequency reference and the uncertainty of the time interval counter, and the uncertainty of the frequency oscillator. 제8항에 있어서, 상기 주파수발진기는The method of claim 8, wherein the frequency oscillator 상기 디지털플랫폼으로부터 상기 보정데이터를 수신하여, 상기 보정데이터가 반영된 주파수를 생성하여 상기 생성된 주파수를 상기 시간간격 계수기로 전송하되, 상기 보정데이터의 수신은 상기 보정데이터가 반영된 주파수와 상기 기준주파수의 편차가 상기 소정의 오차범위내에 존재할 때까지 반복되는 것인 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정시스템.Receiving the correction data from the digital platform, generating a frequency reflecting the correction data and transmitting the generated frequency to the time interval counter, the reception of the correction data is the frequency of the correction data reflected and the reference frequency And the frequency is repeated until the deviation is within the predetermined error range. 제8항에 있어서, 상기 시간간격계수기는The method of claim 8, wherein the time interval counter is 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수를 측정하여 비교하는 비교기;A comparator for measuring and comparing the first frequency and the second frequency; 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 입력사이클과 클럭 펄스에 대한 체인을 카운트하는 주파수 카운터; 및A frequency counter for counting the input cycles of the first frequency and the second frequency and a chain for clock pulses; And 상기 비교기를 제어하여 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수의 주파수편차를 추출하여 상기 디지털 플랫폼으로 전달하는 마이크로프로세서A microprocessor that controls the comparator to extract a frequency deviation between the first frequency and the second frequency and transfer the frequency deviation to the digital platform 를 포함하는 주파수 교정시스템.Frequency calibration system comprising a. 삭제delete 제8에 있어서,According to claim 8, 상기 주파수발진기는 루비듐(Rb) 주파수발진기인 것인 고정밀 주파수발진기의 주파수 교정시스템.Wherein said frequency oscillator is a rubidium (Rb) frequency oscillator.
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