一种高稳晶体振荡器频率的控制装置及方法与流程

专利检索2025-05-01  11


本发明涉及高稳晶体振荡器频率控制领域,特别是涉及一种高稳晶体振荡器频率的控制装置及方法。


背景技术:

1、高稳晶体振荡器因具有优异的短期频率稳定度,被广泛应用于通信、雷达、导航、遥感及测量仪器中;作为电子系统的频率源或时间基准,其性能高低直接影响甚至决定了电子系统的性能。

2、高稳晶体振荡器的短期频率稳定度,已经可以达到2e-13/1s~1000s,甚至达到8e-14/1s~100s,短稳性能比一般微型原子钟高1~2个量级,而且还具有体积小、重量轻、低功耗的特点,相较于短稳能力相当的原子钟如氢原子钟在体积、重量和功耗上有很大优势。但高稳晶体振荡器在频率准确度和长期稳定度性能上,由于存在老化特性,相较于原子钟还有一定的差距,在众多应用中存在一定的缺点,特别是对于频率准确度有要求的电子系统。而微型原子钟恰恰在频率准确度和长期稳定度上,具有一定优势,但它的短期频率稳定度和高稳晶体振荡器相比,有很大的劣势。

3、采用锁相的方法可以控制高稳晶体振荡器的频率准确度到微型原子钟水平,使之可以提高两个量级,但一般锁相的方法会严重恶化高稳晶体振荡器的短稳性能,实现频率准确度的同时,完全失去高稳晶体振荡器优异的短期频率稳定度优势,驯服方案也是如此,主要进行了频率准确度的驯服,一般只驯服普通晶振。

4、为解决这一问题,我们提出一种高稳晶体振荡器频率的控制装置和方法,使高稳晶体振荡器频率参考到小体积、低功耗的微型原子钟上,实现输出频率信号具有优异的短期频率稳定度和频率准确度。


技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高稳晶体振荡器频率的控制装置和方法,通过对微型原子钟和高稳晶体振荡器的相对相位信息的处理,得到高稳晶体振荡器频率的控制信息,提升了高稳晶体振荡器频率信号准确度,并且不恶化其短期频率稳定度。

2、为实现上述目的,本发明提供了如下方案:

3、一种高稳晶体振荡器频率的控制装置,所述控制装置包括:

4、微型原子钟,用于提供正弦波参考信号;

5、相位信息采集转换单元,分别与所述微型原子钟和所述高稳晶体振荡器连接,用于采集所述微型原子钟的相位信息和所述高稳晶体振荡器的相位信息,并将所述微型原子钟的相位信息和所述高稳晶体振荡器的相位信息转换为电压信号;

6、数据处理单元,与所述相位信息采集转换单元连接,用于分析所述电压信号以得到所述高稳晶体振荡器的频率控制信息所述数据处理单元还用于向相位信息采集转换单元发送相位信息采集信号;

7、控制单元,分别与所述数据处理单元和所述高稳晶体振荡器连接,用于根据所述频率控制信息控制所述高稳晶体振荡器以输出与所述正弦波参考信号同频的正弦波信号。

8、可选的,所述相位信息采集转换单元包括:

9、相位比较器,分别与所述微型原子钟和所述高稳晶体振荡器连接,用于根据所述微型原子钟的相位信息和所述高稳晶体振荡器的相位信息鉴别所述微型原子钟和所述高稳晶体振荡器的相位差;

10、相位采集器,分别与所述相位比较器和所述数据处理单元连接,用于采集所述相位差,并将所述相位差转换为电压信号。

11、可选的,所述相位信息采集转换单元还包括:第一100分频器和第二100分频器所述第一100分频器分别连接所述微型原子钟和所述相位比较器,所述第一100分频器用于降低所述微型原子钟的相位信息的频率至百分之一;所述第二100分频器分别连接所述高稳晶体振荡器和所述相位比较器,所述第二100分频器用于降低所述高稳晶体振荡器的相位信息的频率至百分之一。

12、可选的,所述分析所述相位信息以得到频率控制信息包括:

13、获取连续的所述电压信号;连续的所述电压信号的数据串长度为a;

14、采用最小二乘法对连续的所述电压信号进行线性拟合,以得到频率差;

15、根据所述频率差得到所述高稳晶体振荡器的频率调整量,并生成所述频率控制信息。

16、可选的,所述控制单元包括:

17、调整驱动模块,与所述数据处理单元连接,用于对所述频率控制信息进行模数转换以得到频率控制电压,并调整所述频率控制电压的分辨率以适配所述高稳晶体振荡器。

18、可选的,所述控制单元还包括:噪声抑制模块,分别与所述调整驱动模块和所述高稳晶体振荡器连接,用于抑制调整分辨率后的所述频率控制电压的噪声。

19、一种高稳晶体振荡器频率的控制方法,所述控制方法包括:

20、获取高稳晶体振荡器的稳定正弦波信号、微型原子钟的稳定正弦波参考信号和初始化的频率控制电压;

21、鉴别所述微型原子钟和所述高稳晶体振荡器的相位差,以得到电压信号;

22、采用最小二乘法对连续的所述电压信号进行线性拟合,以得到频率差;连续的所述电压信号的数据串长度为a;

23、根据所述频率差得到所述高稳晶体振荡器的频率调整量,并生成所述频率控制信息;

24、对所述频率控制信息进行模数转换以得到调整后的频率控制电压,以控制高稳晶体振荡器频率。

25、可选的,所述控制方法在所述鉴别所述微型原子钟和所述高稳晶体振荡器的相位差,以得到电压信号之前还包括:分别对所述高稳晶体振荡器的稳定正弦波信号和所述微型原子钟的稳定正弦波参考信号进行100分频。

26、可选的,所述控制方法还包括:判断所述频率差是否小于或等于频率差阈值;若是,则调整连续的所述电压信号的数据串长度为b,并对连续的所述电压信号进行线性拟合,以得到频率差,所述b大于所述a;若否,则线性拟合数据串长度为a的连续的所述电压信号,以得到频率差。

27、可选的,所述控制方法还包括:

28、整所述频率控制电压的分辨率以适配所述高稳晶体振荡器;

29、抑制调整分辨率后的所述频率控制电压的噪声。

30、根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:

31、本发明通过对微型原子钟和高稳晶体振荡器的相对相位信息的预处理,得到高稳晶体振荡器频率控制信息,实现既提高高稳晶体振荡器频率信号准确度,又不恶化其短期频率稳定度的效果。



技术特征:

1.一种高稳晶体振荡器频率的控制装置,其特征在于,所述控制装置包括:

2.根据权利要求1所述的高稳晶体振荡器频率的控制装置,其特征在于,所述相位信息采集转换单元包括:

3.根据权利要求2所述的高稳晶体振荡器频率的控制装置,其特征在于,所述相位信息采集转换单元还包括:第一100分频器和第二100分频器;所述第一100分频器分别连接所述微型原子钟和所述相位比较器,所述第一100分频器用于降低所述微型原子钟的相位信息的频率至百分之一;所述第二100分频器分别连接所述高稳晶体振荡器和所述相位比较器,所述第二100分频器用于降低所述高稳晶体振荡器的相位信息的频率至百分之一。

4.根据权利要求2所述的高稳晶体振荡器频率的控制装置,其特征在于,所述分析所述相位信息以得到频率控制信息包括:

5.根据权利要求1所述的高稳晶体振荡器频率的控制装置,其特征在于,所述控制单元包括:

6.根据权利要求5所述的高稳晶体振荡器频率的控制装置,其特征在于,所述控制单元还包括:噪声抑制模块,分别与所述调整驱动模块和所述高稳晶体振荡器连接,用于抑制调整分辨率后的所述频率控制电压的噪声。

7.一种高稳晶体振荡器频率的控制方法,其特征在于,所述控制方法包括:

8.根据权利要求7所述的高稳晶体振荡器频率的控制方法,其特征在于,所述控制方法在所述鉴别所述微型原子钟和所述高稳晶体振荡器的相位差,以得到电压信号之前还包括:分别对所述高稳晶体振荡器的稳定正弦波信号和所述微型原子钟的稳定正弦波参考信号进行100分频。

9.根据权利要求7所述的高稳晶体振荡器频率的控制方法,其特征在于,所述控制方法还包括:判断所述频率差是否小于或等于频率差阈值;若是,则调整连续的所述电压信号的数据串长度为b,并对连续的所述电压信号进行线性拟合,以得到频率差,所述b大于所述a;若否,则线性拟合数据串长度为a的连续的所述电压信号,以得到频率差。

10.根据权利要求7所述的高稳晶体振荡器频率的控制装置,其特征在于,所述控制方法还包括:


技术总结
本发明涉及一种高稳晶体振荡器频率的控制装置及方法,属于高稳晶体振荡器频率控制领域。本发明的高稳晶体振荡器频率的控制装置包括:微型原子钟,用于提供正弦波参考信号;相位信息采集转换单元,用于采集所述微型原子钟和所述高稳晶体振荡器相应的相位信息;数据处理单元,用于分析所述相位信息以得到所述高稳晶体振荡器的频率控制信息;控制单元,用于根据所述频率控制信息控制所述高稳晶体振荡器以输出与所述正弦波参考信号同频的正弦波信号。本发明通过对微型原子钟和高稳晶体振荡器的相对相位信息的处理,得到高稳晶体振荡器频率的控制信息,提升了高稳晶体振荡器频率信号准确度,并且不恶化其短期频率稳定度。

技术研发人员:于德江,彭慧丽,陈皓,贾丽娜,白伟,陈金和,王巨,李宁
受保护的技术使用者:北京无线电计量测试研究所
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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