[发明专利]利用恒温晶体振荡器实现低成本高精度的记时方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电子设备记时领域，尤其涉及一种低成本高精度的记时方法及系统。 

背景技术

现有晶振时钟信号的随机误差较小, 但存在较大的累计误差。而GPS 接收机输出的秒脉冲信号存在较大的随机误差, 但不存在累计误差。晶振有着不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、恒温晶振等。精确度的等级普通晶振最差，恒温晶振最高，达 、等。随着无线通信领域的快速发展，如电信方面的微波拉远设备等方案，、的精度已经不能满足要求，早期工程师用铷钟来解决，铷钟的精度达 以上，但是该方案成本比较贵，人民币达1万人民币甚至几万人民币以上，而恒温晶振的成本为几百元人民币的成本。 

发明内容

本发明根据GPS 时钟信号与恒温晶振时钟信号精度互补的特点, 估计出GPS 时钟随机误差的统计方差和恒温晶振的累计误差; 对恒温晶振时钟进行实时修正, 产生高精度时钟, 并预测了修正后的时钟精度。提供了一种利用恒温晶体振荡器实现低成本高精度的记时方法及系统。 

一种利用恒温晶体振荡器实现低成本高精度的记时方法，包括步骤 

1、系统通电，完成初始化设置，MCU单片机连接GPS接收机获取GPS的信息，当发现GPS接收机收到卫星达到至少4颗时就可以确定所述GPS接收机输出的1PPS信号有效；

2、通过复杂可编程逻辑器件（即CPLD）或现场可编程门阵列器（即FPGA）接收GPS接收机的1PPS信号，并以此为标准信号，对恒温晶体振荡器（即OCXO）的频率进行统计，当统计到规定阀值时将统计结果发送到MCU单片机，比如规定阀值为1000次或2000次；

3、MCU单片机根据所述统计结果进行一元非线性回归方程式计算，计算出需要调整的数据，通过MCU单片机输出控制电压给恒温晶体振荡器的频率调整电压脚，使恒温晶体振荡器的精度锁定在GPS的原子钟上，实现高精度记时，精度在以上。

所述步骤3还包括通过MCU单片机输出控制信号与GPS接收机通信，确保GPS接收机输出的1PPS信号是锁定到GPS的原子钟上，精度为，通过MCU单片机与复杂可编程逻辑器件的运算，得出高精度的1PPS输出。 

所述记时方法还包括如下步骤： 

在GPS接收机提供正常的频率信号的时候，每隔2小时记住每次调整的2个值PWM1,PWM2;当GPS数据丢失后, 计算公式如下：

  T=2*60/( PWM2 – PWM1)

可以得出多少分钟后PWM的变化情况，通过PWM的调整来控制恒温晶体振荡器的老化率变化，使其高精度输出，直到GPS数据重新被MCU单片机检测到，又交回GPS驯服时钟控制。

本发明还提供一种利用恒温晶体振荡器实现低成本高精度的记时系统，包括GPS接收机、MCU单片机、复杂可编程逻辑器件或现场可编程门阵列器、恒温晶体振荡器；所述MCU单片机分别连接GPS接收机、复杂可编程逻辑器件或现场可编程门阵列器、恒温晶体振荡器，所述GPS接收机依次连接复杂可编程逻辑器件或现场可编程门阵列器、恒温晶体振荡器； 

所述MCU单片机连接GPS接收机获取GPS的信息，当发现GPS接收机收到卫星达到至少4颗时就可以确定所述GPS接收机输出的1PPS信号有效；

所述复杂可编程逻辑器件或现场可编程门阵列器接收GPS接收机的1PPS信号，并以此为标准信号，对恒温晶体振荡器的频率进行统计，当统计到规定阀值时将统计结果发送到MCU单片机；

所述MCU单片机根据所述统计结果进行一元非线性回归方程式计算，计算出需要调整的数据，通过MCU单片机输出控制电压给恒温晶体振荡器的频率调整电压脚，使恒温晶体振荡器的精度锁定在GPS的原子钟上，实现高精度记时。

本发明利用恒温晶振（OCXO）、普通单片机或MCU单片机、CPLD/FPGA等器件，配合GPS或者北斗等时钟系统，用最简单、最低成本的方法，把、量级的恒温晶振（OCXO）驯服成高精度输出，直接锁定到GPS的原子钟上，精度可达以上，同时解决了晶振自身存在的问题：老化率，因为恒温晶振锁定到原子钟上，晶振的老化率将得以控制，频率不会随着晶振的通电时间长而发生变化。 

本发明的方法和记时系统运行成本低，通过科学合理的系统设计，提供高精度时钟信号输出，精度可在以上，已成功地应用于电力系统暂态变化过程的异地同步记录。 

  

附图说明

图1是本发明实施例提供的利用恒温晶体振荡器实现低成本高精度的记时系统结构示意图。