[发明专利]一种核电厂DCS平台时钟源性能提高系统及方法

说明书

本发明公开了一种核电厂DCS平台时钟源性能提高系统及方法，本发明的系统包括GPS接收机、数字鉴相器、数字环路滤波器、频率控制字选择器、直接数字频率合成器；接收机用于接收GPS信号并对其进行解析输出1PPS秒脉冲信号；数字鉴相器用于根据输入的接收机的1PPS和本地时钟源经所述分频器分频的1PPS之间的相位差值输出与差值线性相关的控制字；数字环路滤波器对数字鉴相器输出的控制字进行处理输出频率控制字；频率控制字选择器根据系统工作模式，选择输出相应的频率控制字以驱动直接数字频率合成器输出对应的性能优于本地时钟源频率特性的时钟信号。本发明提高核电厂DCS平台系统稳定性及可靠性。

技术领域

本发明属于核电厂仪控技术领域，具体涉及一种核电厂DCS平台时钟源性能提高系统及方法。

背景技术

核电厂DCS平台通常使用普通有源晶振作为平台时钟源，这种时钟源的频率精度在其出厂的起点下依靠自身的稳定度和老化率来保证，其频率精度误差会随着时间的推移以及温度等环境因素的变化而逐渐增大；大的时钟抖动会导致ADC采样输出的信噪比恶化，也会增加数字通信系统的误码率，使得核电厂DCS平台稳定性及可靠性存在一定的风险。

发明内容

为了提高核电厂DCS平台稳定性和可靠性，本发明提供了一种核电厂DCS平台时钟源性能提高系统。

本发明通过下述技术方案实现：

一种核电厂DCS平台时钟源性能提高系统，该系统包括GPS接收机、数字鉴相器、数字环路滤波器、频率控制字选择器、直接数字频率合成器和分频器；

所述GPS接收机用于接收GPS信号并对其进行解析输出1PPS秒脉冲信号；

所述数字鉴相器用于根据输入的所述GPS接收机的1PPS秒脉冲信号和本地时钟源经所述分频器分频后的1PPS秒脉冲信号的相位差值输出与所述差值线性相关的控制字；

所述数字环路滤波器对所述数字鉴相器输出的控制字进行处理输出频率控制字；

所述频率控制字选择器结合晶振频率特性预测模型，根据系统工作模式，选择输出相应的频率控制字以驱动所述直接数字频率合成器输出对应的性能优于本地时钟源频率特性的时钟信号。

本发明采用数字锁相环技术(数字鉴相器+数字环路滤波器+数字频率合成器构成的数字锁相环)可以使DCS平台系统时钟源跟踪GPS系统输出的高稳定度特性信号，并使用基于卡尔曼算法的晶振频率特性预测技术，可以使DCS平台时钟源保持其跟踪的高稳定特性，能有效解决传统核电厂DCS平台时钟源频率精度误差随着系统运行时间逐渐增大的缺点，从而提高核电厂DCS平台系统稳定性及可靠性。

优选的，本发明的数字鉴相器、数字环路滤波器、频率控制字选择器、直接数字频率合成器的数字部分基于FPGA实现。

优选的，本发明的数字鉴相器利用采样时钟对GPS用户接收机的1PPS秒脉冲信号和本地时钟源分频的1PPS秒脉冲信号两者的上升沿之间进行计数，从而测量得到两者之间的相位差。

优选的，本发明的数字环路滤波器由模拟滤波器通过双线性变换得到其传输函数。

优选的，本发明的直接数字频率合成器由相位累加器、正弦查找表、D/A转换器和低通滤波器构成；

所述相位累加器和正弦查找表在FPGA内实现，所述D/A转换器和低通滤波器由硬件电路实现；

所述相位累加器用于寄存频率控制字值，所述相位累加器输出累加数值的高N位作为所述正弦查找表的查找地址；

所述D/A转换器将所述正弦查找表输出的数字幅度值转换为模拟幅度值，并通过所述低通滤波器将输出信号中的高频分量滤除。

优选的，本发明的频率控制字选择器的具体工作过程包括：