專利名稱：提取全球定位系統(tǒng)同步時鐘的時鐘鎖相方法及時鐘鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域的時鐘同步技術(shù)，尤其涉及一種提取全球定位系統(tǒng) 同步時鐘的時鐘鎖相方法以及時鐘鎖相環(huán)。
背景技術(shù)：
時鐘同步系統(tǒng)用于為數(shù)字通信網(wǎng)提供同步時鐘，時鐘同步是數(shù)字通信網(wǎng) 內(nèi)各種設(shè)備之間相互通信的基礎(chǔ)。如果沒有良好的時鐘同步，數(shù)字信息在傳 遞過程中不可避免的會出現(xiàn)誤碼、滑碼等現(xiàn)象，從而造成通信質(zhì)量的下降。 例如，語音通話過程中出現(xiàn)咔嗒聲，傳真業(yè)務(wù)的信息不全，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的丟包 率增加，傳送的圖象模糊等現(xiàn)象。為了確保業(yè)務(wù)質(zhì)量，時鐘同步系統(tǒng)在通信 網(wǎng)中是必不可少的。
時鐘鎖相環(huán)技術(shù)是時鐘同步系統(tǒng)的核心技術(shù)，時鐘鎖相環(huán)輸出時鐘的質(zhì) 量直接影響到數(shù)字通信網(wǎng)能否正常工作，因此一個性能可靠的時鐘鎖相環(huán)對 于同步系統(tǒng)來說至關(guān)重要。傳統(tǒng)的時鐘鎖相環(huán)是通過跟蹤一個高穩(wěn)定度和高 精度的參考時鐘源，例如銫鐘或銣鐘，進行時鐘同步。由于使用衛(wèi)星同步系
統(tǒng)，如全球定位系統(tǒng)(GPS， Global Position System)的同步時鐘，作為參考 時鐘源具有成本低、精度高等優(yōu)點，因此通過提取GPS的同步時鐘在通訊領(lǐng) 域逐漸得到廣泛的應(yīng)用。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中通過提取GPS同步時鐘的時鐘鎖 相環(huán)的原理圖，圖1中的時鐘鎖相環(huán)是一種相位負反饋系統(tǒng)，包括GPS模塊 10、鑒相器ll、環(huán)路濾波器12、壓控振蕩器13和分頻器14。其中，GPS模 塊10輸出的是GPS時鐘，采用該時鐘作為參考時鐘fO，壓控振蕩器13輸出 頻率f經(jīng)分頻器14N次分頻后輸出時鐘fl，鑒相器11對f0和fl進行相位比 較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生一個電壓值正比于f0和fl相位差的輸出信號，經(jīng)過環(huán) 路濾波器12濾除高頻分量后，得到一個控制信號。該控制信號控制控制壓控 振蕩器13的振蕩頻率，使得fl的頻率趨近于f0。當fl和fD頻率相等時，它 們之間的相位差值為固定值，從而實現(xiàn)了鎖相功能，使得fl的頻率跟蹤f0
的頻率。
上述GPS模塊采用的都是各個GPS模塊生產(chǎn)廠商所提供的集成的電路模 塊，用于接收GPS信號，并提供同步時鐘信號。由于歷史的原因，最初的 GPS模塊只提供秒脈沖的同步時鐘信號，因而最初的GPS時鐘鎖相環(huán)采用的 是也只能是這種秒脈沖信號。隨著技術(shù)的改進，目前GPS模塊除了上述秒脈 沖信號外，還增加了作為測試使用的頻率較高的測試信號。雖然GPS模塊在 不斷的改進，但其設(shè)計上仍然沿用了最初的設(shè)計思路，它所提供的秒脈沖信 號的短期穩(wěn)定性高，信號質(zhì)量好，具有高精度和高穩(wěn)定性等優(yōu)點，適宜作為 數(shù)字通信網(wǎng)的同步時鐘源；而上述測試信號只是作為輔助測試的一種時鐘信 號，存在著信號抖動大，短期穩(wěn)定性差等缺點，而數(shù)字通信網(wǎng)對于同步時鐘 源的穩(wěn)定度和精度有嚴格的要求，因而在GPS時鐘鎖相環(huán)領(lǐng)域形成了上述測 試時鐘信號不適合直接作為數(shù)字通信網(wǎng)的同步時鐘信號源的一種偏見。進一 步地，由于如何消除上述測試信號中的抖動也存在著技術(shù)上的困難，這也阻 礙了將上述測試信號用做同步時鐘源的嘗試，因而現(xiàn)有技術(shù)中的GPS時鐘鎖 相環(huán)一直采用秒脈沖信號作為同步時鐘源。
目前的時鐘鎖相環(huán)系統(tǒng)中，所采用的f0是GPS模塊10輸出的秒脈沖信 號，而實際壓控振蕩器13輸出的頻率大多在幾十兆赫茲，所以需要經(jīng)過分頻 器14的分頻處理成頻率在lHz左右的fl后才能與fD進行鑒相比較。鑒相器 11比較的fl)是秒脈沖信號，由于秒脈沖信號周期大，從而導致鎖相時間長， 鎖相環(huán)需要一個較長的時間才能進入穩(wěn)定狀態(tài)。同時，由于將壓控振蕩器13 輸出的幾十兆赫茲的信號分頻到1赫茲的分頻倍數(shù)N為幾十兆倍，該N值很 大，分頻電路的實現(xiàn)需要耗費大量的系統(tǒng)邏輯資源，同時還增加了分頻電路 的設(shè)計困難，極易導致分頻后的信號產(chǎn)生毛剌，進而導致時鐘鎖相環(huán)電路結(jié) 構(gòu)復雜，可靠性降低以及成本增加等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種衛(wèi)星同步系統(tǒng)的同步時鐘鎖相 的方法，用于縮短時鐘鎖相環(huán)的鎖定衛(wèi)星同步時鐘的鎖相時間。同時，本發(fā) 明的另一目的在于，提供一種時鐘鎖相環(huán)，該時鐘鎖相環(huán)能夠縮短時鐘鎖相 環(huán)鎖定衛(wèi)星同步時鐘的鎖相時間。
基于以上目的，本發(fā)明提供的提取全球定位系統(tǒng)同步時鐘的時鐘鎖相方
法，通過獲取全球定位系統(tǒng)模塊輸出頻率范圍處于500Hz至1MHz的測試信
號，獲取與本地時鐘信號同步的比較時鐘信號；對所述測試信號和比較時鐘
信號進行鑒相，并利用鑒相結(jié)果調(diào)整本地時鐘信號的頻率，使得所述比較時 鐘信號同步于所述測試信號。
本發(fā)明的時鐘鎖相方法中，所述對測試信號和比較時鐘信號進行鑒相為 對上述兩個信號進行積分式鑒頻鑒相。
本發(fā)明的時鐘鎖相方法中，所述本地時鐘信號為壓控振蕩器輸出的本地
振蕩信號，所述調(diào)整本地時鐘信號的頻率為調(diào)整壓控振蕩器的振蕩頻率；所 述獲取與本地時鐘信號同步的比較時鐘信號包括獲取本地時鐘信號，并對
該本地時鐘信號進行分頻處理，其中分頻倍數(shù)為將本地時鐘信號的頻率除以 所述測試信號的頻率。
本發(fā)明的時鐘鎖相方法中，所述對同步時鐘信號和比較時鐘信號進行鑒
相具體包括對同步時鐘信號和比較時鐘信號進行相位比較，并分別輸出比 較時鐘信號相位超前于同步時鐘信號的信號，以及比較時鐘信號相位滯后于 同步時鐘信號的信號。
本發(fā)明的時鐘鎖相方法中，所述利用鑒相結(jié)果調(diào)整本地時鐘的頻率具體 包括
獲取鑒相結(jié)果，對該鑒相結(jié)果進行環(huán)路濾波處理后得到數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的 控制值；
將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并利用轉(zhuǎn)換得到的模擬信 號調(diào)整本地時鐘信號的頻率。
本發(fā)明的時鐘鎖相方法中，所述獲取鑒相結(jié)果具體包括設(shè)定一個時間 周期，按照該周期分別對所述比較時鐘信號相位超前于同步時鐘信號的信號 和比較時鐘信號相位滯后于同步時鐘信號的信號進行周期性采樣，并對采樣 數(shù)據(jù)進行量化，得到各自的鑒相值。
本發(fā)明的時鐘鎖相方法中，所述的對該鑒相結(jié)果進行濾波處理后得到數(shù) 模轉(zhuǎn)換信號的控制值具體包括-
比較所述兩個信號上得到的鑒相值的大小，選擇其中鑒相值較大的作為當前周期的相位比較結(jié)果9i的絕對值，同時根據(jù)鑒相值較大的信號確定相位 比較結(jié)果的極性如果鑒相值較大的信號為比較時鐘信號相位超前于同步時 鐘信號的信號，則相位比較結(jié)果極性為正；反之，極性為負；
將當前周期的相位比較結(jié)果減去上一周期的相位比較結(jié)果得到A9i，并
根據(jù)A DAC^K, △ 9i+Kp* ( 6i — 9。)得到當前周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值的 調(diào)整值A(chǔ)DACi;將所述ADACi加上上一周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值，得到 當前周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值，其中，6o表示該鎖相方法所實現(xiàn)的鎖相 環(huán)的初始相位偏移值，&和Kp表示該鎖相方法所實現(xiàn)的鎖相環(huán)的環(huán)路增益參 數(shù)。
本發(fā)明的時鐘鎖相方法中，設(shè)定數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值的高、低門限， 進一步判斷所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值是否超出該門限值所限定的范圍 如果大于高門限，則取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為高門限；如果小于低門限， 則取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為低門限；否則，取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為原 始計算值。
基于以上另一目的，本發(fā)明還提供了一種提取全球定位系統(tǒng)同步時鐘的 時鐘鎖相環(huán)，包括衛(wèi)星同步系統(tǒng)的同步時鐘模塊、壓控振蕩器，鑒相器模塊， 分頻模塊，環(huán)路濾波模塊，數(shù)模DA轉(zhuǎn)換器，
所述同步時鐘模塊，用于接收衛(wèi)星同步系統(tǒng)的同步時鐘信號，并將頻率 范圍處于500Hz至lMHz的測試信號發(fā)送至鑒相器模塊；
所述壓控振蕩器，用于根據(jù)所述DA轉(zhuǎn)換器輸出的控制信號調(diào)整并輸出 本地時鐘信號；
所述分頻模塊，用于將所述壓控振蕩器輸出的本地時鐘信號分頻至所述 同步時鐘模塊輸出的測試信號的頻率，并輸出分頻后的信號；
所述鑒相器模塊，用于對所述分頻模塊輸出的分頻后的信號，和所述同 步時鐘模塊輸出的較高頻率的同步時鐘信號，進行鑒相，并輸出鑒相結(jié)果；
所述環(huán)路濾波模塊，用于對所述鑒相器模塊輸出的鑒相結(jié)果進行環(huán)路濾 波處理，并輸出用于控制DA轉(zhuǎn)換器的控制值；
所述DA轉(zhuǎn)換器，用于對所述環(huán)路濾波模塊輸出的DA轉(zhuǎn)換器的控制值 進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并輸出用于調(diào)整壓控振蕩器的振蕩頻率的控制信號。
本發(fā)明的時鐘鎖相環(huán)中，所述鑒相器模塊為積分型鑒頻鑒相器。 本發(fā)明的時鐘鎖相環(huán)中，所述環(huán)路濾波模塊進一步用于 按照預先設(shè)定的采樣周期分別對所述積分型鑒頻鑒相器的兩個輸出端口 上的信號進行采樣，并對采樣數(shù)據(jù)進行量化，得到兩個鑒相值；
比較所述兩個鑒相值的大小，選擇其中鑒相值較大的作為當前周期的相 位比較結(jié)果&的絕對值，同時根據(jù)鑒相值較大的信號確定相位比較結(jié)果的極 性如果鑒相值較大的信號為比較時鐘信號相位超前于同步時鐘信號的信號， 則相位比較結(jié)果極性為正；反之，極性為負；
將當前周期的相位比較結(jié)果減去上一周期的相位比較結(jié)果得到A & ，并 根據(jù)△ DACj =K, A 6i+Kp* (6i —9C )得到當前周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值的 調(diào)整值A(chǔ)DACj;將所述ADACi加上上一周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值，得到 當前周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值，并將該控制值發(fā)送至DA轉(zhuǎn)換器，其中， eo表示該鎖相環(huán)的初始相位偏移值參數(shù)，&和Kp表示該鎖相環(huán)的環(huán)路增益參
、W,數(shù)。
本發(fā)明的時鐘鎖相環(huán)中，所述環(huán)路濾波模塊進一步用于設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換 信號的控制值的高、低門限，進一步判斷所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值是否 超出該門限值所限定的范圍如果大于高門限，則取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值 為高門限；如果小于低門限，則取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為低門限；否則，
取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為原始計算值。
與目前的GPS時鐘鎖相環(huán)相比，本發(fā)明提供的衛(wèi)星同步系統(tǒng)的同步時鐘 鎖相的方法以及時鐘鎖相環(huán)，由于采用較高頻率的參考時鐘信號，從而能夠 快速的鎖定衛(wèi)星同步系統(tǒng)的同步時鐘，同時節(jié)省了大量的硬件資源，降低了 時鐘鎖相環(huán)的成本。本發(fā)明提供的時鐘鎖相環(huán)，其電路設(shè)計簡單，工作穩(wěn)定。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中通過提取GPS同步時鐘的時鐘鎖相環(huán)的原理圖2為本發(fā)明的提取GPS同步時鐘的時鐘鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明的積分型鑒頻鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明的提取GPS同步時鐘的時鐘鎖相方法的流程圖5為本發(fā)明的提取GPS同步時鐘鎖相方法中環(huán)路濾波的流程圖。
具體實施例方式
現(xiàn)有技術(shù)中的GPS模塊除了秒脈沖的輸出時鐘外，通常還輸出其它較高 頻率的測試信號，例如，頻率為10kHz的測試信號，或者可根據(jù)具體需要設(shè) 定其頻率的測試信號。上述秒脈沖信號穩(wěn)定性比10kHz的測試信號好，而 10kHz的測試信號由于存在信號抖動大，短期穩(wěn)定性差等缺點，基于以上原 因，現(xiàn)有技術(shù)的GPS時鐘鎖相環(huán)都是采用從秒脈沖的GPS時鐘信號中提取同 步時鐘，以獲得穩(wěn)定的本地時鐘信號。本發(fā)明克服了衛(wèi)星時鐘同步領(lǐng)域長期 以來采用秒脈沖信號作為參考時鐘的偏見，采用較高頻率的測試信號作為 GPS時鐘鎖相環(huán)的參考時鐘，并通過增加相應(yīng)的軟件處理以消除較高頻率的 測試信號質(zhì)量差等缺點，從而實現(xiàn)了將本地時鐘信號穩(wěn)定的鎖定同步時鐘信 號。與秒脈沖作為參考時鐘的GPS時鐘鎖相環(huán)相比，本發(fā)明縮短了 GPS時鐘 鎖相環(huán)的鎖相時間，同時由于分頻倍數(shù)減小而節(jié)省了大量硬件資源，降低了 分頻電路的設(shè)計難度。
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作詳細的說明。
圖2為本發(fā)明的提取GPS同步時鐘的時鐘鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2 所示，該鎖相環(huán)包括-
GPS模塊20，用于提供GPS同步時鐘作為鎖相環(huán)的參考時鐘源，為了能 夠快速鎖相，選擇GPS模塊輸出的10kHz的測試信號作為參考時鐘。
壓控振蕩器22，用于作為本地時鐘源，根據(jù)數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換器23輸出 的控制信號實現(xiàn)本地振蕩，提供本地時鐘信號，該壓控振蕩器根據(jù)系統(tǒng)時鐘 精度要求和成本控制采用合適的時鐘，例如， 一級鐘，或二級鐘，以及其它 時鐘。
邏輯控制電路模塊21，采用邏輯器件，如復雜可編程邏輯器件(CPLD， Complex Programmable Logic Device)、現(xiàn)場可編程邏輯器件(FPGA， Field Programmable Gate Array)等邏輯電路實現(xiàn)，其具體包括分頻模塊210，用 于對壓控振蕩器22輸出的本地時鐘信號進行分頻處理，將上述時鐘信號分頻 到10kHZ后發(fā)送至鑒相器模塊211的兩個輸入端中的一個；鑒相器模塊211，
用于對輸入的本地時鐘信號和參考時鐘信號進行鑒相比較，即將上述分頻后 的信號和GPS模塊輸出的10kHz的時鐘信號進行鑒相比較，并輸出鑒相結(jié)果； 接口模塊212，用于提供邏輯控制模塊21與處理器24之間的接口功能，處 理器24通過該接口讀取經(jīng)上述鑒相器模塊211的鑒相結(jié)果，以及鎖相環(huán)的狀 態(tài)信息。
由于本發(fā)明中鑒相器模塊211比較的是頻率為10kHz的時鐘信號，因此, 分頻模塊210只需將壓控振蕩器22的輸出時鐘信號分頻到10kHz，將壓控振 蕩器輸出的時鐘頻率除以10k即得分頻倍數(shù)，顯然該分頻倍數(shù)僅為現(xiàn)有技術(shù) 中分頻到1Hz的萬分之一，從而節(jié)省了大量的邏輯器件的邏輯單元，并且分 頻模塊210的電路的設(shè)計也相應(yīng)變得簡單，分頻后的信號質(zhì)量較好。同時， 由于采用lOkHz的時鐘信號進行鑒相處理，該時鐘信號的周期相對于秒脈沖 的周期大為縮短，因而本發(fā)明的時鐘鎖相環(huán)可以在較短的時間內(nèi)鎖定相位， 進入穩(wěn)定狀態(tài)。
處理器24，采用CPU、數(shù)字信號處理器(DSP， Digital Signal Processor)、
單片機或者其它可以完成控制功能的裝置實現(xiàn)，其具體包括環(huán)路濾波模塊 240，用于讀取鑒相器模塊211的鑒相結(jié)果，并實現(xiàn)環(huán)路濾波器功能，濾波后 輸出用于控制數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換器23的控制信號；狀態(tài)控制模塊241，與接口 模塊212相連，用于控制鎖相環(huán)的工作狀態(tài)，其中鎖相環(huán)的工作狀態(tài)包括自 由狀態(tài)、快捕狀態(tài)、跟蹤狀態(tài)和保持狀態(tài)；外部接口模塊242，用于提供外 部監(jiān)測系統(tǒng)25與處理器24之間的接口功能。
DA轉(zhuǎn)換器23,用于對上述環(huán)路濾波模塊240輸出的控制信號進行數(shù)模 轉(zhuǎn)換，并輸出用于控制壓控振蕩器22振蕩頻率的控制信號。
外部檢測系統(tǒng)25，與外部接口模塊242相連，用于監(jiān)視并控制控鎖相環(huán) 工作狀態(tài)。
其中，上述鑒相器模塊211采用的是積分型鑒頻鑒相器，與其他類型的 鑒相器相比，該鑒相器具有有較強的抗干擾能力，并且具有長時間工作穩(wěn)定 性高的優(yōu)點，圖3為該積分型鑒頻鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，該鑒 相器對其兩個輸入端口t^、 C/。w輸入的時鐘信號進行鑒相比較，在兩個輸出 端口outj、 out一2輸出鑒相結(jié)果，其中，各端口及其信號具體為
^ :參考信號輸入端，用于接收GPS模塊20輸出的10kHz的同步時鐘
信號，作為參考信號；
"。w:比較信號輸入端，用于接收經(jīng)分頻模塊210分頻處理后的本地時鐘
信號，作為比較信號；
OllU:超前輸出端，該端口的輸出信號表示比較信號的相位超前于參考 信號的相位；
out—2:滯后輸出端，該端口的輸出信號表示比較信號的相位滯后于參考 信號的相位；
該鑒相器模塊211對^端口輸入的10kHz的GPS同步時鐘信號，以及 本地時鐘信號經(jīng)分頻后反饋至f/^端口的時鐘信號，進行相位比較，并在兩個 輸出端口分別輸出相位比較的結(jié)果當比較信號相位超前于參考信號時，超 前輸出端輸出占空比變化的方波，而滯后輸出端輸出一固定電平；當比較信 號相位滯后于參考信號時，滯后輸出端輸出占空比變化的方波，而超前輸出 端輸出一固定電平。環(huán)路濾波模塊240通過接口模塊212讀取鑒相器兩個輸 出端的相位比較的結(jié)果。
由于上述鑒相器模塊211比較的是10kHz的測試信號，如前所述，該信 號本身質(zhì)量較差，會對鑒相結(jié)果產(chǎn)生影響。通過仿真觀察，該鑒相器模塊工 作時，輸出鑒相結(jié)果為一固定電平的輸出端上的波形經(jīng)常有毛刺出現(xiàn)，本發(fā) 明中通過環(huán)路濾波模塊240對鑒相結(jié)果進行高頻采樣量化，并利用軟件通過 相應(yīng)的處理消除了信號毛剌帶來的影響，這點將在后面進行詳細說明。
下面對本發(fā)明的GPS時鐘鎖相的方法進行說明，如圖4所示，該方法包 括以下步驟-
步驟40，將GPS模塊20輸出的10kHz的測試信號作為參考時鐘信號發(fā) 送至鑒相器模塊211的參考信號輸入端；將壓控振蕩器22輸出本地時鐘信號 經(jīng)分頻模塊210分頻后發(fā)送至鑒相器模塊211的比較信號輸入端；
步驟41，鑒相器模塊211對上述兩路輸入時鐘信號進行鑒相，并在兩個 輸出端口輸出比較結(jié)果，其中，所述鑒相是對上述兩路信號進行積分式鑒頻 鑒相；
步驟42，處理器24通過讀取鑒相器模塊211的輸出端口的波形，獲取 鑒相結(jié)果；對上述鑒相比較結(jié)果進行環(huán)路濾波算法處理，并將濾波后得到的 DA轉(zhuǎn)換器23的控制值發(fā)送至DA轉(zhuǎn)換器23;
步驟43 ，上述DA轉(zhuǎn)換器23的控制值經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器23數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出 模擬信號，該模擬信號被發(fā)送至壓控振蕩器22，用于調(diào)整壓控振蕩器22的 本地時鐘頻率，使得本地時鐘經(jīng)分頻模塊210分頻后的頻率逐步與GPS模塊 20輸出的測試時鐘同步，即使得鑒相器模塊211的兩個輸入端的輸入信號同 步。
下面結(jié)合圖5對步驟42的環(huán)路濾波處理作詳細說明，該步驟消除了鑒相 結(jié)果中的信號毛刺現(xiàn)象，如圖5所示，步驟42具體包括
步驟420，預先設(shè)定一個采樣周期，處理器24按照該周期，周期性地對 鑒相器模塊211的兩個輸出端口上的波形分別進行采樣，并對采樣數(shù)據(jù)進行 量化，分別得到兩個輸出端口的鑒相值；
步驟421，比較上述兩個輸出端口上的鑒相值當超前波形輸出端口的 值大于滯后波形輸出端口時，取當前周期的相位比較結(jié)果0i的極性為正，9i 的絕對值為超前波形輸出端口的值；當超前波形輸出端口的值小于滯后波形
輸出端口時，取ej的極性為負，ei的絕對值為滯后波形輸出端口的值；
步驟422，將當前周期的相位比較結(jié)果減去上 一周期的相位比較結(jié)果得
到a & ，即a ei= e「 eH,并根據(jù)公式△ daq△ A+v (A — e0)得到當
前周期的DA轉(zhuǎn)換器23的控制值的調(diào)整值A(chǔ)DACi;將A DA&加上上一周期的 DA轉(zhuǎn)換器23的控制值DACH ，得到當前周期的DA轉(zhuǎn)換器23的控制值DACi， 即，
DAC尸DAC卜!+ADACi ，其中，i表示當前周期，i-1表示上一周期，90 、 &和Kp都是上述鎖相環(huán)的特征參數(shù)，0Q表示鎖相環(huán)的初始相位偏移值參數(shù)， &和Kp表示上述鎖相環(huán)的環(huán)路增益參數(shù)；
步驟423,預先為DA轉(zhuǎn)換器23的控制值設(shè)定高、低門限，判斷上述當 前周期的DA轉(zhuǎn)換器23的控制值DACi是否超出高、低門限值所限定的范圍 如果超出，則取DACi為相應(yīng)的高門限或低門限；如果沒有超出，則取DACi為 原始計算值，例如，當高、低門限分別設(shè)為+ 5和一5時，如果DACi的原始計 算值為7，則取DACi為5;如果DACj的原始計算值為一9，則取DACi為一5;
步驟424，保存當前周期的DA轉(zhuǎn)換器23的控制值DACi的實際取值，并 將該DACj發(fā)送至DA轉(zhuǎn)換器203 ，進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
上述步驟421中，處理器的比較選取過程巧妙的解決了鑒相器的輸出端 口的信號毛刺現(xiàn)象。通常情況下，由于信號毛刺的持續(xù)時間很短，其峰值持
續(xù)時間也比較短，當輸出端口出現(xiàn)毛刺時，通過步驟420中的采樣、量化所 獲取的鑒相結(jié)果的絕對值也較小，因此，通過步驟421中選取絕對值較大的 鑒相結(jié)果，從而消除了毛刺對鑒相結(jié)果的影響。
本發(fā)明的GPS時鐘鎖相環(huán)中用于鑒相的參考時鐘并不只限于頻率為 10kHz的測試信號，還可以是其它頻率的時鐘信號。為了使分頻模塊210的 分頻倍數(shù)較小以節(jié)省硬件資源，上述時鐘信號的頻率不宜過小，為達到本發(fā) 明的效果，可以選取500Hz至lMHz的GPS測試信號用于鑒相。采用上述范 圍的時鐘信號進行鑒相的GPS時鐘鎖相環(huán)，與發(fā)明實施例中采用10kHz信號 進行鑒相的GPS時鐘鎖相環(huán)并無實質(zhì)性區(qū)別，只需根據(jù)選取的鑒相時鐘的頻 率相應(yīng)設(shè)定GPS模塊輸出的時鐘的頻率，以及調(diào)整分頻模塊210的分頻倍數(shù)， 以保證鑒相器模塊211的兩個輸入端口的時鐘頻率大致相等。
綜上所述，發(fā)明實施例所述的時鐘鎖相環(huán)采用較高頻率的測試信號作為 參考時鐘源，克服了長期以來采用秒脈沖作為同步時鐘源的偏見，縮短了時 鐘鎖相環(huán)的鎖定GPS同步時鐘的鎖相時間，同時節(jié)省了硬件資源。
權(quán)利要求
1.一種提取全球定位系統(tǒng)同步時鐘的時鐘鎖相方法，其特征在于，獲取全球定位系統(tǒng)模塊輸出頻率范圍處于500Hz至1MHz的測試信號，獲取與本地時鐘信號同步的比較時鐘信號；對所述測試信號和比較時鐘信號進行鑒相，并利用鑒相結(jié)果調(diào)整本地時鐘信號的頻率，使得所述比較時鐘信號同步于所述測試信號。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述對測試信號和比較時鐘 信號進行鑒相為對上述兩個信號進行積分式鑒頻鑒相。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述本地時鐘信號為壓控振 蕩器輸出的本地振蕩信號，所述調(diào)整本地時鐘信號的頻率為調(diào)整壓控振蕩器 的振蕩頻率；所述獲取與本地時鐘信號同步的比較時鐘信號包括獲取本地 時鐘信號，并對該本地時鐘信號進行分頻處理，其中分頻倍數(shù)為將本地時鐘 信號的頻率除以所述測試信號的頻率。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述對同步時鐘信號和比較 時鐘信號進行鑒相具體包括對同步時鐘信號和比較時鐘信號進行相位比較， 并分別輸出比較時鐘信號相位超前于同步時鐘信號的信號，以及比較時鐘信 號相位滯后于同步時鐘信號的信號。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用鑒相結(jié)果調(diào)整本地 時鐘的頻率具體包括獲取鑒相結(jié)果，對該鑒相結(jié)果進行環(huán)路濾波處理后得到數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的 控制值；將所述數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并利用轉(zhuǎn)換得到的模擬信 號調(diào)整本地時鐘信號的頻率。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述獲取鑒相結(jié)果具體包括 設(shè)定一個時間周期，按照該周期分別對所述比較時鐘信號相位超前于同步時 鐘信號的信號和比較時鐘信號相位滯后于同步時鐘信號的信號進行周期性采 樣，并對采樣數(shù)據(jù)進行量化，得到各自的鑒相值。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的對該鑒相結(jié)果進行濾波處理后得到數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值具體包括比較所述兩個信號上得到的鑒相值的大小，選擇其中鑒相值較大的作為 當前周期的相位比較結(jié)果9i的絕對值，同時根據(jù)鑒相值較大的信號確定相位 比較結(jié)果的極性如果鑒相值較大的信號為比較時鐘信號相位超前于同步時鐘信號的信號，則相位比較結(jié)果極性為正；反之，極性為負；將當前周期的相位比較結(jié)果減去上一周期的相位比較結(jié)果得到A9i，并根據(jù)△ DACi二K產(chǎn)A 9i+Kp* ( A — 0o )得到當前周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值的 調(diào)整值A(chǔ)DACj;將所述ADACi加上上一周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值，得到 當前周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值，其中，9()表示該鎖相方法所實現(xiàn)的鎖相 環(huán)的初始相位偏移值，&和Kp表示該鎖相方法所實現(xiàn)的鎖相環(huán)的環(huán)路增益參 數(shù)。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，設(shè)定數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值 的高、低門限，進一步判斷所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值是否超出該門限值 所限定的范圍如果大于高門限，則取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為高門限；如 果小于低門限，則取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為低門限；否則，取數(shù)模轉(zhuǎn)換信 號的控制值為原始計算值。
9. 一種提取全球定位系統(tǒng)同步時鐘的時鐘鎖相環(huán)，包括衛(wèi)星同步系統(tǒng)的 同步時鐘模塊、壓控振蕩器，鑒相器模塊，分頻模塊，環(huán)路濾波模塊，數(shù)模 DA轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述同步時鐘模塊，用于接收衛(wèi)星同步系統(tǒng)的同步時鐘信號，并將頻率 范圍處于500Hz至lMHz的測試信號發(fā)送至鑒相器模塊；所述壓控振蕩器，用于根據(jù)所述DA轉(zhuǎn)換器輸出的控制信號調(diào)整并輸出 本地時鐘信號；所述分頻模塊，用于將所述壓控振蕩器輸出的本地時鐘信號分頻至所述 同步時鐘模塊輸出的測試信號的頻率，并輸出分頻后的信號；所述鑒相器模塊，用于對所述分頻模塊輸出的分頻后的信號，和所述同 步時鐘模塊輸出的較高頻率的同步時鐘信號，進行鑒相，并輸出鑒相結(jié)果；所述環(huán)路濾波模塊，用于對所述鑒相器模塊輸出的鑒相結(jié)果進行環(huán)路濾 波處理，并輸出用于控制DA轉(zhuǎn)換器的控制值；所述DA轉(zhuǎn)換器，用于對所述環(huán)路濾波模塊輸出的DA轉(zhuǎn)換器的控制值 進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，并輸出用于調(diào)整壓控振蕩器的振蕩頻率的控制信號。
10. 如權(quán)利要求9所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述鑒相器模塊為積分 型鑒頻鑒相器。
11. 如權(quán)利要求10所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述環(huán)路濾波模塊進一 步用于按照預先設(shè)定的采樣周期分別對所述積分型鑒頻鑒相器的兩個輸出端口上的信號進行采樣，并對采樣數(shù)據(jù)進行量化，得到兩個鑒相值；比較所述兩個鑒相值的大小，選擇其中鑒相值較大的作為當前周期的相 位比較結(jié)果9i的絕對值，，同時根據(jù)鑒相值較大的信號確定相位比較結(jié)果的極 性如果鑒相值較大的信號為比較時鐘信號相位超前于同步時鐘信號的信號， 則相位比較結(jié)果極性為正；反之，極性為負；將當前周期的相位比較結(jié)果減去上一周期的相位比較結(jié)果得到A 9;，并 根據(jù)A DACj =K,* A 6i+Kp* ( ^ — 90 )得到當前周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值的 調(diào)整值A(chǔ)DACj;將所述ADACi加上上一周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值，得到 當前周期的數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值，并將該控制值發(fā)送至DA轉(zhuǎn)換器，其中， eo表示該鎖相環(huán)的初始相位偏移值參數(shù)，&和Kp表示該鎖相環(huán)的環(huán)路增益參 數(shù)。
12. 如權(quán)利要求10所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述環(huán)路濾波模塊進一 步用于設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值的高、低門限，進一步判斷所述的數(shù)模 轉(zhuǎn)換信號的控制值是否超出該門限值所限定的范圍如果大于高門限，則取 數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為高門限；如果小于低門限，則取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控 制值為低門限；否則，取數(shù)模轉(zhuǎn)換信號的控制值為原始計算值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提取全球定位系統(tǒng)同步時鐘的同步時鐘鎖相的方法，用于獲取全球定位系統(tǒng)模塊輸出頻率范圍處于500Hz至1MHz的測試信號，獲取與本地時鐘信號同步的比較時鐘信號；對所述測試信號和比較時鐘信號進行鑒相，并利用鑒相結(jié)果調(diào)整本地時鐘信號的頻率，使得所述比較時鐘信號同步于所述測試信號。本發(fā)明提供的時鐘鎖相環(huán)基于上述方法，能快速鎖定全球定位系統(tǒng)的同步時鐘。本發(fā)明由于采用上述較高頻率的時鐘信號作為參考時鐘，降低了分頻電路的設(shè)計難度，縮短了時鐘鎖相環(huán)的鎖相時間，節(jié)省了大量硬件資源。
文檔編號H04L7/033GK101179371SQ20061011442
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者何宇東 申請人:大唐移動通信設(shè)備有限公司