專利名稱：采用高速數字頻差計數器的同步電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及本地振蕩器與一外界基準信號的同步，特別涉及一種采用數字差頻計數器的同步電路，其中數字差頻計數器被用來測量本地振蕩器和外界基準信號之間的相對時間間隔誤差。
在高精度的同步系統(tǒng)中，要求是有高精度和高穩(wěn)定度的本地時基基準，以便在一定的程度內產生和測量系統(tǒng)的時鐘信號。這些時基通常具有晶體頻率源，這類裝置的特性是公知的。除了因溫度和電源電壓的變化引起輸出頻率的變化之外，這些裝置還有一種老化特性，即這意味著在經過一段長的時間之后，其輸出頻率將偏離所要求的頻定值。為了保持許多電信系統(tǒng)所要求的精度，就必須使用昂貴的振蕩器以克服此種老化效應，或者需定期對振蕩器進行較準。
校準通常是用人工進行的，對于極其精密的應用場合，需要將這些時基單元送入較準設備，而對于不十分嚴格的應用場合，則可以對它們進行現場校準。在任何一種情況下，用于校準的基準頻率源必須是比被校準的時基單元更為精確的。通過相對基準測量可調整的時基，能得到用以調整時基單元的振蕩器的較正信息。因為這種測量設備被設計為在整個很大的頻率范圍內進行工作，所以是極其復雜和昂貴的。此外，較準程序花費昂貴，而且通常還要中斷該單元的運行服務。
本發(fā)明的目的是簡化測量設備，使任何兩個頻率源都能精確地、定量地相互比較。利用這種簡化的測量設備，可以用一個外部基準信號在振蕩器上進行校正，而此振蕩器則正被用于運行的系統(tǒng)之中。通過對測量設備的簡化，使得該設備能裝入允許在相對短的時間間隔內進行重復校準的時基單元內。本發(fā)明采用一種以環(huán)形計數器為基礎的頻差檢測器和電信交換系統(tǒng)中現有的控制器，將用于現場較準的時基單元的振蕩器與一個精確的外部基準進行比較。在該電信交換系統(tǒng)中，高精度的外部基準信號通常是可以從互聯(lián)的電信網絡中得到的。在頻差檢測器中使用環(huán)形計數器可以簡化測量設備，它基本上沒有增加時基單元的成本。而且由于測量設備完全數字化，無需象帶模擬部件的測量設備所需要的那樣進行設備的調諧。
有利的是，由于測量設備是時基單元的整體組成部分，因此在一個較長的時間內只需進行一些小的校正，允許在不影響正常運行服務的條件下進行實際時基單元的校準。


圖1示出由一外部基準信號較準振蕩器的系統(tǒng);
圖2示出圖1中的環(huán)形計數器經過的狀態(tài);
圖3以流程圖的形式示出由圖1中的控制器執(zhí)行的程序。
圖1示出用以確定本地時基單元(本地振蕩器103和振蕩器調節(jié)器102)和導線器131上所收到的參考信號119之差的裝置?？刂破?01為此裝置提供整體控制。而且，控制器101通過振蕩器調節(jié)器102調整本地振蕩器103的頻率?；鶞市盘?19例如是一個64KHz的信號。本地振蕩器103在額定值為5MHz的頻率下工作，該頻率經分頻器104在導線142上降低為額定值為64KHz的信號。基準信號119是在遠程通信中可從電信網絡接收的高度穩(wěn)定精確的外部頻率信號。環(huán)形計數器108，109與門112-115和觸發(fā)器117檢測何時本地振蕩器103和基準信號119之間的相對時間間隔誤差(RTIE)超過基準信號119的時鐘脈沖的規(guī)定數目。二進制計數器106和107用來確定本地振蕩器103的頻率是大于還是小于基準信號119的頻率。
按照本發(fā)明，如圖2所示，因為每個時鐘信號僅使一個環(huán)形計數器的一個觸發(fā)器改變狀態(tài)，所以使用環(huán)形計數器108和109來檢測基準信號119和分頻器104的輸出信號之間的RTIE。這避免了例如在二進制計數器中因多個觸發(fā)器同時改變狀態(tài)而可能引起的競爭狀態(tài)的問題。競爭狀態(tài)使在與門112-115的輸入端上出現瞬時的“1′s”和“O′s”。因為環(huán)形計數器108由來自分頻器104的輸出信號而被計時，環(huán)形計數器109由基準信號119觸發(fā)，所以，這一點很重量。這兩個時鐘信號互不相關，因此，如果二進制計數器的狀態(tài)用與門112-115比較，會存在潛在的競爭狀態(tài)。
在同步過程之物，控制器101經導線138將“1”傳輸到觸發(fā)器111的D輸入端作為上一次再較準操作的結果。此“1”經基準信號119連續(xù)地計數至觸發(fā)器111之中，使觸發(fā)器111被置位。當觸發(fā)器111被置位時，在導線133上傳輸“0”。此“0”使二進制計數器106和107，分頻器104、觸發(fā)器177和環(huán)形計數器109被復位，并使環(huán)形計數器108被置位。在這一時間點上，環(huán)形計數器109的狀態(tài)示于圖2的行201(000)，環(huán)形計數器108的狀態(tài)示于圖2的行202(111)。
為了開始同步過程，控制器101在導線138上提供一使觸發(fā)器111復位的“0”。在復位狀態(tài)下觸發(fā)器111在導線133上傳輸“1”。導線133上的“1”將復位輸入移到環(huán)形計數器109、觸發(fā)器117、二進制計數器107、二進制計數器106和分頻器104，將置位輸入移到環(huán)形計數器108。由于觸發(fā)器117處于復位狀態(tài)，二進制計數器106和二進制計數器107的時鐘使能輸入被開啟。所有的計數器都響應它們的時鐘輸入信號而開始計數。
計數器106-109以額定頻率64KHz計數。二進制計數器106和環(huán)形計數器108由來自分頻器104經導線142接收的信號而被計時，二進制時計數器107和環(huán)形計數器109由經導線131接收的基準信號119而被計時。與門112、113和114比較環(huán)形計數器108和109的各級。如果一個與門對應于環(huán)形計數器108和109中各級均處于“1”狀態(tài)。則該與門輸出“1”。在一段時間之后，如果振蕩器103與基準信號119之間存在頻差，環(huán)形計數器108和環(huán)形計數器109在所有各級一起將都同處于“1”狀態(tài)。出現這種情況時，與門112-114向與門115傳送“1”，與門115則通過導線139向觸發(fā)器117傳送“1”。在導線139上的“1”被同步地計入觸發(fā)器117之中，并且在導線131上基準信號119向反相狀態(tài)上使該觸發(fā)器置位。在置位狀態(tài)，觸發(fā)器117在導線132上傳送“1”。導線132上的1禁止二進制計數器106和107計數，二進制計數器106和107保存其內容以供其后由控制器101讀出。由于觸發(fā)器117由反轉基準信號119的反相器118所計時，因此，如果基準信號119的頻率高于振蕩器103的頻率，那么在基準信號119的2.5個時鐘脈沖的差值出現之后、如果基準信號119的頻率低于振蕩器103，則在出現基準信號119的3.5個時鐘脈沖的差值出現之后，環(huán)形計數器108和環(huán)形計數器109將同時處于“111”狀態(tài)?？刂破?01用二進制計數器106和二進制計數器107的內容來確定用于計算振蕩器103的調整量的時間間隔。
控制器101響應通過導線132接收的來自觸發(fā)器117的“1”，來確定從環(huán)形計數器的起動到在導線132上出現“1”所經過的時間。該時間定義了本地振蕩器103與基準信號119間的頻率之差?？刂破?01利用振蕩器105為其時基，計算該時間間隔，而振蕩器105卻不象本地振蕩器103那樣精確，從環(huán)表計數器的起動和導線132上出現“1”間的時間間隔為諸如數百秒，因此，振蕩器105的精度不必接近本地振蕩器103的精度?？刂破?01確定對本地振蕩器103的頻率的調整量，然后，用振蕩器調整器102進行這一調整。這一調整使本地振蕩器103更接近基準信號119的頻率?？刂破?01再一啟動環(huán)形計數器108和109的計數。在環(huán)形計數器達到等于特定的時鐘數的RTIE前所得到的時間間隔應大于第二個時間。這清楚地表明，為了能夠將本地振蕩器103調整到接近基準信號119的頻率，振蕩器105不必接近本地振蕩器103的精度。
如果基準信號119變得不穩(wěn)定了，則情況由檢測器110檢知，檢測器110就這一情況向控制器101發(fā)出信號。此外，檢測器110的輸出使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器120向觸發(fā)器117的置位輸入端發(fā)出一脈沖使觸發(fā)器117置位。如上所述，控制器101響應觸發(fā)器117的置位，然而，如圖3所詳示的，控制器101通過讀檢測器110而確定已有一誤差出現。
圖3以流程圖的表式示出了控制器101所執(zhí)行的功能。判斷框301確定從上一次校準過程后什么時候已經過足夠的時間。如果已經過足夠長的時間，則控制傳到判斷框303，后者檢查檢測器110以建立基準信號119的存在。如果基準信號119不存在，則控制傳到方框302，它來計算第一預定時間間隔的時間，然后將控制傳回判斷框303。
如果基準信號119存在，則將控制傳到方框304，它使觸發(fā)器111置位。觸發(fā)器111的置位啟動計數器106-109。然后控制傳到方框305，它啟動控制器101中的內部軟件定時器。此后，方框305把控制傳送到判斷框306。
判斷框306和312確定何時已過了足夠的時間使分頻器104的輸出和基準信號119出現3個時鐘脈沖的不同步。判斷框312用來確?？刂破?01不會等待超過使觸發(fā)器117置位的第二預定時間間隔。如果超過了這個第二預定時間間隔，則振蕩器103滿足對應于基準信號119的指標要求，并將控制傳到方框313。后者存儲用來調整調整器102的數值并把控制傳送回方框301。
一旦觸發(fā)器117置位，則方框310進行檢查以確保在再校準過程中基準信號119已是穩(wěn)定的。如果基準信號119已穩(wěn)定，則控制傳到方框307，它計算振蕩器103的頻率改變量。所計算的改變量由判斷框308進行檢查以肯定它是合理的。如果所計算的改變量不合理，則控制轉到方框309以修復故障。如果所計算的改變量是合理的，則方框311更新振蕩器調整器102并使控制返回判斷框301。如果基準信號119不穩(wěn)定，則控制傳到方框309以修復故障。
權利要求
1.一種用以檢測振蕩器和基準信號之間的頻率差的設備，包括用以控制以使用一環(huán)形計數器的振蕩器的頻率進行計數的裝置的起動、和用以控制以使用一環(huán)形計數器的基準信號頻率進行計數的裝置的啟動的裝置；用以當以振蕩器頻率進行計數的裝置的計數值與以基準信號頻率進行計數的裝置的計數值相差一予定量時產生一信號的裝置；上述用于控制的裝置響應來自上述信號產生裝置的信號以計算振蕩器和基準信號之間的頻率差。
2.按照權利要求1所說的設備，其中所說控制裝置包括在一個被存儲的程序控制之下進行處理的裝置;用于定時的裝置;該處理裝置在啟動計數裝置時啟動該定時裝置并響應來自產生裝置的信號以便讀出定時裝置而計算該頻率差。
3.按照權利要求2所說的設備，其中所說的處理裝置還適用于計算振蕩器的校正信號以降低振蕩器頻率和基準信號頻率之差。
4.按照權利要求3所說的設備，其中還包括用于確定基準信號穩(wěn)定性的裝置，而所述處理裝置進一步響應已確定的穩(wěn)定性，讀出定時裝置以計算頻率差。
5.按照權利要求4所說的裝置，其中還包括一個在振蕩器頻率下被計時的第一計數器和在基準信號頻率下被計時的一個第二計數口，而且所述處理裝置還適用于通過讀出所述第一和第二計數器的內容而計算振蕩器和基準信號之間的頻率差。
6.一種用以檢測振蕩器和基準信號之間頻率差的方法，該方法包括下述步驟控制一個以振蕩器頻率計數的第一環(huán)形計數器的啟動和一個以基準信號頻率計數的第二環(huán)形計數器的啟動;當第一環(huán)形計數器的計數與第二環(huán)形計數器的計數相差一預定量時產生一個信號;以及上述控制步驟響應上述產生步驟產生的信號而計算振蕩器和基準信號之間的頻率差。
7.按照權利要求6所說的方法，其中所說的控制步驟包括在一個已存儲的程序的控制之下進行處理的步驟;定時步驟;和當啟動環(huán)形計數器時啟動定時步驟并響應來自上述產生信號的步驟的信號以讀出定時步驟的結果而計算頻率差的處理步驟。
8.按照權利要求7所說的方法，其中所述處理步驟還適用于計算用于振蕩器的校正信號以減小振蕩器和基準信號之間的頻率差。
9.按照權利要求8所說的方法，進一步包括確定基準信號穩(wěn)定性的步驟，而且所述處理步驟還響應于所確定的穩(wěn)定性以讀出定時步驟的結果以計算頻率差。
10.按照權利要求9所說的方法，進一步包括利用一個在振蕩器頻率下被計數的第一計數器來計數和利用一個在基準信號頻率下被計數的第二計數器來計數的步驟，而且所述處理步驟還適合于通過讀出該第一和第二計數器的內容來計算振蕩器和基準信號之間的頻率差。
全文摘要
一種簡化的測量設備，它能使任何兩個頻率源相互進行精確和定量的比較。利用它可以在振蕩器用于運行中的系統(tǒng)時，用外來基準信號實現振蕩器的校準。它能設置在時基單元內，在相對短的時間內進行重復校準?；诃h(huán)形計數器的頻差檢測器和電信轉換系統(tǒng)中現有的控制器把精確的外部基準信號與時基單元的振蕩器進行比較以進行實地校準。此外，由于它是全數字的，因此不需要進行設備的調諧。
文檔編號H04Q11/04GK1104818SQ9411658
公開日1995年7月5日 申請日期1994年9月27日 優(yōu)先權日1993年9月30日
發(fā)明者詹姆森·羅伯特·博托林尼 申請人:美國電報電話公司