于亚静

摘要：晶振时钟信号存在长期稳定度差和累积误差的问题。本文是利用GPS提供的1pps秒脉冲信号，在FPGA的基础上利用干扰秒脉冲信号消除和偏差频率平均运算等方法，减少外围电路，既消减了GPS时钟信号的随机干扰误差，又消除了本地晶振时钟信号的累计误差，从而控制本地压控晶振输出频率，提高晶振的长期稳定性。

关键词：压控晶振；FPGA控制；晶体振荡器；同步秒脉冲

1频率控制系统结构及工作原理

FPGA频率控制系统总体结构原理框图如图1所示。系统输入是GPS接收机在跟踪卫星时产生的1pps秒脉冲信号，逻辑电平输出，高电平持续时间为1.01±0.01ms，以高电平的上升沿作为秒脉冲信号输出的基准时间。数字控制电路为FPGA控制电路，主控芯片为EP1C6144TQFP，可以反复软件编程，修改电路方案，外围硬件电路少，可靠性高。该电路将测量本地压控晶振产生同步秒脉冲与1pps秒脉冲之间的相位差，采用干扰秒脉冲信号消除和偏差频率平均运算等方法得到同步信号所需的相对频差。D/A转换器将相对频差转换为模拟控制电压，反馈到本地恒温压控晶振的控制端调整高稳晶振的频率信号，减小与1pps秒脉冲的同步相差，从而提高振荡器高频准确度和长期稳定性，实现数字同步时钟的驯服功能。

图1FPGA频率控制系统总体结构原理

2系统功能设计

系统功能设计主要包含硬件设计和软件设计2大部分，软件实现部分为：以VHDL编程语言实现GPS信号对晶振的驯服功能，包括如何消除GPS干扰信号的方法，实现GPS同步时钟的方法，丢失GPS信号后继续对晶振频率的驯服控制，以及输出本地同步秒时钟信号。……