郑恭明，沈媛媛(长江大学电子信息学院，湖北荆州　434023)



基于FPGA的GPS同步时钟系统设计

郑恭明，沈媛媛
(长江大学电子信息学院，湖北荆州434023)

摘要:结合恒温晶振时钟无随机误差和GPS秒信号无累计误差的特点，采用GPS测量监控技术，对高精度晶体振荡器的输出频率进行精密测量和校正后作为系统时钟，通过相位同步算法使FPGA的输出PPS信号与GPS的PPS信号同步。系统中使用Nios II + Verilog HDL设计了高分辨率的时间测量和快速校准时钟同步单元，缩短了频率校准和同步时间。实验结果表明:系统同步精度较高、结构简单，并成功地应用于电磁勘探数据采集系统中。

关键词:GPS;时钟同步;恒温晶振; FPGA

现有的时间同步系统一般采用GPS/北斗秒脉冲信号或恒温晶振的定时信号来进行各系统同步，但存在缺陷:前者在恶劣的施工环境下常会因为各种干扰而发生跳变，同步效果并不理想;后者长时间存在频率漂移，同样无法维持长时间的同步。为解决这些问题，本设计结合GPS有效信号的稳定性，将GPS授时信号用于校准系统的恒温晶振分频秒信号，使之与GPS的秒信号PPS同步，以替代PPS信号。这样不仅克服了GPS授时信号易受外界干扰的缺点，也解决了晶振频率随时间漂移的问题，能获得较为理想的同步信号。为了使本地晶振长时间地同步于GPS系统，就需要不断测量GPS授时信号与本地晶振分频信号的时间间隔，再根据测量数据来校准和同步本地秒信号。本设计较之文献［1－4］所用的方案，系统方案更简洁、集成度更高、算法更易实现、成本更低。……