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基于TDC-GP1的驯服晶振系统的研究与设计

作　者: 施展
导　师: 李白萍
学　校: 西安科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 驯服晶振锁相环 TDC-GP1 ARM7
分类号: TN752
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
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内容摘要

通常时统设备中都采用晶体振荡器或者铷钟作为频率标准,但由于老化和温度等原因导致其短期准确度和长期稳定度不尽如人意。随着科技的飞速发展,精确时间频率的应用已经深入到测控、导航、通信、电力、交通等部门,人们对高精度标准时间频率的需求也越来越高。因此设计自动校频系统变得十分必要。传统的驯服晶振系统采用模拟或半数字体制,其存在成本高、受环境因素影响大、调试困难和建立模型不易等缺点。本文根据驯服晶振技术的时间频率基本原理,针对传统驯服晶振技术的缺点,设计了一种基于TDC-GP1的驯服晶振系统,该系统可以提高时差测量精度,利用先进晶振噪声模型,便于分析与调试,跟踪能力和保持能力均优于传统方法。这种新系统使用TDC芯片构建一个高分辨率鉴相器,采用卡尔曼滤波技术将晶振噪声模型融合到锁相环结构中,提高时统设备频率准确度和稳定度。在此研究基础上设计并实现了一种基于TDC-GP1的数字驯服晶振系统,可以方便实现对外部1pps信号的跟踪。该系统由于采用全数字结构而具有良好的抗噪声性能,从而提高1pps跟踪准确度和稳定性。最后对该设备输出1pps进行阿伦方差测量,测量结果表明,这类数字驯服晶振系统可以在一定程度上提高本地晶振准确度和稳定度。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究背景与意义  8-10
  1.2 驯服晶振技术发展现状  10-12
  1.3 本文主要创新点及研究内容安排  12-13
2 驯服晶振系统的原理分析与设计  13-27
  2.1 振荡器钟差模型  13-15
  2.2 频率准确度衡量与测量方法  15-16
    2.2.1 直接测频法  15-16
    2.2.2 测周期法  16
    2.2.3 测时差法  16
  2.3 频率稳定度衡量与测量方法  16-22
    2.3.1 时差方法  18
    2.3.2 拍频法  18-19
    2.3.3 双混频时差测量（DMTD）  19-21
    2.3.4 锁相环测量方法  21-22
  2.4 频率漂移率测量方法与估计  22-25
    2.4.1 测频法估计频率漂移率  22-24
    2.4.2 测时法估计频率漂移率  24-25
  2.5 可驯服晶振系统的基本原理  25-26
  2.6 本章小结  26-27
3 基于TDC-GP1 的驯服晶振系统的硬件设计  27-41
  3.1 系统的硬件组成  27
  3.2 TDC-GP1 的原理与选型  27-32
    3.2.1 TDC 简介  27-29
    3.2.2 TDC-GP1 的结构原理  29-30
    3.2.3 TDC-GP1 的功能描述  30-32
  3.3 ARM7 微处理器的选型  32-35
    3.3.1 ARM 简介  32-34
    3.3.2 LPC2214 的介绍和外围电路设计  34-35
  3.4 D/A 电路设计  35-36
  3.5 CPLD 电路设计  36-39
    3.5.1 CPLD 简介  36-37
    3.5.2 EPM7128 的介绍和外围电路设计  37-39
  3.6 压控晶振  39-40
  3.7 本章小结  40-41
4 基于TDC-GP1 的驯服晶振系统的软件设计  41-52
  4.1 系统的总体软件设计  41
  4.2 时间间隔测量模块的算法设计  41-43
  4.3 主控制器的软件设计  43-50
    4.3.1 软件设计流程  43-44
    4.3.2 主要算法设计  44-50
  4.4 分频及数模转换模块算法设计  50-51
  4.5 本章小节  51-52
5 系统性能测试与分析  52-55
  5.1 基于TDC-GP1 的驯服晶振系统的实物图  52
  5.2 实验验证结果  52-54
  5.3 本章小结  54-55
6 结论  55-56
致谢  56-57
参考文献  57-58

基于TDC-GP1的驯服晶振系统的研究与设计

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