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  • 開(kāi)拓?cái)?shù)控溫補(bǔ)晶體振蕩器DS4000在GPS中的應(yīng)用

    時(shí)間:2024-05-24 15:05:36 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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    開(kāi)拓?cái)?shù)控溫補(bǔ)晶體振蕩器DS4000在GPS中的應(yīng)用

    摘要: 介紹GPS應(yīng)用范圍及其接收機(jī)組成的工作原理和用溫補(bǔ)晶體振蕩器DS4000提供成為精密振蕩器的控制方法

    關(guān)鍵詞:全球定位系統(tǒng) 溫補(bǔ)晶體振蕩器 接收機(jī) 信號(hào)處理器

    1、前言

    首先要對(duì)介入的GPS(全球定位系統(tǒng))應(yīng)用領(lǐng)域及其接收機(jī)作一介紹

    1.1當(dāng)GPS)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用

    該衛(wèi)星(多達(dá)27顆)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于非同步、近地軌道,覆蓋全球,保證了定位系統(tǒng)的運(yùn)行。而GPS接收機(jī)至少需要鎖定4顆星,才能提供定位信息。這些衛(wèi)星廣播或發(fā)送的長(zhǎng)系列碼(或數(shù)字組合)稱偽隨機(jī)碼。可通過(guò)已知的衛(wèi)星偽隨機(jī)碼、光速以及保持衛(wèi)星位置的查詢表等參數(shù),GPS接收機(jī)就能夠計(jì)算出衛(wèi)星的傳輸時(shí)間,再將傳輸時(shí)間轉(zhuǎn)為距離。在多個(gè)衛(wèi)星(大于4)的條件下,通過(guò)求所三角方程就可以算出GPS接收機(jī)的位置,也提供了用戶的位置。

    1.2 GPS接收機(jī)的應(yīng)用范圍

    可用于個(gè)人定位和定向的通用手持設(shè)備到航海、航空、勘探以及電信網(wǎng)絡(luò)中的定時(shí)同步等應(yīng)用范圍。每種應(yīng)用要求不同特性的接收機(jī)。例如,在通用手持設(shè)備應(yīng)用中,接收機(jī)將利用4顆或更多的衛(wèi)星接收信號(hào),并將其轉(zhuǎn)換為位置信息,該信息能夠連接至地圖數(shù)據(jù)庫(kù),指示出陸地位置。而在航海和航空應(yīng)用中,從衛(wèi)星接收信號(hào)中獲取的動(dòng)態(tài)位置數(shù)據(jù)被導(dǎo)入船上或機(jī)上的導(dǎo)航系統(tǒng),用于實(shí)時(shí)定位和定向。

    1.3 GPS的另一個(gè)重要特性和應(yīng)用

    是提供相當(dāng)精確的時(shí)間基準(zhǔn),如電信網(wǎng)絡(luò)中的同步、測(cè)試和測(cè)量設(shè)備的校準(zhǔn)、航天觀測(cè)和氣象臺(tái)的同步、地震監(jiān)測(cè)以及用于公用電網(wǎng)的故障記錄儀等應(yīng)用。對(duì)于同步和定時(shí)應(yīng)用,衛(wèi)星信號(hào)的相位比信號(hào)承載的數(shù)據(jù)更為重要.

    在那些優(yōu)先考慮時(shí)間同步的應(yīng)用中,傳輸信號(hào)的相位差是最重要的。在電信網(wǎng)絡(luò)中,GPS同步引擎提供這類網(wǎng)絡(luò)的端到端定時(shí)。在為語(yǔ)音、視頻或時(shí)間要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)傳輸而運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)時(shí),最為重要的是服務(wù)質(zhì)量的要求。

    而對(duì)于同步和定時(shí)要求來(lái)說(shuō),一個(gè)精密的頻率參考是至關(guān)重要的。最精確的時(shí)間和頻率的定義是基于原子,由光束標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生精確的頻率。

    是什么使GPS衛(wèi)星系統(tǒng)足夠滿足網(wǎng)絡(luò)同步要求的呢?每個(gè)GPS衛(wèi)星都有一個(gè)基于原子的時(shí)鐘源。這些非常精確的時(shí)鐘保證時(shí)間精確到每年之3ns內(nèi),精密時(shí)間再通過(guò)微波傳輸?shù)紾PS接收機(jī)。

    1.4溫補(bǔ)晶體振蕩器的的作用

    為了保證時(shí)間精確,GPS接收機(jī)還包括一個(gè)本地振蕩器,如侞源、溫控晶體振蕩器(OCXO)、或者溫補(bǔ)晶體振蕩器(TCXO),作為一個(gè)嚴(yán)格控制的時(shí)鐘源,以維持短期和長(zhǎng)期的時(shí)間精確和穩(wěn)定性。由于衛(wèi)星覆蓋世界范圍,所以使用GPS是一種精確、可行且經(jīng)濟(jì)的方式,保證電信網(wǎng)絡(luò)的同步。大多供應(yīng)商提供含有的設(shè)備,以支持系統(tǒng)的定時(shí)同步,如電信網(wǎng)絡(luò)、基站或其它要求時(shí)間苛刻的應(yīng)用。

    2 、GPS接收機(jī)分析

    一個(gè)典型的GPS接收機(jī)包含如圖1所示的功能塊,它包括:射頻(RF)部分、GPS信號(hào)處理器和主處理器。其中RF部分包括:GPS天線、RF濾波器和GPS RF前端。RF部分接收衛(wèi)星信號(hào),從載波頻率中分離出偽隨機(jī)碼,并將其送至GPS信號(hào)處理器,在多數(shù)現(xiàn)有的接收機(jī)中,前端部分 GPS信號(hào)處理器能夠同時(shí)處理4至12顆衛(wèi)星信號(hào)。這種并行處理的能力提供了更高的定位精度,縮短了輸出數(shù)據(jù)的時(shí)間。主處理器向用戶提供數(shù)據(jù),可以通過(guò)一個(gè)GUI(圖象用戶接口)、顯示屏,或者其它操作系統(tǒng)途徑向用戶提供數(shù)據(jù),至于何種途徑這取決于實(shí)際應(yīng)用的要求。

    在圖1的框圖中,存在2個(gè)振蕩源,包括REF(基準(zhǔn))晶體(或振蕩器)和RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘)晶體。REF晶體或振蕩器可以相當(dāng)精確或不精確,取決所使用的接收機(jī)。對(duì)振器器頻率的要求依賴于GPS前端所采用的專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(ASSP)。 典型范圍介于13MHz至30MHz之間,取決于生產(chǎn)廠家。REF振蕩器可以是源、OCXO、甚至TCXO。在這種情況下,主處理器將修正衛(wèi)星和接收機(jī)之間的任何定時(shí)滑動(dòng)。

    RTC晶體為捕捉過(guò)程提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘信息,以在27顆衛(wèi)星群中捕獲不同的衛(wèi)星。通過(guò)關(guān)于衛(wèi)星位置信息的查詢表,RTC有助于提供一個(gè)鎖定所有可見(jiàn)衛(wèi)星的起始點(diǎn)。

    3、溫補(bǔ)晶體振蕩器DS4000引入與方法

    新款DS4000數(shù)控TCXO可提供±1PPm精度,±6PPm牽引量和編程頻率輸出用于無(wú)線應(yīng)用、電信、衛(wèi)星通信和GPS特別理想.

    DS4000數(shù)控TCXO超越了所有有關(guān)控制、成本、封裝和精度的性能標(biāo)準(zhǔn).該器器件可保持頻率穩(wěn)定在±lppm以內(nèi),并具有牽引范圍達(dá)±6ppm的數(shù)字調(diào)諧能力和編程頻率輸出.可以提供雙路CMOS方波輸出.F1輸出提供固定的基頻,而F2輸出則提供基頻的256種不同整數(shù)分頻中的一種(見(jiàn)圖2所示).該器件工作于5V±10%電源,采用萍薄型24引腳BGA封裝.

    隨著DS4000數(shù)控溫補(bǔ)晶體振蕩器(TCXO)的引入, 一種新的校準(zhǔn)REF振蕩器的控制方法應(yīng)運(yùn)而生。DS4000提供了精密的振蕩器,其獨(dú)特的性能是目前市場(chǎng)上眾多的TCXO所無(wú)法提供的。首先,DS4000經(jīng)工廠校準(zhǔn)后精度達(dá)到±lppm之內(nèi);另外,它還提供 6ppm范圍、典型分辨率小于0.1PPm的數(shù)字牽引能力。

    圖2是DS4000的框圖。該器件通過(guò)2線(SDA與SCL)串行數(shù)據(jù)口控制,(SDA與SCL均為數(shù)字頻率可調(diào)節(jié)的通信口)在這種方式下,通過(guò)使用微控制器,輸人數(shù)字代碼控制牽引量和精度?梢栽O(shè)計(jì)專門的系統(tǒng)程序,不斷地調(diào)該器件的精度。在許多過(guò)時(shí)的TCXO設(shè)計(jì)中,這種要求只能通過(guò)人工調(diào)節(jié),或通過(guò)一個(gè)電壓控制來(lái)完成。DS4000的數(shù)字牽引能力實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)校準(zhǔn),以及在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的再校準(zhǔn)。

    該器件還有一個(gè)頻率輸出F2(可編程溫度補(bǔ)償方波輸出),F(xiàn)2為基頻F1(固定頻率溫度補(bǔ)償方波輸出)的分?jǐn)?shù)值。F2能夠被編程為基頻F1的1/256至255/256。當(dāng)然,編程也是通過(guò)2線接口(SDA、SCL)完成的。DS4000的基頻

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