基于TAC的高精度频率测量系统的设计.pdf

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1、2016正仪表技术与传感器2016第l2期InstrumentTechniqueandSensorNo．12基于TAC的高精度频率测量系统的设计栾岳震，王国富，王小红，叶金才(桂林电子科技大学信息与通信学院，广西桂林541004)摘要：为解决精密加法器时钟守时系统内本地振荡器频率测量模块分辨率低、测量精度差的问题，针对加法器时钟应用场景的特点，设计了一种新型的基于高稳定度PPS(秒脉冲信号)的高分辨率频率测量系统，详细分析了该系统的电路实现及测量算法，给出了一套完善的实用方案，解决了目前应用较多的本地时

2、钟频率测量方案的诸多缺点，实验表明该系统可实现l3位时间间隔测量精度，为低成本高精度仪器仪表的设计实现提供了一种新思路。关键词：频率测量；守时系统；振荡器；卫星同步授时；同步传感器网络中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1002—1841(2016)12-0092-04High-PrecionFrequencyMeasurementSystemBasedonTACLUANYue—zhen，WANGGuo—fu，WANGXiao-hong，YEJin—cai(CollegeofInformati

3、onandCommunication，GuilinUniversityofElectronicTechnology，Guilin541004，China)Abstract：Tosolvethisproblemthatresolutionandprecisionofthefrequencymeasuremoduleusedinpreciousadder-basedhold—overclockwaslow，aimingatthespecificationofadder—basedclock。anewkind

4、ofhi【ghresolution~equencymeasuringsys-ternbasedonhighlystablePPS(pulsepersecond)signalwasdesigned．Afteranalyzingthecircuitandalgorithmofthissystem，acompletepracticalsolutionwasprovided．Thissolutionovercamemanydisadvantagesofthefrequencymeasuringscheme．Ex

5、peri-mentdatashowsthatthissystemhasa13bitresolutionoftimeintervalmeasurementandprovidesanewmethodofthedesignoflow—costhigh—precisioninstruments．Keywords：frequencymeasurement；hold—oversystem；oscillator；GNSSsynchronizing；synchronizedsensornetwork0引言对加法器时钟应

6、用特点的基于时间幅度转换法(time—随着科技的不断进步，工业生产、科研、资源勘amplitudeconversion．TAC)的高精度高稳定度的振荡探、军事等诸多应用领域对时频测量技术提出了越来器频率测量方法。该方法对电容充电的电压进行动越高的要求。频率测量技术的性能是诸多电子系统态校准，根据具体电路状况精确地缩放电压，可以直的核心问题，例如在分布式传感器同步采集系统接避开电容老化、温度变化、被测频率范围变化导致内[1j，以加法器时钟为核心的数字守时时钟对本地的一系列难题。同时在电路设计上采用更加合理

7、的振荡器频率的测量误差在每个时钟脉冲都会累加至结构和新型器件，可以大幅度提高电压采样精度．并系统的整体误差上，长期下去将产生很大的时间改善电容电荷泄漏的问题。偏差。1．改进型频率测量系统设计常用的频率测量技术有直接计数法、时间间隔扩高精度的同步传感器网络通常采用卫星授时信展法、时间一幅度转换法、游标法、延迟线抽头法等方号作为基准时钟源对本地晶体振荡器或原子钟进行法_4]。国外一些公司也推出了高集成度的时间数字转频率校正，并将本地时钟提供给守时时钟作为钟源，换芯片(time．digitalconverte

8、r，TDC)。现有加法器时钟以保障卫星信号丢失后传感器网络的采集精度。卫多使用基于数字逻辑门传输延迟的抽头线方法．该方星授时信号通常以秒脉冲信号(pulsepersecond，PPS)的形式提供。该PPS信号具有长期稳定性极佳法实现成本低、调试方便，但性能却受限于集成电路(5．0×10"H，r=60～100d)、脉冲边沿抖动较大的特制造工艺，通常只能达到100～200ps的测量分辨率l5j，测量精度也受到逻辑器件参数的离散性、环境点，该抖动