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開(kāi)拓數控溫補晶體振蕩器DS4000在GPS中的應用
摘要: 介紹GPS應用范圍及其接收機組成的工作原理和用溫補晶體振蕩器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 溫補晶體振蕩器 接收機 信號處理器
1、前言
首先要對介入的GPS（全球定位系統）應用領(lǐng)域及其接收機作一介紹
1.1當GPS)已經(jīng)得到了廣泛應用
該衛星（多達27顆）網(wǎng)絡(luò )運行于非同步、近地軌道，覆蓋全球，保證了定位系統的運行。而GPS接收機至少需要鎖定4顆星，才能提供定位信息。這些衛星廣播或發(fā)送的長(cháng)系列碼（或數字組合）稱(chēng)偽隨機碼�？赏ㄟ^(guò)已知的衛星偽隨機碼、光速以及保持衛星位置的查詢(xún)表等參數，GPS接收機就能夠計算出衛星的傳輸時(shí)間，再將傳輸時(shí)間轉為距離。在多個(gè)衛星(大于4)的條件下，通過(guò)求所三角方程就可以算出GPS接收機的位置，也提供了用戶(hù)的位置。
1.2 GPS接收機的應用范圍
可用于個(gè)人定位和定向的通用手持設備到航海、航空、勘探以及電信網(wǎng)絡(luò )中的定時(shí)同步等應用范圍。每種應用要求不同特性的接收機。例如，在通用手持設備應用中，接收機將利用4顆或更多的衛星接收信號，并將其轉換為位置信息，該信息能夠連接至地圖數據庫，指示出陸地位置。而在航海和航空應用中，從衛星接收信號中獲取的動(dòng)態(tài)位置數據被導入船上或機上的導航系統，用于實(shí)時(shí)定位和定向。
1.3 GPS的另一個(gè)重要特性和應用
是提供相當精確的時(shí)間基準，如電信網(wǎng)絡(luò )中的同步、測試和測量設備的校準、航天觀(guān)測和氣象臺的同步、地震監測以及用于公用電網(wǎng)的故障記錄儀等應用。對于同步和定時(shí)應用，衛星信號的相位比信號承載的數據更為重要.
在那些優(yōu)先考慮時(shí)間同步的應用中，傳輸信號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(lèi)網(wǎng)絡(luò )的端到端定時(shí)。在為語(yǔ)音、視頻或時(shí)間要求嚴格的數據傳輸而運行網(wǎng)絡(luò )時(shí)，最為重要的是服務(wù)質(zhì)量的要求。
而對于同步和定時(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銫原子，由銫光束標準產(chǎn)生精確的頻率。
是什么使GPS衛星系統足夠滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )同步要求的呢？每個(gè)GPS衛星都有一個(gè)基于銫原子的時(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，精密時(shí)間再通過(guò)微波傳輸到GPS接收機。
1.4溫補晶體振蕩器的的作用
為了保證時(shí)間精確,GPS接收機還包括一個(gè)本地振蕩器，如侞源、溫控晶體振蕩器(OCXO)、或者溫補晶體振蕩器(TCXO)，作為一個(gè)嚴格控制的時(shí)鐘源，以維持短期和長(cháng)期的時(shí)間精確和穩定性。由于衛星覆蓋世界范圍，所以使用GPS是一種精確、可行且經(jīng)濟的方式，保證電信網(wǎng)絡(luò )的同步。大多供應商提供含有的設備，以支持系統的定時(shí)同步，如電信網(wǎng)絡(luò )、基站或其它要求時(shí)間苛刻的應用。
2 、GPS接收機分析
一個(gè)典型的GPS接收機包含如圖1所示的功能塊，它包括：射頻(RF)部分、GPS信號處理器和主處理器。其中RF部分包括：GPS天線(xiàn)、RF濾波器和GPS RF前端。RF部分接收衛星信號，從載波頻率中分離出偽隨機碼，并將其送至GPS信號處理器，在多數現有的接收機中，前端部分 GPS信號處理器能夠同時(shí)處理4至12顆衛星信號。這種并行處理的能力提供了更高的定位精度，縮短了輸出數據的時(shí)間。主處理器向用戶(hù)提供數據，可以通過(guò)一個(gè)GUI(圖象用戶(hù)接口)、顯示屏，或者其它操作系統途徑向用戶(hù)提供數據，至于何種途徑這取決于實(shí)際應用的要求。
在圖1的框圖中，存在2個(gè)振蕩源，包括REF(基準)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精確或不精確，取決所使用的接收機。對振器器頻率的要求依賴(lài)于GPS前端所采用的專(zhuān)用產(chǎn)品標準(ASSP)。 典型范圍介于13MHz至30MHz之間，取決于生產(chǎn)廠(chǎng)家。REF振蕩器可以是銣源、OCXO、甚至TCXO。在這種情況下，主處理器將修正衛星和接收機之間的任何定時(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顆衛星群中捕獲不同的衛星。通過(guò)關(guān)于衛星位置信息的查詢(xún)表，RTC有助于提供一個(gè)鎖定所有可見(jiàn)衛星的起始點(diǎn)。
3、溫補晶體振蕩器DS4000引入與方法
新款DS4000數控TCXO可提供±1PPm精度，±6PPm牽引量和編程頻率輸出用于無(wú)線(xiàn)應用、電信、衛星通信和GPS特別理想.
DS4000數控TCXO超越了所有有關(guān)控制、成本、封裝和精度的性能標準.該器器件可保持頻率穩定在±lppm以?xún)�，并具有牽引范圍達±6ppm的數字調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(zhù)DS4000數控溫補晶體振蕩器(TCXO)的引入， 一種新的校準REF振蕩器的控制方法應運而生。DS4000提供了精密的振蕩器，其獨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(chǎng)校準后精度達到±lppm之內；另外，它還提供 6ppm范圍、典型分辨率小于0.1PPm的數字牽引能力。
圖2是DS4000的框圖。該器件通過(guò)2線(xiàn)(SDA與SCL)串行數據口控制,(SDA與SCL均為數字頻率可調節的通信口)在這種方式下，通過(guò)使用微控制器，輸人數字代碼控制牽引量和精度�？梢栽O計專(zhuān)門(mén)的系統程序，不斷地調該器件的精度。在許多過(guò)時(shí)的TCXO設計中，這種要求只能通過(guò)人工調節，或通過(guò)一個(gè)電壓控制來(lái)完成。DS4000的數字牽引能力實(shí)現了生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)校準，以及在應用現場(chǎng)的再校準。
該器件還有一個(gè)頻率輸出F2(可編程溫度補償方波輸出)，F2為基頻F1(固定頻率溫度補償方波輸出)的分數值。F2能夠被編程為基頻F1的1／256至255／256。當然，編程也是通過(guò)2線(xiàn)接口(SDA、SCL)完成的。DS4000的基頻
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