GPS校频的压控振荡器设计

 

　　目前，随着科学技术的发展，时频测量对时间频率的准确度、稳定度等技术指标的测试要求越来越高，现在许多电子仪器内部已经采用了铷钟时基。如果仍使用过去的铷原子频率标准或晶体振荡电路频率作为计量测试标准，那么，计量测试频率准确度的要求将无法得到保证。而基于GPS校频的高精度宽带频率测量技术，为经济、便捷的高精度宽带频率测量提供了一个技术支持和解决方案。该方案的要点是通过GPS信息中的1 pps(秒脉冲)精确定时信号，利用时间间隔测量技术，与本地频标的分频信号进行比对，生成误差控制电压，对压控振荡器频率进行准确控制与调节，极大地提高振荡频率的精度与稳定性。其中压控振荡器是该环路中的重要部分，它的稳定性和频率调节范围在很大程度上决定了系统的稳定性及精度。因此对压控振荡器的研究与设计是本方案的关键环节之一。本文首先简介了基于反馈控制原理与GPS驯服校频技术，获得高稳定度、高准确率标准频率信号的基本原理及电路组成，然后重点分析各类压控振荡器的噪声与频率调节范围及稳定时间的关系，设计了一款指标优化的压控振荡器。

　　1 基于反馈控制原理与GPS驯服校频技术频标产生电路的基本原理

　　基于GPS校频的高精度宽带测频技术关键是通过GPS定时信号控制振荡器产生高稳定度和高准确率的标准频率信号，图1是一个基于反馈控制原理与GPS驯服校频技术的标准频率产生电路。

　　

 

　　它是一个闭环反馈控制系统，主要由GPS接收器、时间间隔测量环节、数据控制与处理环节、误差控制电压产生环节、压控振荡器(VCO)、分频器等5部分组成。GPS接收器接收卫星信号产生的1 pps信号，利用该信号采用高精度时间间隔测量技术，将其与本地频标的分频信号进行比较，按照相位差的变化速率计算出相对频差，形成误差控制电压，反馈到本地压控振荡器，调节振荡器输出信号频率直至分频输出频率与GPS秒脉冲频率相等时，误差控制电压接近于零，系统最终处于平衡状态，从而实现对输入信号(GPS)的跟踪和锁定。把本地频标的准确度锁定在GPS标准的准确度上，从而实现对高稳定晶体振荡频率的驯服和调节，提高频标振荡器的精确度和稳定性。