采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置，包括第一频率信号输入端、第二频率信号输入端、相位测量装置、频率切换装置、控制装置和信号输出端。本发明的有益效果是：通过相位测量手段,确定在用信号和冗于信号的相位关系，在通过对冗于信号的相位控制，即使在用频率信号和冗于信号的相位关系为一个固定的数值，保证在从在用信号倒换到冗于信号时，频率信号的相位变化在10ns以内，实现无逢频率切换，本发明还具有结构简单、易于操作、成本低廉等优点。
【专利说明】采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及频率切换装置，特别是涉及到一种采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置。
【背景技术】
[0002]时间同步系统的安全性和可靠性是非常重要的，时间是连续的是不容中断的，缺省的时间是不可想象的。为了保证时间系统的安全性，除了电路和系统设计中的可靠性和安全性设计外，最通常的方法是，重复配置系统的一些部件，当系统发生故障时，冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作，减少系统的故障时间，克服系统由于某个部件或器件故障导致的系统时间中断。时间同步系统中频率源是一定要冗于设计的，因为频率源是组成时间同步系统的最关键单元。对于频率源的冗于设计，除了在在用频率源故障时，自动切换到冗于配置的频率源部上，还可以在正常工作时根据频率精度或者是使用者的操作在在用和冗于频率源之间进行频率信号倒换，以提高时间同步系统的精度和可靠性。
[0003]频率源冗于设计的关键是频率源信号的倒换技术，有两个关键点，一是倒换执行机构的执行时间，可以通过选择器件来克服和解决；其二是，是由于在用频率信号与冗于频率信号的相位差的是任意性，这样最大的随机误差将是一个整数周期的误差，当标准频率信号的频率值为10MHz，其最大倒换误差是100ns，在高精度时间同步系统中是不能允许的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的，是通过精确相位控制实现射频频率信号无缝隙倒换，解决现有的频率切换装置在切换频率时，由于其相位的不确定性产生的倒换误差。
[0005]本发明是通过以下技术方案来实现的:采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置，包括第一频率信号输入端、第二频率信号输入端、相位测量装置、频率切换装置、控制装置和信号输出端；
[0006]相位测量装置包括第一分频器、第二分频器和线性鉴相器，第一分频器的输入端接入第一频率信号输入端的信号，输出端连接到线性鉴相器，第二分频器的输入端接入第二频率信号输入端的信号，输出端连接到线性鉴相器，线性鉴相器的输出连接到控制装置；
[0007]频率切换装置的输入端分别连接第一频率信号输入端和第二频率信号输入端，其输出端连接信号输出端，用以选择其中一个输入频率信号经信号输出端输出；
[0008]第一频率信号输入端和第二频率信号输入端上都设置有一个可控延时电路，从而实现输入信号的相位控制；
[0009]控制装置连接线性鉴相器的输出端，用以采集线性鉴相器产生的鉴相电压信号，控制装置还连接可控延时电路和频率切换装置的控制端，用以控制可控延时电路的延时量，以及控制频率切换装置进行频率切换。
[0010]两个需要倒换的频率信号，首先通过相位测量装置对其相对相位进行精确测量，根据相位测量，通过延迟电路对一路频率信号的相位进行延迟调节，在控制单元的作用下，通过测量调节再测量，即可以将两个信号相位任意的频率信号的相位控制在某一个标定的范围内。在倒换时，其相位跳变的最大值就是最大标定量。
[0011]本发明中的表定量Λ Φ的范围是:
[0012]5ns ^ Δ Φ ^ 15ns ；
[0013]那么在频率切换时的最大相位变化:15ns ；
[0014]在理想状态时，在用频率信号和冗于频率信号是完全相等的:
[0015]在用频率(Vz)= ACOS (ω t+ θ z)；
[0016]冗于频率(Vr)= BCOS (ω t+ Θ r), Δ Φ = θ z — Θ r ；
[0017]通过上式，知道，在理想状态时，将冗于信号通过延时控制，是可以实现:
[0018]5ns <ΔΦ=(θζ — Θ r) ^ 15ns ；
[0019]非理想状态，即在用频率信号和冗于频率信号存在频率偏差。其频率偏差将会使得两个频率信号的相位随时间发生变化，变化量的大小与频率偏差成正比。但在时间同步系统中使用的都是标准频率信号，其频率精度很高，所以由频率精度引起的相位差在短时间内是可以忽略不计的。
[0020]假设相对频率精度:Λ F彡1Ε-10
[0021]频率偏差产生的相对相位变化率:0.1ns/lS
[0022]通过上式知道，大约在10秒内的相位变化仅为1ns，对15ns的倒换精度显然是可以忽略不计的，通过卫星信号驯服的频率源信号的精度更是远远高于这个精度，其相对频差也就非常小。所以对于理想状态和非理想状态本发明都是满足需要的。
[0023]控制装置分别连接到相位测量装置、相位延迟装置以及频率切换装置。装置运行时，两路输入信号，一个为主用输入，另一个为备用输入，控制装置接收到测量装置的相位测量数据，根据相位数据，当相位偏差超出设定的定标量时，通过控制延迟装置，改变备用输入频率信号的相位量，再进行测量，假设相对相位偏差符合定标量的范围时，就一直测量，否则就进行相位调整。当有外部频率倒换命令时，既通过频率切换装置进行相位倒换。
[0024]进一步，上述的线性鉴相器的输出端依次通过低通滤波器、A/D转换器连接到控制装置。线性鉴相器输出两个与频率相位相关的脉冲信号，通过低通滤波器，转换为线性电压，该线性电压与两个频率信号的相位是一一对应，既:Λ Φ = T/VXVx
[0025]式中:T是输入信号的周期时间；
[0026]V是?两度电压(零度是VO = O)；
[0027]Vx是测量电压；
[0028]上式表不在Vx电压对应的输入信号的相位。
[0029]A/D转换器连接到控制装置，对线性鉴相器的输出端通过低通滤波转换得到的线性电压进行测量，通过测得的电压值，计算得到两个输入信号的相对相位量。
[0030]进一步，上述的第一分频器与线性鉴相器之间设置反相器，第二分频器与线性鉴相器之间设置反相器，反相器使输入线性鉴相器的频率信号的相位测量控制在180°附近，克服了鉴相器的零度和满足的非线性误差。
[0031]进一步，上述的可控延时电路为一个由门电路链组成的可控制滞后延时电路，可以控制延迟精度:1ns。
[0032]进一步，上述的第一分频器和第二分频器都采用二分频器，将两个信号同时进行二分频处理的目的是得到占空比为50%的脉冲信号，实现使用反相器保证180°测量的原理。
[0033]本发明的有益效果是:通过相位测量手段，确定两个频率信号的相位关系，通过对其中一路信号的相位调整(延迟技术)，使在两个频率信号的相位关系在一个定标量范围内，使的两路频率信号倒换时的最到相位变化小于定标量的范围，实现无逢频率倒换，具体有以下优点:
[0034]1、有高精度的频率精度测量；
[0035]2、克服了射频信号在切换时的时间跳变；
[0036]3、具有锁定式的频率切换装置；
[0037]4、电路结构简单，易于控制和操作，且设备成本较低，具有很好的可靠性；
[0038]5、动态的环路设计克服了由于器件和环境因数的变化产生的不确定性和误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例:
[0041]如图1所示，采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置，包括第一频率信号输入端、第二频率信号输入端、相位测量装置、频率切换装置、控制装置和信号输出端;
[0042]相位测量装置包括第一分频器、第二分频器和线性鉴相器，第一分频器的输入端接入第一频率信号输入端的信号，输出端连接到线性鉴相器，第二分频器的输入端接入第二频率信号输入端的信号，输出端连接到线性鉴相器，线性鉴相器的输出连接到控制装置；
[0043]频率切换装置的输入端分别连接第一频率信号输入端和第二频率信号输入端，其输出端连接信号输出端，用以选择其中一个输入频率信号经信号输出端输出；
[0044]第一频率信号输入端和第二频率信号输入端上都设置有一个可控延时电路，从而实现输入信号的相位控制；
[0045]控制装置连接线性鉴相器的输出端，用以采集线性鉴相器产生的鉴相电压信号，控制装置还连接可控延时电路和频率切换装置的控制端，用以控制可控延时电路的延时量，以及控制频率切换装置进行频率切换。
[0046]线性鉴相器的输出依次通过低通滤波器、A/D转换器连接到控制装置。第一分频器与线性鉴相器之间设置反相器，第二分频器与线性鉴相器之间设置反相器。可控延时电路为一个由门电路链组成的可控制滞后延时电路。第一分频器和第二分频器都采用二分频器。A/D转换器采用12位A/D转换器，当信号频率为1MHz时，AD相位时间测量分辨率:0.0488ns，相位测量精度满足要求。
[0047]以两路1MHz频率倒换为实施例:
[0048]当装置工作时，相位延迟电路的相位调整量为零，相位测量装置就会测量出此状态时两路输入频率信号的相位量Λ Φ，由于第一频率信号中嵌入了一个反相器所以符合要求的相位量应该是180°附近。
[0049]如果:ΛΦ 不满足:95ns ^ Δ Φ ^ 115ns ；
[0050]在控制单元的作用下，既通过改变相位延迟电路的延迟量来满足:
[0051]95ns ^ Δ Φ ^ 115ns ；
[0052]当满足上式时，频率切换装置在进行频率倒换时，产生的相位跳变是符合要求的。
[0053]如上所述，便可很好地实现本发明。
【权利要求】
1.采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置，其特征在于:包括第一频率信号输入端、第二频率信号输入端、相位测量装置、频率切换装置、控制装置和信号输出端； 相位测量装置包括第一分频器、第二分频器和线性鉴相器，第一分频器的输入端接入第一频率信号输入端的信号，输出端连接到线性鉴相器，第二分频器的输入端接入第二频率信号输入端的信号，输出端连接到线性鉴相器，线性鉴相器的输出连接到控制装置； 频率切换装置的输入端分别连接第一频率信号输入端和第二频率信号输入端，其输出端连接信号输出端，用以选择其中一个输入频率信号经信号输出端输出； 第一频率信号输入端和第二频率信号输入端上都设置有一个可控延时电路，从而实现输入信号的相位控制； 控制装置连接线性鉴相器的输出端，用以采集线性鉴相器产生的鉴相电压信号，控制装置还连接可控延时电路和频率切换装置的控制端，用以控制可控延时电路的延时量，以及控制频率切换装置进行频率切换。
2.根据权利要求1所述的采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置，其特征在于:所述的线性鉴相器的输出端依次通过低通滤波器、A/D转换器连接到控制装置。
3.根据权利要求1所述的采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置，其特征在于:所述的第一分频器与线性鉴相器之间设置反相器，第二分频器与线性鉴相器之间设置反相器。
4.根据权利要求1所述的采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置，其特征在于:所述的可控延时电路为一个由门电路链组成的可控制滞后延时电路。
5.根据权利要求3所述的采用精确相位控制实现射频频率无缝隙倒换的装置，其特征在于:所述的第一分频器和第二分频器都采用二分频器。
【文档编号】H03L7/08GK104485945SQ201410765646
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】王泽宽, 黄希睿 申请人:成都可为科技发展有限公司