电子产品世界

1．3 分级控制方案
基于效率和精度的需要，本设计采用分级控制方案。GPS秒脉冲信号的精度误差为20ns，折算12．8MHz频率，最大频偏为20ppm。若以1秒作为时长比较脉冲数，调整的精度无法达到要求，同频干扰依然存在。由于秒脉冲信号的精度误差呈均匀分布，加长检测的时间可以提高信号精度，从而提高校准精度。但校准效率会下降，发射准备时间增加。另一方面，DAC的控制方式也影响系统的精度和效率。单次调整幅度大，效率高但精度低，幅度小则需时过长，所以不能以固定的幅度调整。根据VC-TCXO和DAC8552的参数，DAC最小的调整幅度为0．015Hz，DAC数值与VC-TCXO频率的关系是：
f(b)=12．8MHz+(b-b)×O．015Hz
式中f(b)是当前VC-TCXO频率，b是FPGA写入DAC的数值，b’是VC-TCXO输出12．8MHz时对应的DAC数值。VC-TCXO的电压可调范围是1．65±1．0V，折算b的有效范围为12 909～52 627。
为了平衡精度和效率的需要，系统采用了分级控制的方案。如表1所示，系统控制的逻辑分为五级。等级3的频偏和调整幅度最小，检测时间最长。脉冲数上下限用于固定时长内脉冲数的比较，判断是否需要调级。VC-TCXO的温度和老化的因素使晶体频率的上下限改变，所以等级1没有计数脉冲下限，等级5没有上限。FPGA根据当前的级别设定检测时间，再通过收到的脉冲数判断升级、降级或是调整电压值。

2 FPGA设计
2．1 FPGA顶层设计
FPGA的设计采用自顶向下的设计方法，用Verilog HDL语言描述，在Actel公司的开发软件libero8．0中进行综合、优化、仿真和定时分析。顶层设计由PLL、分级控制、脉冲计数模块以及电压控制模块组成，如图2所示。

工作过程为：首先，初始化FPGA，电压控制模块将DAC8552的电压输出值置于中位(1．65V)，分级控制模块的开始分级设定为3，并通过level[2∶0]连线将级别赋给脉冲计数模块和电压控制模块；分级控制模块收到GPS秒脉冲时，通过auto reset启动脉冲计数模块，收到read信号时读入judge[1∶0]，judge[1∶0]的意义如表2所示。如果judge[1∶0]=00，level[2∶0]不为1，level[2∶0]降级；judge[1∶0]=01，level[2∶0]不为5，level[2∶0]升级；judge[1∶0]为10或11，通过step和load引脚调整电压控制模块。

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关键词： FPGA 无线 频率校准 装置