一种参考时钟信号生成系统的制作方法

1.本实用新型涉及电子设备领域，特别是一种参考时钟信号生成系统。


背景技术：

2.电子设备中，参考时钟信号生成系统相当于电子设备的心脏，参考时钟信号工作时的稳定性，直接影响电子设备的性能。
3.现有电子设备都会内置一个晶振，用于产生内部参考时钟信号，该内部参考时钟信号作为电子设备运行时的参考时钟信号；当电子设备需要接入外部参考时钟信号作为参考时钟信号时，如果内部参考时钟信号的频率与外部参考时钟信号不相参同源，则当内部参考时钟信号和外部时钟参考信号进行切换时，输出的参考时钟信号发生了变化，则会影响电子设备的稳定运行。
4.现有的参考时钟信号生成系统没办法解决不同频率内外部参考时钟信号切换时，输出的参考时钟信号不发生变化。同时，晶振在长期使用的过程中，晶振工作稳定性会下降，晶振的输出信号频率会发生偏移，而现有的参考时钟信号生成系统没办法对这偏移量进行调整。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种参考时钟信号生成系统，该系统能够保证不同频率内外部参考时钟信号切换时，输出的参考时钟信号相参同源；同时，能够对晶振的输出信号进行调整，避免信号偏移。
6.本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种参考时钟信号生成系统，它包括第一耦合器、选择开关控制模块、选择开关、晶振、第二耦合器、锁相模块和可调电阻；
8.所述晶振的输入端与选择开关的输出端相连，所述晶振的输出端与第二耦合器的输入端相连；
9.所述可调电阻的输入端与晶振的输出端相连，所述可调电阻的输出端与选择开关的输入端相连；
10.所述选择开关控制模块的输入端与第一耦合器的输出端相连，所述选择开关控制模块的输出端与选择开关的输入端相连；
11.所述锁相模块的输入端分别与第一耦合器和第二耦合器的输入端相连；所述锁相模块的输出端与选择开关的输入端相连；
12.所述晶振用于产生内部参考时钟信号；
13.所述第一耦合器用于接收外部参考时钟信号，并生成控制信号和工作信号；
14.所述第二耦合器用于接收晶振的输出信号，并生成参考时钟信号和反馈信号；
15.所述选择开关控制模块用于接收控制信号，控制选择开关的工作状态；
16.所述锁相模块用于接收工作信号和反馈信号，使内部晶振根据外部参考时钟信号
进行锁相。
17.进一步的，所述锁相模块包括鉴相器和环路滤波器；所述环路滤波器的输入端与鉴相器的输出端相连，所述环路滤波器的输出端与选择开关的输入端相连；所述鉴相器的输入端用于接收第一耦合器生成的工作信号和第二耦合器生成的反馈信号。
18.进一步的，所述锁相模块还包括信号处理模块二和信号处理模块三；
19.所述第一耦合器生成的工作信号经信号处理模块二送至鉴相器；
20.所述第二耦合器生成的反馈信号经信号处理模块三送至鉴相器。
21.进一步的，所述信号处理模块二包括第一衰减器和第二滤波器；所述第一耦合器生成的工作信号依次经第一衰减器和第二滤波器后送至鉴相器。
22.进一步的，所述信号处理模块三包括第二衰减器、微波放大器、第三滤波器、第三衰减器；所述第二耦合器生成的反馈信号依次经第二衰减器、微波放大器、第三滤波器、第三衰减器送至鉴相器。
23.进一步的，所述选择开关控制模块包括比较器，所述第一耦合器生成的控制信号经比较器后送至选择开关。
24.进一步的，所述选择开关控制模块包括比较器和信号处理模块一，所述第一耦合器生成的控制信号依次经信号处理模块一和比较器后送至选择开关。
25.进一步的，所述选择开关控制模块包括比较器和控制器，所述第一耦合器生成的控制信号依次经比较器和控制器后送至选择开关。
26.进一步的，所述选择开关控制模块包括比较器、控制器和信号处理模块一，所述第一耦合器生成的控制信号依次经信号处理模块一、比较器和控制器后送至选择开关。
27.进一步的，所述信号处理模块一包括第一滤波器、检波器、运算放大器；所述第一耦合器生成的控制信号依次第一滤波器、检波器、运算放大器送至比较器。
28.综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
29.当需要内部参考时钟信号作为参考时钟信号来保证电子设备运行时；选择开关控制模块没有接收到控制信号，则锁相模块与选择开关不导通，晶振产生内部参考时钟信号，通过第二耦合器输入电子设备，为电子设备提供运行所需的参考时钟信号；当电子设备接收外部参考时钟信号时，第一耦合器接收外部参考时钟信号并进行耦合处理生成控制信号和工作信号，当选择开关控制模块接收到控制信号，则控制选择开关与锁相模块导通，锁相模块根据接收到的工作信号和反馈信号，对外部参考时钟信号进行相参频率锁相，使外部参考时钟信号与晶振产生的内部参考时钟信号相参同源，进而保证切换过程中，整个参考时钟信号生成系统输出的参考时钟信号相参同源，保证电子设备的稳定运行。同时由于高精度可调电阻的存在，调整可调电阻的电阻值，能够改变晶振输出电压端与输入压控端的电压差值，进而对晶振输出信号的频率进行微调，避免信号偏移。
附图说明
30.图1 为本实用新型的结构图。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用
新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.如图1所示，本实用新型公开了一种参考时钟信号生成系统，它包括第一耦合器、选择开关控制模块、选择开关、晶振、第二耦合器、锁相模块和可调电阻；
38.所述晶振的输入端与选择开关的输出端相连，所述晶振的输出端与第二耦合器的输入端相连；
39.所述可调电阻的输入端与晶振的输出端相连，所述可调电阻的输出端与选择开关的输入端相连；
40.所述选择开关控制模块的输入端与第一耦合器的输出端相连，所述选择开关控制模块的输出端与选择开关的输入端相连；
41.所述锁相模块的输入端分别与第一耦合器和第二耦合器的输入端相连；所述锁相模块的输出端与选择开关的输入端相连；
42.所述晶振用于产生内部参考时钟信号；
43.所述第一耦合器用于接收外部参考时钟信号，并进行耦合处理生成控制信号和工作信号；
44.所述第二耦合器用于接收晶振的输出信号，并进行耦合处理生成参考时钟信号和反馈信号；
45.所述选择开关控制模块用于接收控制信号，控制选择开关的工作状态；
46.所述锁相模块用于接收工作信号和反馈信号，使内部晶振根据外部参考时钟信号进行锁相。
47.由于上述结构，当需要内部参考时钟信号作为参考时钟信号来保证电子设备运行时；选择开关控制模块没有接收到控制信号，则锁相模块与选择开关不导通，晶振产生内部参考时钟信号，通过第二耦合器输入电子设备，为电子设备提供运行所需的参考时钟信号；当电子设备需要外部参考时钟信号时，第一耦合器接收外部参考时钟信号并进行耦合处理生成控制信号和工作信号，当选择开关控制模块接收到控制信号，则控制选择开关与锁相模块导通，锁相模块根据接收到的工作信号和反馈信号，对外部参考时钟信号进行相参频率锁相，使外部参考时钟信号与晶振产生的内部参考时钟信号相参同源，进而保证切换过程中，整个参考时钟信号生成系统输出的参考时钟信号相参同源，保证电子设备的稳定运行。同时由于高精度可调电阻的存在，高精度可调电阻的阻值范围为0~1k欧姆，根据电阻串联分压公式，可调电压范围设计值为1600~2400mv，可调整晶振的频率输出范围为100mhz正负各300hz频率范围调谐频率范围。调整可调电阻的电阻值，能够改变晶振输出电压端与输入压控端的电压差值，进而对晶振输出信号的频率进行微调，避免信号偏移，对仪器进行校准维护。
48.在本实用新型中，内部参考时钟信号的频率为100mhz，外部参考时钟信号的频率为10mhz。
49.进一步的，所述锁相模块包括鉴相器和环路滤波器；所述环路滤波器的输入端与鉴相器的输出端相连，所述环路滤波器的输出端与选择开关的输入端相连；所述鉴相器的输入端用于接收第一耦合器生成的工作信号和第二耦合器生成的反馈信号。
50.由于上述结构，鉴相器、环路滤波器和晶振构成的回路形成了锁相环。当电子设备需要外部参考时钟信号输入时，晶振输出内部参考时钟信号经第二耦合器耦合处理后生成反馈信号，反馈信号输入至鉴相器，外部参考时钟信号经第一耦合器耦合处理后生成工作信号，工作信号输入至鉴相器，鉴相器根据接收到的工作信号和反馈信号进行调整，使鉴相器输出的信号与晶振产生的内部参考时钟信号锁相闭环，进而使外部参考时钟信号与内部参考时钟信号相参同源。环路滤波器，则能够滤除环路带宽以外的干扰信号，环路带宽为窄带赫兹级，以保证鉴相器输出信号与晶振产生的内部参考时钟信号性能一致。
51.进一步的，所述锁相模块还包括信号处理模块二和信号处理模块三；
52.所述第一耦合器生成的工作信号经信号处理模块二送至鉴相器；
53.所述第二耦合器生成的反馈信号经信号处理模块三送至鉴相器。
54.由于信号处理模块二和信号处理模块三的存在，则能够对第一耦合器和第二耦合器生成的信号进行处理，使信号更加准确、稳定的输入至鉴相器。
55.进一步的，所述信号处理模块二包括第一衰减器和第二滤波器；所述第一耦合器生成的工作信号依次经第一衰减器和第二滤波器后送至鉴相器。
56.所述第一衰减器为电阻可调衰减器，根据设计要求进行功率标定值调试，用于对工作信号的功率进行调整，加强第一耦合器与第二滤波器的匹配；第二滤波器，工作频段2000mhz相对抑制40dbc以上，用于补充第四滤波器的寄生通带抑制差的问题，则能够降低外部参考时钟信号的远端干扰。
57.进一步的，所述信号处理模块三包括第二衰减器、微波放大器、第三滤波器、第三
衰减器；所述第二耦合器生成的反馈信号依次经第二衰减器、微波放大器、第三滤波器、第三衰减器送至鉴相器。
58.所述第二衰减器为固定电阻衰减器，设置衰减值为8db，用于改善第二耦合器与微波放大器之间的匹配，同时增强反馈信号与参考时钟信号间的反向隔离；
59.所述微波放大器为超低相位噪声放大器，附加噪声低至-172dbc/hz，可降低锁相环相位噪声恶化程度，用于对反馈信号进行功率放大，增强反馈信号与参考时钟信号间的反向隔离；
60.第三滤波器，工作频段高达5000mhz，对100mhz晶振信号5000mhz以内的谐波有至少25dbc以上抑制，能够滤除反馈信号中的高次干扰信号，改善信号的频谱纯度；
61.第三衰减器为固定电阻衰减器，设置衰减值为5db，能够对放大后的反馈信号进行功率调整，以适应鉴相器的反馈功率条件，增强反馈信号与参考时钟信号间的反向隔离。
62.所述选择开关控制模块包括以下四种方案：
63.方案一，所述选择开关控制模块包括比较器，所述第一耦合器生成的控制信号经比较器后送至选择开关。
64.由于上述结构，比较器通过比较控制信号的数值是否达到比较器的比较门限值，若控制信号的数值小于比较门限值，则选择开关与环路滤波器不导通，此时不使用外部参考时钟信号。
65.方案二，所述选择开关控制模块包括比较器和信号处理模块一，所述第一耦合器生成的控制信号依次经信号处理模块一和比较器后送至选择开关。
66.与方案一相比，由于信号处理模块一的存在，则能够对第一耦合器生成的控制信号进行处理，使控制信号更加准确、稳定的输入至比较器。
67.方案三，所述选择开关控制模块包括比较器和控制器，所述第一耦合器生成的控制信号依次经比较器和控制器后送至选择开关。
68.与方案一相比，由于控制器的存在，比较器的输出信号先输入控制器，然后控制器再来控制选择开关的状态；由于控制器的存在，方便控制器与其他的控制系统相连，进而便于通过其他的控制系统来监控整个参考时钟信号生成系统的工作状态。
69.方案四，所述选择开关控制模块包括比较器、控制器和信号处理模块一，所述第一耦合器生成的控制信号依次经信号处理模块一、比较器和控制器后送至选择开关。
70.与方案一相比，由于信号处理模块一的存在，则能够对第一耦合器生成的控制信号进行处理，使控制信号更加准确、稳定的输入至比较器。
71.进一步的，所述信号处理模块一包括第一滤波器、检波器、运算放大器；所述第一耦合器生成的控制信号依次第一滤波器、检波器、运算放大器送至比较器。
72.第一滤波器为定制带通滤波器，相对工作带宽为5mhz，工作频段800mhz相对抑制50dbc以上，用于补充第四滤波器的寄生通带抑制差的问题，则能够降低外部参考时钟信号的远端干扰，避免远端大信号对检波器的干扰，导致误触发检波电平。
73.检波器，工作频段dc~400mhz，线性功率范围高达95db，用于对控制信号进行功率检波，实现模拟功率信号到模拟电压信号的转化。
74.运算放大器，具有低电压和低电流噪声，增益带宽高达45mhz以上，响应时间低至700ns，能有效降低干扰脉冲，用于将检波器转化的模拟小电压进行电压放大，提高并改善
后端比较器的判断门限电压。
75.进一步的，为了保证外部参考时钟信号能够准确稳定的输入整个参考时钟信号生成系统，第一耦合器的输入端还连接有第四滤波器，外部参考时钟信号经第四滤波器后在送至第一耦合器。为了保证参考时钟信号生成系统输出的参考时钟信号稳定、准确，第二耦合器的输出端还接有第五滤波器，第二耦合器输出的参考时钟信号经第五滤波器后在输出。
76.第四滤波器为定制的窄带滤波器，有效工作带宽约为30khz，温度稳定系数高，近端抑制度达到30dbc以上。用于对外部参考时钟信号进行近端的窄带滤波，一方面滤除外部参考钟的近端干扰，避免检波器误出发。另一方面，由内部晶振的压控调谐范围决定，控制外部参考信号的锁相频率范围。
77.第五滤波器，工作频段高达5000mhz，对100mhz晶振信号5000mhz以内的谐波有至少25dbc以上抑制，改善信号频谱纯度。
78.尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种参考时钟信号生成系统，其特征在于：它包括第一耦合器、选择开关控制模块、选择开关、晶振、第二耦合器、锁相模块和可调电阻；所述晶振的输入端与选择开关的输出端相连，所述晶振的输出端与第二耦合器的输入端相连；所述可调电阻的输入端与晶振的输出端相连，所述可调电阻的输出端与选择开关的输入端相连；所述选择开关控制模块的输入端与第一耦合器的输出端相连，所述选择开关控制模块的输出端与选择开关的输入端相连；所述锁相模块的输入端分别与第一耦合器和第二耦合器的输入端相连；所述锁相模块的输出端与选择开关的输入端相连；所述晶振用于产生内部参考时钟信号；所述第一耦合器用于接收外部参考时钟信号，并生成控制信号和工作信号；所述第二耦合器用于接收晶振的输出信号，并生成参考时钟信号和反馈信号；所述选择开关控制模块用于接收控制信号，控制选择开关的工作状态；所述锁相模块用于接收工作信号和反馈信号，使内部晶振根据外部参考时钟信号进行锁相。2.根据权利要求1所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述锁相模块包括鉴相器和环路滤波器；所述环路滤波器的输入端与鉴相器的输出端相连，所述环路滤波器的输出端与选择开关的输入端相连；所述鉴相器的输入端用于接收第一耦合器生成的工作信号和第二耦合器生成的反馈信号。3.根据权利要求2所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述锁相模块还包括信号处理模块二和信号处理模块三；所述第一耦合器生成的工作信号经信号处理模块二送至鉴相器；所述第二耦合器生成的反馈信号经信号处理模块三送至鉴相器。4.根据权利要求3所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述信号处理模块二包括第一衰减器和第二滤波器；所述第一耦合器生成的工作信号依次经第一衰减器和第二滤波器后送至鉴相器。5.根据权利要求3所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述信号处理模块三包括第二衰减器、微波放大器、第三滤波器、第三衰减器；所述第二耦合器生成的反馈信号依次经第二衰减器、微波放大器、第三滤波器、第三衰减器送至鉴相器。6.根据权利要求1所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述选择开关控制模块包括比较器，所述第一耦合器生成的控制信号经比较器后送至选择开关。7.根据权利要求1所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述选择开关控制模块包括比较器和信号处理模块一，所述第一耦合器生成的控制信号依次经信号处理模块一和比较器后送至选择开关。8.根据权利要求1所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述选择开关控制模块包括比较器和控制器，所述第一耦合器生成的控制信号依次经比较器和控制器后送至选择开关。9.根据权利要求1所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述选择开关控制模块
包括比较器、控制器和信号处理模块一，所述第一耦合器生成的控制信号依次经信号处理模块一、比较器和控制器后送至选择开关。10.根据权利要求7或9所述的参考时钟信号生成系统，其特征在于：所述信号处理模块一包括第一滤波器、检波器、运算放大器；所述第一耦合器生成的控制信号依次第一滤波器、检波器、运算放大器送至比较器。

技术总结
一种参考时钟信号生成系统，包括第一耦合器、选择开关控制模块、选择开关、晶振、第二耦合器、锁相模块和可调电阻；所述晶振的输入端与选择开关的输出端相连，所述晶振的输出端与第二耦合器的输入端相连；所述可调电阻的输入端与晶振的输出端相连，所述可调电阻的输出端与选择开关的输入端相连；所述选择开关控制模块的输入端与第一耦合器的输出端相连，所述选择开关控制模块的输出端与选择开关的输入端相连；所述锁相模块的输入端分别与第一耦合器和第二耦合器的输入端相连；所述锁相模块的输出端与选择开关的输入端相连；该系统能够保证不同源相参的内外部参考时钟信号切换时，输出的参考时钟信号相参同源；同时，能够对内部的晶振的输出信号进行频率调整。晶振的输出信号进行频率调整。晶振的输出信号进行频率调整。


技术研发人员：张颖 刘畅
受保护的技术使用者：成都威频科技有限公司
技术研发日：2023.02.28
技术公布日：2023/7/28