频率标准为电子系统提供稳定的运行节奏,是构成电子系统(雷达、通讯、测控、导航、空间电子设备等)完整性不可或缺的重要组成部分,也是时间频率测量的基准,其各项参数指标的高低将影响整个电子系统的性能。随着现代电子、电力通信及航空航天等控制技术的发展,系统对频率标准的要求也越来越高。需要频率标准具有优良的稳定度和更高的准确度。石英晶体振荡器、铷原子频标作为常用的频标器件,具有成本低、可靠性强、短期频率稳定度高等优点。在对精度要求并不苛刻的场合得到了广泛应用。但它们的频率准确度较低,且存在不同程度的频率老化漂移现象。无法在升级或技术改造后的更高精度通信、电力网等时间同步系统中使用。GPS(或北斗、GLONASS等)时钟系统可以溯源同步到GPS(或北斗、GLONASS)卫星的铯原子钟,输出频率几乎没有漂移,也无需定期送到上一级计量部门进行校准,性能接近铯钟,价格却远远低于铯钟,我们可采用长期稳定度良好的GPS(或北斗、GLONASS等)时钟信号作为外部参考时基对晶振(或铷钟)进行校准和锁定,以提高本地晶振(或铷钟)的长期稳定度或准确度。并在一定程度上克服了晶振(或铷钟)的老化漂移。这样的校频系统将晶振(或铷钟)和导航系统定时信号的优点结合在一起,具有良好的短期稳定度和长期稳定度或较高的频率准确度。我们也把这样的校频系统称为可驯钟。实现可驯钟系统的常见做法是根据铷钟(或晶振)和GPS接收机二者秒信号的时差值计算和控制DAC(Digital Analog Converter)模块,产生相应的控制电压,从而达到对铷钟(或晶振)的校准。此方法要用到高精度时间间隔计数器、分频倍频电路或者结构复杂的数字锁相环等,这样会大大增加校频系统的噪声和复杂程度。本文设计的校频方法与“可驯钟”系统实现有较大的不同。主要体现于电压控制字的产生,是来自对本地晶振输出信号频差的计算。该方法的核心是对晶振(或铷钟)信号的直接频率测量。GPS(或北斗、GLONASS等)时钟信号作为频率测量的外部时基。该校频方法减化了电路功能,使校频系统具有更好的抗噪声性能。这样对校频系统复杂度与使用成本的降低,以及校频系统可靠性的增加都有着积极的意义。我们通过延长频率测量的采样时间,来增加系统测频的精度,并减少由导航接收机失锁与抖动给系统造成的噪声影响。综上可见,本系统具有成本低,体积小,复杂度低,可靠性强,准确度较高等优点。具有进一步研究和开发价值。作者完成了自动校频(试验)系统的设计、实现、测试及分析等。并将主要工作描述如下:1)采用脉冲计数的方法对本地晶振输出信号进行直接频率测量。实现基于CPLD的频率计数器、分频器等。2)根据频率计数器测量得到的计数值计算和调整DAC输出电压,对本地晶振进行控制。实现基于ARM的晶振频率值的计算(对频率计数器计数数据的计算)、控制电压字及模拟电压的产生(D/A模块嵌入在ARM中)、频率计数器与LCD屏幕显示的控制等。3)控制液晶屏实时显示石英晶振输出频率测量值、控制电压值、校准状态(是否为锁定)。实现基于LMB162A的显示功能。论文最后,作者对研发的自动校频(试验)样机进行了性能测试,并对采集到的频率数据作统计和分析。通过计算,晶振频率准确度比校频前提高1个数量级以上,长期稳定度有一定程度的改善。