一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的电路和方法 |
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| 申请号 | CN202210936375.3 | 申请日 | 2022-08-05 | 公开(公告)号 | CN114995100A | 公开(公告)日 | 2022-09-02 |
| 申请人 | 北斗天汇(北京)科技有限公司; | 发明人 | 刘忠华; 许强; 陈浙梁; 刘苏; 张宗艺; | ||||
| 摘要 | 本 申请 涉及一种用于调整卫星秒脉冲 信号 输出阻抗的 电路 和方法，属于 信号处理 的技术领域，电路包括阻抗匹配模 块 、阻抗调节模块以及与阻抗调节模块连接的控 制模 块；其中，阻抗匹配模块的第一端用于接收第一1PPS信号，阻抗匹配模块的第二端用于输出第二1PPS信号，第一1PPS信号与第二1PPS信号的 相位 和 频率 相等；阻抗调节模块与阻抗匹配模块并联； 控制模块 用于控制调整阻抗调节模块的阻抗值，以调整阻抗调节模块与阻抗匹配模块并联后的等效阻抗值。本申请能够在一定范围内对1PPS信号的输出阻抗进行细微的调整，从而能够在一定程度上克服设备插接和线缆连接所增加的输出阻抗，因此提高了阻抗匹配的 精度 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的电路，其特征在于：包括阻抗匹配模块（100）、阻抗调节模块（200）以及与所述阻抗调节模块（200）连接的控制模块（300）；其中，所述阻抗匹配模块（100）的第一端用于接收第一1PPS信号，所述阻抗匹配模块（100）的第二端用于输出第二1PPS信号，所述第一1PPS信号与所述第二1PPS信号的相位和频率相等； |
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| 说明书全文 | 一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的电路和方法技术领域背景技术[0002] 卫星导航定位系统具有授时、定位、短报文通信等功能。基于卫星导航定位系统（例如：北斗/GPS/GALILEO/GLONASS）研发的高精度授时设备通过卫星接收机接收卫星导航定位系统输出的时标信息，而后输出1PPS（秒脉冲：1 Pulse Per Second）信号，已广泛的应用到军事、电力、金融等重要行业或部门，对提高国防和国民经济安全具有重要的现实意义。 [0003] 在信号传输时，要求信号的输出阻抗和负载阻抗相等（以下称阻抗匹配），此时传输的信号不会产生反射，负载接收到的功率最大，阻抗匹配与否关系到信号传输质量的优劣，目前，相关技术通常在信号的传输线路中串接一个匹配电阻器以达到阻抗匹配。 [0004] 针对上述相关技术，发明人发现，实际情况下，由于设备插接和线缆连接会增加信号的输出阻抗，并且输出阻抗的增加值会随着插接的数量以及线缆的长度变化而发生细微改变，从而串接的匹配电阻器往往不能使阻抗匹配达到最佳效果，因此，存在阻抗匹配精度低的缺陷。 发明内容[0005] 为了提高阻抗匹配的精度，本申请提供了一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的电路和方法。 [0006] 第一方面，本申请提供了一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的电路，采用如下技术方案：一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的电路，包括阻抗匹配模块、阻抗调节模块以及与所述阻抗调节模块连接的控制模块；其中， 所述阻抗匹配模块的第一端用于接收第一1PPS信号，所述阻抗匹配模块的第二端用于输出第二1PPS信号，所述第一1PPS信号与所述第二1PPS信号的相位和频率相等； 所述阻抗调节模块与所述阻抗匹配模块并联； 所述控制模块用于控制调整所述阻抗调节模块的阻抗值，以调整所述阻抗调节模块与所述阻抗匹配模块并联后的等效阻抗值。 [0007] 通过采用上述技术方案，阻抗调节模块与阻抗匹配模块并联后，等效的输出阻抗降低，并且当控制模块调整阻抗调节模块的阻抗值时，能够在一定范围内细微的对输出阻抗进行调整，从而能够在一定程度上克服设备插接和线缆连接所增加的输出阻抗，提高了阻抗匹配的精度。 [0008] 可选的，所述电路还包括电压调节模块，所述电压调节模块的输入端用于接收卫星接收机输出的第三1PPS信号；所述控制模块还与所述电压调节模块连接，用于控制所述电压调节模块调整所述第三1PPS信号的幅值，得到所述第一1PPS信号； 所述电压调节模块的输出端与所述阻抗匹配模块的第一端连接，用于输出所述第一1PPS信号。 [0009] 通过采用上述技术方案，电压调节模块能够调整第三1PPS信号的电压幅值，输出调整后的第一1PPS信号，从而能够降低1PPS信号在传输线路中的损耗，保障传输末端的输出第二1PPS信号的电压幅值。 [0010] 可选的，所述阻抗调节模块包括第一电阻器R1和第一电阻可调电路，所述第一电阻可调电路的第一端与所述阻抗匹配模块的第一端连接，所述第一电阻可调电路的第二端与所述第一电阻器R1的一端连接，所述第一电阻器R1的另一端与所述阻抗匹配模块的第二端连接；所述控制模块与所述第一电阻可调电路连接，用于控制调整所述第一电阻可调电路的第一端和第二端之间的阻抗值。 [0011] 通过采用上述技术方案，第一电阻器R1能够缩小输出阻抗的调整范围，降低了调整难度，同时还能够提高输出阻抗的调整精度。 [0012] 可选的，所述第一电阻可调电路包括第一数字电位器U1，所述第一数字电位器U1的高电压端VH与所述第一电阻可调电路的第一端连接，所述第一数字电位器U1的滑动端VR与所述第一电阻可调电路的第二端连接；所述第一数字电位器U1的增量端INC、上升/下降端UD和选择端 均与所述控制模块连接。 [0013] 通过采用上述技术方案，由控制模块控制第一数字电位器U1的增量端INC、上升/下降端UD和选择端 ，能够实现第一数字电位器U1的高电压端VH与滑动端VR之间阻抗值的增加、减少、保持与存储，便于输出阻抗的调整，以及复现。 [0014] 可选的，所述电压调节模块包括调压电路和电平转换芯片U2，所述调压电路用于输出预设期望电压，所述控制模块与所述调压电路连接，用于控制所述预设期望电压的幅值；所述电平转换芯片U2的第一电源端VccA与所述调压电路连接，用于接收所述预设期望电压； 所述电平转换芯片U2的第二电源端VccB连接有用于供电的第一电源VCC1； 所述电平转换芯片U2的输入端B用于接收所述第三1PPS信号； 所述电平转换芯片U2用于基于所述预设期望电压调整所述第三1PPS信号的电压幅值，得到所述第一1PPS信号并通过输出端A输出。 [0015] 通过采用上述技术方案，控制模块控制调压电路输出电压幅值可调的预设期望电压，当电平转换芯片U2的输入端B接收到第三1PPS信号后，于输出端A输出第一1PPS信号，并且第一1PPS信号的电压幅值取决于其第一电源端VccA接收的预设期望电压，因此，通过控制调压电路输出的预设期望电压，能够调整第一1PPS信号的电压幅值。 [0016] 可选的，所述调压电路包括三端稳压器U3、第二电阻可调电路和第二电阻器R2；其中，所述三端稳压器U3的输入端IN连接有用于供电的第二电源VCC2，所述三端稳压器U3的输出端与所述第二电阻器R2的一端连接，用于输出所述预设期望电压；所述第二电阻器R2的另一端分别与所述三端稳压器U3的基准端ADJ和所述第二电阻可调电路的第一端连接，所述第二电阻可调电路的第二端接地； 控制模块与所述第二电阻可调电路连接，用于控制调整所述第二电阻可调电路第一端和第二端之间的阻抗值。 [0017] 通过采用上述技术方案，三端稳压器U3的输入端连接第二电源VCC2后，三端稳压器U3的基准端ADJ采样第二电阻器R2的另一端的电压值，再与三端稳压器U3内部的基准电压值进行比较，调整三端稳压器U3输出端OUT的电压，从而使第二电阻器R2的另一端的电压值与三端稳压器U3内部的基准电压相等。 [0018] 可选的，所述第二电阻可调电路包括第二数字电位器U4，所述第二数字电位器U4的滑动端VR与所述第二电阻可调电路的第一端连接；所述第二数字电位器U4的低电压端VL与所述第二电阻可调电路的第二端连接，所述第二数字电位器U4的增量端INC、上升/下降端UD和选择端 均与所述控制模块连接。 [0019] 第二方面，本申请提供了一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的方法，采用如下技术方案：一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的方法，应用于上述第一方面中的电路，包括： 接收卫星接收机输出的第三1PPS信号； 基于预设期望电压，调整所述第三1PPS信号的幅值，得到第一1PPS信号； 所述第一1PPS信号传输通过阻抗匹配模块，得到第二1PPS信号； 基于所述第二1PPS信号在传输末端的电压幅值，计算得到实际输出阻抗值 ； 基于所述实际输出阻抗值 与预设期望输出阻抗值 的差值，调整所述实际输出阻抗值 至所述预设期望输出阻抗值 。 [0020] 可选的，所述基于所述第二1PPS信号在传输末端的电压幅值，得到实际输出阻抗值 包括：当所述第二1PPS信号传输末端的负载阻抗为1MΩ时，获取所述第二1PPS信号的第一电压值 ； 当所述第二1PPS信号传输末端的所述负载阻抗为50Ω时，获取所述第二1PPS信号的第二电压值 ； 根据公式： ，得到所述实际输出阻抗值 。 [0021] 可选的，所述基于所述实际输出阻抗值 与期望输出阻抗值 的差值，调整所述实际输出阻抗值 至所述期望输出阻抗值 之后还包括：判断调整后的所述实际输出阻抗值 与所述预设期望输出阻抗值 的差值是否在预设误差范围内，若是，则完成调整；若否，则继续调整。 [0022] 通过采用上述技术方案，保障了实际输出阻抗值 的精准性。 [0023] 综上所述，本申请至少包括以下有益效果：1.本申请设置阻抗调节模块与阻抗匹配模块并联，并通过控制模块调整阻抗调节模块的阻抗值，使等效的输出阻抗降低，从而能够在一定范围内细微的对输出阻抗进行调整，因此，在一定程度上克服设备插接和线缆连接所增加的输出阻抗，提高了阻抗匹配的精度。 附图说明 [0024] 图1是本申请其中一个实施例中电路的结构框图；图2是本申请其中一个实施例中电路的电路结构示意图 图3是本申请其中一个实施例中调压电路的电路结构示意图； 图4是本申请其中一个实施例中方法的流程示意图； 图5是本申请其中一个实施例步骤S400具体的流程示意图。 [0025] 附图标记说明：100、阻抗匹配模块；200、阻抗调节模块；210、第一电阻可调电路；300、控制模块；400、电压调节模块；410、调压电路；411、第二电阻可调电路。 具体实施方式[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1‑5及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。 [0027] 本申请实施例公开了一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的电路。 [0028] 如附图1所示，一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的电路，包括阻抗匹配模块100、阻抗调节模块200以及与阻抗调节模块200连接的控制模块300；其中，阻抗匹配模块 100的第一端用于接收第一1PPS信号，阻抗匹配模块100的第二端用于对负载输出第二1PPS信号，第一1PPS信号与第二1PPS信号的相位和频率相等；阻抗调节模块200的第一端与阻抗匹配模块100的第一端连接，阻抗调节模块200的第二端与阻抗匹配模块100的第二端连接； 控制模块300用于控制调整阻抗调节模块200的第一端和第二端之间的阻抗值，以调整阻抗调节模块200与阻抗匹配模块100并联后的等效阻抗值。其中，控制模块可以是MCU。 [0029] 本实施例中，阻抗匹配模块100包括第三电阻器R3，第三电阻器R3的两端分别为阻抗匹配模块100的第一端和第二端，阻抗调节模块200与阻抗匹配模块100并联后，等效的输出阻抗降低，并且当控制模块300调整阻抗调节模块200的阻抗值时，能够在一定范围内对输出阻抗进行细微的调整，从而能够在一定程度上克服设备插接和线缆连接所增加的输出阻抗，提高了阻抗匹配的精度。 [0030] 为了能够降低信号传输损耗，进而保障传输末端的输出第一1PPS信号的电压幅值，电路还包括电压调节模块400，电压调节模块400的输入端用于接收卫星接收机输出的第三1PPS信号；控制模块300还与电压调节模块400连接，用于控制电压调节模块400调整第三1PPS信号的幅值，得到第一1PPS信号；电压调节模块400的输出端与阻抗匹配模块100的第一端连接，用于输出第一1PPS信号。 [0031] 本实施例中，根据信号传输末端对信号强度的要求，控制模块300控制电压调节模块400对卫星接收机输出的第三1PPS信号进行调整，得到第一1PPS信号。 [0032] 如附图2所示，作为阻抗调节模块200的一种实施方式，阻抗调节模块200包括第一电阻器R1和第一电阻可调电路210，第一电阻可调电路210的第一端与阻抗匹配模块100的第一端连接，第一电阻可调电路210的第二端与第一电阻器R1的一端连接，第一电阻器R1的另一端与阻抗匹配模块100的第二端连接；控制模块300与第一电阻可调电路210连接，用于控制调整第一电阻可调电路210的第一端和第二端之间的阻抗值。 [0033] 本实施例中，第一电阻器R1的电阻值大于第三电阻器R3的电阻值，从而缩短等效阻抗的调整范围，例如，第三电阻器R3的电阻值为50Ω时,若为设置第一电阻器R1，则等效阻抗的调整区间为：[0Ω,50Ω)；若设置第一电阻器R1，且第一电阻器R1的电阻值为200Ω时，则等效阻抗的调整区间为：[40Ω,50Ω)，缩短等效阻抗的调整范围，降低了调整难度。 [0034] 作为第一电阻可调电路210的一种实施方式，第一电阻可调电路210包括第一数字电位器U1，本实施例中，第一数字电位器U1采用x9c10X系列的数字电位器，例如x9c102；第一数字电位器U1的高电压端VH与第一电阻可调电路210的第一端连接，第一数字电位器U1的滑动端VR与第一电阻可调电路210的第二端连接，第一数字电位器U1的低电压端VL悬空，第一数字电位器U1的电源端VCC连接有用于供电的第三电源VCC3，第三电源VCC3的供电电压为5V，第一数字电位器U1的接地端GND接地，第一数字电位器U1的增量端INC、上升/下降端UD和选择端 均与控制模块300连接。 [0035] x9c10X系列的数字电位器是一个包含99个电阻单元的电阻整列，每个电阻单元之间和两个端点均能够被滑动端访问，本实施例通过控制模块300控制第一数字电位器U1的增量端INC、上升/下降端UD和选择端 ，控制滑动端VR的位置，能够实现第一数字电位器U1的高电压端VH与滑动端VR之间阻抗值的增加、减少、保持，且滑动端的位置能够被存储在一个存储器中，便于输出阻抗复现。 [0036] 为了便于理解本申请调压模块的功能，本申请以负载阻抗为50Ω为例进行举例说明：为了阻抗匹配，在负载阻抗为50Ω时，1PPS信号的输出阻抗需要调整至50Ω，设置阻抗匹配模块100中第三电阻器R3的电阻值为50Ω，但是由于设备插接和线缆连接，使得此时的输出阻抗会大于50Ω，因此设置阻抗调节模块200中第一电阻器R1的电阻值为200Ω，第一数字电位器U1为x9c102，最大电阻值为1kΩ，阻抗值一百级可调。此时，根据电阻并联公式，能够实现输出阻抗在40.38Ω～48.00Ω范围内的一百级取值，两级之间最大阻抗值相差0.44Ω，最小阻抗值相差0.02Ω，调整幅度小，调整精度高。 [0037] 如附图2和附图3所示，作为电压调节模块400的一种实施方式，电压调节模块400包括调压电路410和电平转换芯片U2，本实施例中，电平转换芯片U2采用74LVC1T45；调压电路410用于输出预设期望电压，控制模块300与调压电路410连接，用于控制预设期望电压的幅值；电平转换芯片U2的第一电源端VccA与调压电路410连接，用于接收预设期望电压；电平转换芯片U2的第二电源端VccB连接有用于供电的第一电源VCC1，第一电源VCC1的供电电压为3V；电平转换芯片U2的输入端B与电压调节模块400的输入端连接，用于接收第三1PPS信号；电平转换芯片U2用于基于预设期望电压调整第三1PPS信号的电压幅值，得到第一1PPS信号并通过输出端A输出，电平转换芯片U2的接地端GND和驱动端DIR均接地。 [0038] 如附图3所示，作为调压电路410的一种实施方式，调压电路410包括三端稳压器U3、第二电阻可调电路411和第二电阻器R2；其中，三端稳压器U3为1086‑ADJ，三端稳压器U3的输入端IN连接有用于供电的第二电源VCC2，三端稳压器U3的输出端与第二电阻器R2的一端连接，用于输出预设期望电压；第二电阻器R2的另一端分别与三端稳压器U3的基准端ADJ和第二电阻可调电路411的第一端连接，第二电阻可调电路411的第二端接地；控制模块300与第二电阻可调电路411连接，用于控制调整第二电阻可调电路411第一端和第二端之间的阻抗值。 [0039] 本实施例中，三端稳压器U3的输入端IN与第二电源VCC2之间还设置有用于滤波的第一电容器C1，第二电阻器R2的一端连接还设置有用于滤波的第二电容器C2，第一电容器C1和第二电容器C2均为极性电容器，第一电容器C1的正极与三端稳压器U3的输入端IN连接，负极接地；第二电容器C2的正极与第二电阻器R2的一端连接，负极接地。 [0040] 作为第二电阻可调电路411的一种实施方式，第二电阻可调电路411包括第二数字电位器U4，本实施例中，第二数字电位器U4采用x9c10X系列的数字电位器，第二数字电位器U4的滑动端VR与第二电阻可调电路411的第一端连接；第二数字电位器U4的低电压端VL与第二电阻可调电路411的第二端连接，第二数字电位器U4的高电压端VH悬空，第二数字电位器U4的电源端VCC与第三电源VCC3连接，第二数字电位器U4的接地端GND接地，第二数字电位器U4的增量端INC、上升/下降端UD和选择端 均与控制模块300连接。第一数字电位器U1的增量端INC、上升/下降端UD和选择端 均与控制模块300连接，第二数字电位器U4的低电压端VL与滑动端VR两端还并联有第三电容器C3。 [0041] 本实施例中，三端稳压器U3为1086‑ADJ，第二数字电位器U4采用x9c102，第二电阻器R2的电阻值为470Ω，第二数字电位器U4的滑动端VR还连接有电阻值为560Ω的第四电阻器R4，第四电阻器的另一端与第二电阻可调电路411的第一端连接；1086‑ADJ型三端稳压器U3的基准电压 为1.25V，依据其技术手册的计算公式如下：其中， 为三端稳压器U3输出端OUT输出的预设期望电压； 为第二数字电位器U4低电压端VL和滑动端VR之间的阻抗值，取值为0Ω～1kΩ，从而能够实现预设期望电压在 2.8V～5.3V范围内的一百级取值，每级调整幅度约为0.03V。 [0042] 本申请实施例还公布了一种用于调整卫星秒脉冲信号输出阻抗的方法，应用于上述电路中，如附图4所示，方法包括步骤S100‑S500：S100，接收卫星接收机输出的第三1PPS信号； S200，基于预设期望电压，调整第三1PPS信号的幅值，得到第一1PPS信号； 具体的，预设期望电压根据项目要求进行调整，一般情况下预设期望电压为3V‑ 5V，得到的第一1PPS信号电压幅值取决于预设期望电压，频率和相位与第三1PPS信号相同。 [0043] S300，第一1PPS信号传输通过阻抗匹配模块，得到第二1PPS信号；S400，基于第二1PPS信号在传输末端的电压幅值，计算得到实际输出阻抗值 ； 具体的，如附图5所示，步骤S400具体包括步骤S410‑S430： S410，当第二1PPS信号传输末端的负载阻抗为1MΩ时，获取第二1PPS信号传输末端的第一电压值 ； 具体的，将第一1PPS信号传输末端的负载阻抗设置为1MΩ，此时由串联分压可知负载两端的电压为： ，由于 ，因此： 。 [0044] S420，当第二1PPS信号传输末端的负载阻抗为50Ω时，获取第二1PPS信号传输末端的第二电压值 ；具体的，将第一1PPS信号传输末端的负载阻抗设置为50Ω，此时由串联分压可知负载两端的电压为： 。 [0045] S430，根据公式： ，得到实际输出阻抗值 。 [0046] S500，基于实际输出阻抗值 与预设期望输出阻抗值 的差值，调整实际输出阻抗值 至预设期望输出阻抗值 。 [0047] 具体的，预设期望输出阻抗值 根据项目要求设置，一般情况下期望输出阻抗值为50Ω，在实际输出阻抗值 大于预设期望输出阻抗值 时，将实际输出阻抗值 往小调整；在实际输出阻抗值 小于预设期望输出阻抗值 时，将实际输出阻抗值 往大调整。 [0048] 步骤S500之后的还包括执行步骤S600：S600，判断调整后的实际输出阻抗值 与预设期望输出阻抗值 的差值是否在预设误差范围内，若是，则完成调整；若否，则继续调整。 [0049] 具体的，预设误差范围根据项目要求设置，一般对实际输出阻抗值 允许2%的误差，即实际输出阻抗值 与预设期望输出阻抗值 的差值为±1Ω时完成调整。 [0050] 本实施例中，通过测量负载阻抗为1MΩ和负载阻抗为50Ω两种情况下负载两端的电压幅值，根据两种情况下的幅值差得到第一1PPS信号的实际输出阻抗，从而基于实际输出阻抗值与预设期望输出阻抗值的差值，通过控制模块调整阻抗调整模块的阻抗值，进而微调实际输出阻抗。 [0051] 需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。 [0052] 在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所提供的方法、电路可以通过其它的方式实现。例如，某个模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。 [0053] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。 |
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