一種新穎的內外頻標自適應式時(shí)鐘源的設計
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時(shí)鐘技術(shù)在現代科學(xué)技術(shù)中有著(zhù)廣泛的應用。計量測試系統需要高精度的參考源，通信系統需要高精度的同步時(shí)鐘作參考，以此來(lái)協(xié)調全網(wǎng)所有基站的工作。傳統時(shí)鐘源的內外頻標切換是用檢波器對外頻標進(jìn)行檢波，用檢波出來(lái)的信號去控制晶振的電源通斷，從而實(shí)現切換。但這種傳統的檢波方式，只能對頻標的有無(wú)進(jìn)檢波，無(wú)法檢出參考的頻率，而且要求內外頻標的頻率相等，因此，存在硬件電路復雜，需要外部控制，成本高等缺點(diǎn)。
本文設計的自適應式時(shí)鐘源的內外頻標切換采用軟件檢測和控制來(lái)適應5 MHz，10 MHz和20 MHz頻標，通過(guò)改變芯片內部寄存器的頻率控制字，改變參考頻率的倍頻次數，最終得到所需頻率的時(shí)鐘。時(shí)鐘源采用目前應用最為廣泛的一種頻率合成方法中的鎖相技術(shù)，具有低雜散、低相噪、輸出帶寬較寬的特點(diǎn)。與傳統的內外頻標切換時(shí)鐘源相比，內外頻標切換可以不用外部控制，達到完全自適應多個(gè)不同頻率外頻標，并且可以省去檢波、繼電器切換電路，具有硬件電路簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
1 自適應式時(shí)鐘源內外頻標的切換原理
圖1給出的鎖相時(shí)鐘源是單片機通過(guò)串行數字接口對鎖相芯片內部的分頻器進(jìn)行設置，將需要的頻率N次分頻作為一路鑒相輸入；將參考信號進(jìn)行R次分頻，作為另一路鑒相輸入，通過(guò)鑒相器后得到反映兩路鑒相信號誤差的控制電壓，經(jīng)過(guò)低通濾波器后，取出其中緩慢變化的直流電壓分量，用來(lái)控制壓控元件電容量的變化，將VCO的輸出頻率拉回到穩定值上來(lái)，環(huán)路鎖定。
時(shí)鐘源的內外頻標切換主要由軟件來(lái)實(shí)現。圖2中單片機的P1．1口用來(lái)控制內部晶振加電，P0．2口用來(lái)檢測環(huán)路鎖定指示。當外加頻標時(shí)，單片機通過(guò)串行數據口，給鎖相環(huán)芯片送入5 MHz參考的頻率控制字，延時(shí)等待，檢測鎖定指示電平為高，則環(huán)路鎖定在5 MHz頻標上，單片機停止送數，降單片機的內部時(shí)鐘，來(lái)避免單片機帶給環(huán)路的干擾；如果鎖定指示為低，單片機繼續送10 MHz參考的頻率控制字，延時(shí)等待，如果檢測鎖定指示電平為高，則環(huán)路鎖定在10 MHz頻標上，單片機停止送數，降單片機的內部時(shí)鐘；如果鎖定指示為低，單片機將通過(guò)P1．1口的高電平，控制穩壓塊LT1762，給內部的20 MHz晶振加電，然后單片機送20 MHz參考的頻率控制字，最終環(huán)路鎖定。如果內外頻標同時(shí)外加，鎖定指示電平高低發(fā)生跳變，環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，單片機隨即切斷內頻標電源，環(huán)路重新鎖定在外頻標上。
傳統的內外頻標切換時(shí)鐘源的內外頻標頻率是相同的，而自適應式時(shí)鐘源內外頻標頻率不同，外頻標還可以有幾種不同頻率的選擇。因此，該時(shí)鐘源在整機使用中對外部頻標的要求大大降低，內部的恒溫晶振也保證了在沒(méi)有外頻標情況下，時(shí)鐘源仍然能正常工作，增加了在整機系統使用中的兼容性。軟件的實(shí)時(shí)監測又可以保證在內外頻標同時(shí)存在的情況下，及時(shí)切斷內部晶振的電源，避免兩種不同的參考頻率，對環(huán)路帶來(lái)不必要的干擾。所以改進(jìn)后的自適應時(shí)鐘源從產(chǎn)品的適應性和使用的方便性都大大增強。
在調試中發(fā)現，若外頻標為方波，上升沿比較陡，對頻標的電平要求不高，大于0 dBm即可；若外頻標為正弦波，上升沿不夠陡，因此如果環(huán)路預先鎖定在內頻標上，再加外頻標，外頻標的信號需強于內頻標，環(huán)路才能重新鎖在外頻標上。所以，外頻標為正弦波的時(shí)侯，電平必須大于5 dBm，環(huán)路才能在內外頻標間自適應切換。
2 自適應內外頻標切換時(shí)鐘源的設計與實(shí)現
2．1 自適應式時(shí)鐘源的內外頻標切換軟件的設計
該時(shí)鐘源軟件的流程如圖3所示。
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