具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种北斗卫星信号稳定捕获的调钟电路，包括一压控晶振、一数模转换器DAC和三个等效电阻组成的电阻网络，DAC输出端经第一等效电阻R1连接压控晶振的压控端，供电端经第二等效电阻R2连接所述压控端，所述压控端经第三等效电阻R3接地。其中，V_DA为DAC输出电压，V_CONT为压控端电压，VCC为供电电压。

在本实施例中，所述DAC的分辨率为10位，供电电压为3.3V，可通过SPI进行通信。所述压控晶振为一高精度压控晶振，其供电范围为2.7V到3.3V，压控端的电压范围为V_CONT＝1.5±1V，可调整晶振频率为±8ppm到±15ppm，且为线性变化。晶振自身频率偏差为±0.5ppm，温度为±0.5ppm，供电电压为±0.2ppm，负载变化为±0.2ppm，工作时间为±1ppm/年。以稳定工作5年为例，晶振的累计偏差将达到±6.4ppm(1ppm＝10Hz)。北斗卫星信号S频点的中心频率为2491.75MHz，为了将其下变频到12.24MHz，时钟信号在频率合成时大约需要248倍频。所以在5年后，中频信号的最大频率偏差约为±16KHz。综上所述，压控晶振的线性特性如图2所示。

结合线性比例关系分析，当压控端的电压范围V_CONT＝1.5±0.8V时，晶振频率的变化范围为±6.4ppm到±12ppm(即中频±16KHz到±30KHz)，可以覆盖5年晶振老化导致的频率偏差范围。根据北斗用户终端RDSS单元性能要求及测试方法，为了快速捕获功率为-127.6dBm的卫星信号，中频信号的频率偏差需要控制在±1KHz以内。

如图1所示的调钟电阻网络，根据基尔霍夫电流定律可得：

经化简可得：

设VCC＝3V，V_DA的初始值为2V(此时V_CONT＝1.5V为压控晶振出厂时的最优点)。为了让V_DA承担控制作用，VCC承担稳定作用，需要调大V_DA的系数，调小VCC的系数，假设：

将V_DA的系数、VCC的系数以及V_CONT的变化范围带入式(2)中，计算得V_DA的控制范围为0.8V到3.2V。将式(3)和式(4)联立并简化，可得：

为了方便电阻取值，令R3＝3K，则R2＝15K，将其带回式(4)可得，R1＝1.25K。

基于上述调钟电路，本发明提供了一种北斗卫星信号稳定捕获的调钟方法，如图3所示，包括以下步骤：

1)对DAC输出电压V_DA进行初始化；

2)判断是否已捕获卫星信号，是则接收成功，否则转下一步；

3)以左右往复调频的方式逐步扩大扫频范围，在电压初始值左右往复取点，每取一次点，判断是否已捕获卫星信号，是则接收成功，否则转下一步；

4)判断电压V_DA是否超过取值范围，是则接收失败，等待重发，否则返回步骤3，继续取值。

为了覆盖晶振偏移范围且满足快速捕获-127.6dBm卫星信号的要求，同时适配北斗卫星60S的通信频度，本发明的跳频间隔设为1KHz，调频点数设为60。由DAC的输出范围可知，在取点60个的情况下，DAC的初始电压为2V，跳动间隔应为40mV。

经过详细的理论分析和计算，本发明提出的软硬件相结合的方法能够在解决时钟偏移问题同时，有效提高系统长时间高性能工作的稳定性。

在完成电路设计与算法分析的基础上，可以通过频谱分析仪进行测试并验证。设置频谱分析仪的中心频率为10MHz，通过Max Hold功能可以叠加每一次调钟的频谱，测试结果如图4所示。

仔细观察频谱图的分布情况和Mark点，中心频率左右各有16个波峰，波峰之间的间隔为4.1Hz，经过频率合成器倍频后约为1.015KHz，和理论分析的1KHz仅偏移15Hz，完全满足设计要求。频率偏移主要是由于晶振精度误差、电阻阻值偏差、DAC转换误差等原因导致，所以通过选择更高精度的DAC或电阻可以提高频率的准确度。

本发明可以通过信号源模拟已频偏的调制信号，详细测试DAC输出电压、压控端电压、时钟频率和捕获时间，测试结果见表1。

表1

本发明的测试数据和理论设计基本一致，在设计范围内压控电压都能够将晶振的中心频率稳定在10MHz左右，并且在调钟过程中都能重新捕获到北斗卫星信号。通过环境模拟实验，说明本发明提出的调钟电路及方法具有实际使用价值。

本发明在解决时钟偏移问题的同时，有效提高了系统长时间高性能工作的稳定性，可确保北斗RDSS通信终端在高接收灵敏度的条件下可以长时间准确捕获信号。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。