CN108388107A - Gps实时时钟电路及校时系统 - Google Patents
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Abstract
本发明披露GPS实时时钟电路及校时系统。所述电路包括PCB板以及设置在所述PCB板上的阻抗匹配电路、GPS芯片、微控制单元、时钟芯片、天线电源和滤波电路，所述天线电源与所述滤波电路的一端连接，所述滤波电路的另一端与所述阻抗匹配电路连接形成第一连接点；所述阻抗匹配电路的阻抗匹配包括所述天线电源和所述滤波电路与所述GPS芯片的阻抗匹配、所述GPS芯片与GPS天线的阻抗匹配；还包括第一屏蔽线，所述第一屏蔽线具有传输射频信号所需的特性阻抗,所述第一屏蔽线的一端与所述第一连接点连接，所述第一屏蔽线的另一端引出所述GPS实时时钟电路的外部用于与GPS天线连接。所述校时系统包括所述电路。本发明可以简化阻抗匹配的过程，缩短产品的开发周期。
Description
技术领域
本发明涉及射频领域，特别涉及一种GPS实时时钟电路及包括所述时钟电路的校时系统。
背景技术
GPS实时时钟电路利用GPS信号进行校时，使用到射频。射频(RF，RadioFrequency)表示可以辐射到空间的电磁频率，射频简称RF射频，也就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。
射频天线接收射频信号，为了获得最大的信号功率，就必须保证负载电阻跟信号源内阻相等。信号源内阻与所接传输线的特性阻抗大小相等且相位相同，或传输线的特性阻抗与所接负载阻抗的大小相等且相位相同，分别称为传输线的输入端或输出端处于阻抗匹配状态，简称为阻抗匹配。阻抗的匹配与否直接影响接收信号的强度和接收稳定性。
制作或使用与射频相关的模块时，需要考虑射频天线的阻抗匹配，为这些模块设计阻抗匹配电路。射频天线的阻抗匹配是困惑很多硬件工程师的难题，阻抗匹配电路对电路板的要求很高，导致成本也很高。射频具有很强的专业性，对硬件工程师的专业要求很高，而且射频测试仪器的价格昂贵，使得制作或使用与射频相关的模块的成本居高不下。GPS设备一般都会使用有源天线，GPS有源天线的信号线同时又作为有源天线的电源线，如果电源处理不好直接影响GPS信号的接收质量导致搜星不稳定，这也给射频天线的阻抗匹配增加了困难。
此外，对于GPS实时时钟电路，GPS数据通过MCU解析写入到RTC的时候需要时间，按照400K的通信速度写入秒、分、时、星期、日、月和年，需要20uS左右的时间，在对时钟系统要求较高的地方，20uS也是不容忽视的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中需要考虑射频天线的阻抗匹配的问题，提出一种GPS实时时钟电路及包括所述时钟电路的校时系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
GPS实时时钟电路，包括PCB板以及设置在所述PCB板上的阻抗匹配电路、GPS芯片、微控制单元、时钟芯片、天线电源和滤波电路，所述阻抗匹配电路、所述GPS芯片、所述微控制单元和所述时钟芯片依次连接，所述天线电源与所述滤波电路的一端连接，所述滤波电路的另一端与所述阻抗匹配电路连接形成第一连接点；所述阻抗匹配电路的阻抗匹配包括所述天线电源和所述滤波电路与所述GPS芯片的阻抗匹配、所述GPS芯片与GPS天线的阻抗匹配；还包括第一屏蔽线，所述第一屏蔽线具有传输射频信号所需的特性阻抗,所述第一屏蔽线的一端与所述第一连接点连接，所述第一屏蔽线的另一端引出所述GPS实时时钟电路的外部用于与GPS天线连接。
在一些优选的实施方式中，所述GPS芯片还与所述时钟芯片连接以向所述时钟芯片发送1PPS信号；所述时钟芯片包括毫秒计数器和秒计数器，所述毫秒计数器用于向所述秒计数器发送秒信号，所述时钟芯片用于在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将所述毫秒计数器清零；所述微控制单元用于从GPS数据中提取GPS时间信息以及在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将时间信息写入到所述时钟芯片以实现校时。
在一些优选的实施方式中，所述第一屏蔽线为同轴电缆，所述同轴电缆从内至外依次包括中心铜线、绝缘体、网状导电层和电线外皮。
在进一步优选的实施方式中，所述中心铜线与所述第一连接点的中心连接，所述网状导电层与地连接。
在一些优选的实施方式中，所述第一屏蔽线具有50欧姆特性阻抗。
在一些优选的实施方式中，所述时钟芯片设置有温度补偿电路。
在一些优选的实施方式中，所述时钟芯片可向所述GPS芯片发送用于计时的基准脉冲信号；所述GPS芯片可根据所述基准脉冲信号进行计时。
在一些优选的实施方式中，所述微控制单元通过IIC总线对所述时钟芯片进行校时。
在一些优选的实施方式中，还包括备用电源，所述备用电源用于为所述时钟芯片供电。
在另一方面，本发明还提供一种校时系统，该系统包括上述任一GPS实时时钟电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
天线电源和滤波电路与其它电路单元设置在PCB板上，形成一个整体，阻抗匹配电路的阻抗匹配包括了天线电源和滤波电路与GPS芯片的阻抗匹配，也就是考虑了电源滤波对射频信号的影响。从第一连接点引出具有传输射频信号所需的特性阻抗的第一屏蔽线与GPS天线连接，第一屏蔽线和时钟电路是一个整体，如此，使用的时候直接将第一屏蔽线与GPS天线连接，不用考虑阻抗匹配的问题，极大的简化了用户阻抗匹配的过程，缩短了产品的开发周期，从而降低成本。
在优选的实施方式中，本发明还具有如下有益效果：
进一步地，GPS的1PPS信号是整秒信号，其下降沿标志着当前秒的结束、下一秒的开始，时钟芯片在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将毫秒计数器清零，毫秒计数器重新开始计时，微控制单元则也在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将时、分、秒等时间信息写入到时钟芯片，这样就实现了校时，由于1PPS信号的下降沿可达纳秒级别，因此可以将校时精度做到纳秒级别，从而实现高精度校时。
附图说明
图1示出本发明的GPS实时时钟电路的电路结构；
图2示出本发明的GPS天线的结构；
图3示出本发明的第一屏蔽线的内部结构；
图4示出本发明的GPS实时时钟电路的一种变型方式的电路结构；
图5示出本发明的GPS实时时钟电路的另一种变型方式的电路结构；
图6示出本发明的时钟芯片的内部结构；
图7示出本发明的GPS实时时钟电路的第三种变型方式的电路结构；
图8示出本发明的校时系统的电路结构。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参考图1，GPS实时时钟电路包括PCB板1以及设置在PCB板1上的阻抗匹配电路11、GPS芯片12、微控制单元13、时钟芯片14、天线电源15和滤波电路16，阻抗匹配电路11、GPS芯片12、微控制单元13和时钟芯片14依次连接，天线电源15与滤波电路16的一端连接，滤波电路16的另一端与阻抗匹配电路11连接形成第一连接点101。第一连接点101是PCB板1上的焊盘，与PCB板1的线路连接。
参考图1和图2，阻抗匹配电路11的阻抗匹配包括天线电源15和滤波电路16与GPS芯片12的阻抗匹配、GPS芯片12与GPS天线21的阻抗匹配。
参考图1，还包括第一屏蔽线17，第一屏蔽线17具有传输射频信号所需的特性阻抗,第一屏蔽线17的一端与第一连接点101连接，第一屏蔽线17的另一端引出GPS实时时钟电路的外部用于与GPS天线21连接。
参考图1和图2，GPS实时时钟电路的工作原理是这样的：GPS实时时钟电路使用有源天线来接收来自卫星的射频信号，也就是说GPS天线21是有源天线。滤波电路16设置在天线电源15与GPS天线21之间，滤波电路16用于天线电源15的滤波。天线电源15为GPS天线21供电，GPS天线21接收射频信号，射频信号再经第一屏蔽线17传递至GPS芯片12，GPS芯片12对射频信号进行处理后向微控制单元13发送包含有时间信息的GPS数据，微控制单元13对GPS芯片12发送的GPS数据进行解析以提取GPS时间和地理位置信息，微控制单元13通过IIC总线将时间信息和/或地理位置信息写入时钟芯片14。
根据上述可知，天线电源15和滤波电路16与其它电路单元设置在PCB板上，形成一个整体，阻抗匹配电路11的阻抗匹配包括了天线电源15和滤波电路16与GPS芯片12的阻抗匹配，也就是考虑了电源滤波对射频信号的影响。从第一连接点101引出具有传输射频信号所需的特性阻抗的第一屏蔽线17与GPS天线21连接，第一屏蔽线17和时钟电路是一个整体，如此，使用的时候直接将第一屏蔽线17与GPS天线21连接，中间省去了由GPS实时时钟电路到GPS天线21的阻抗匹配的电路，取而代之的是GPS实时时钟电路自带的第一屏蔽线17，也就是不用考虑GPS天线21与时钟电路的阻抗匹配，极大的简化了用户阻抗匹配的过程，缩短了产品的开发周期，从而降低成本。
以下对本发明作进一步的说明：
第一屏蔽线17为同轴电缆，该同轴电缆具有50欧姆特性阻抗，用于专门传输GPS射频信号，当然，根据实际需要也可以选用其它特性阻抗的同轴电缆。参考图3，第一屏蔽线17从内至外依次包括中心铜线171、绝缘体172、网状导电层173和电线外皮174。为更好地屏蔽干扰，比如电气干扰，中心铜线171与第一连接点101的中心连接，网状导电层173与地连接，比如与天线电源15的地连接或者与GPS实时时钟电路的电源(图中未示出)的地连接。时钟芯片14是设置有温度补偿电路的时钟芯片，通过温度补偿电路来补偿温度对时钟芯片的影响，从而提高计时精度。
参考图4，还可设置备用电源18，备用电源18用于为时钟芯片14供电，从而保证GPS实时时钟电路可以连续可靠的提供准确的时间信息。
本发明还可以这样实现：
GPS芯片12还与时钟芯片14连接以向时钟芯片14发送1PPS(pulse per second，1PPS＝1Hz＝1次/秒)信号。参考图5，这种连接可以是通过管脚连接，比如GPS芯片12上设有1PPS发送管脚1201，时钟芯片14上则设有1PPS接收管脚1401，1PPS发送管脚1201与1PPS接收管脚1401连接；还可以是通过无线的方式连接，比如蓝牙。
参考图6，时钟芯片14包括毫秒计数器141和秒计数器142。当然，对于一些时钟芯片，还会有分钟计数器、小时计数器、天计数器等，本发明都可以适用。毫秒计数器141记录毫秒信息，当接收32768个(215)脉冲信号后，毫秒计数器141向秒计数器142发送信号，以使秒计数器142计秒。
时钟芯片14可在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将毫秒计数器141清零。
微控制单元13可从GPS数据中提取GPS时间信息以及在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将时间信息写入到时钟芯片14以实现校时。此时，微控制单元13是将来自GPS的时、分、秒时间信息写入时钟芯片14中，当然，根据实际情况，也可以将天、星期、月、年等时间信息写入时钟芯片14中。具体的，微控制单元13通过IIC总线对时钟芯片14进行校时。GPS的1PPS信号是整秒信号，其下降沿标志着当前秒的结束、下一秒的开始，时钟芯片14在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将毫秒计数器141清零，毫秒计数器141重新开始计时，微控制单元13则也在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将时、分、秒等时间信息写入到时钟芯片14，这样就实现了校时，由于1PPS信号的下降沿可达纳秒级别，因此可以将校时精度做到纳秒级别，从而实现高精度校时。
基于以上的说明，本发明还有另外的实现方式：
参考图6，时钟芯片14上设有用于产生基准脉冲信号的晶体振荡器143，比如频率为32.768kHz的无源晶体，该无源晶体可发送32768Hz的脉冲信号，当然，根据实际需要也可以采用其它频率的无源晶体。
时钟芯片14可向GPS芯片12发送用于计时的基准脉冲信号。参考图7，发送的方式可以通过管脚发送，比如时钟芯片14上设有基准信号发送管脚1402，GPS芯片12上则设有基准信号接收管脚1202，基准信号发送管脚1402与基准信号接收管脚1202连接，也可以通过无线的方式发送。
参考图7，GPS芯片12设有GPS计时单元121，GPS计时单元121用于根据时钟芯片14发送的基准脉冲信号进行计时。
这样的好处在于：由于GPS芯片12本身也需要计时，当GPS芯片12无法接收到射频信号时，也就是无法接收到卫星的GPS信号时，GPS芯片12还可以根据时钟芯片14发送的基准脉冲信号进行计时，可保证GPS芯片12在任何情况下都能计时。同时，GPS芯片12无需外接晶体振荡器，可节约成本和PCB板的空间。
本发明还提供一种校时系统，参考图8，校时系统包括上述GPS实时时钟电路100、GPS天线21以及将GPS天线21与GPS实时时钟电路100连接的天线插座22。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.GPS实时时钟电路，其特征在于：包括PCB板以及设置在所述PCB板上的阻抗匹配电路、GPS芯片、微控制单元、时钟芯片、天线电源和滤波电路，所述阻抗匹配电路、所述GPS芯片、所述微控制单元和所述时钟芯片依次连接，所述天线电源与所述滤波电路的一端连接，所述滤波电路的另一端与所述阻抗匹配电路连接形成第一连接点；所述阻抗匹配电路的阻抗匹配包括所述天线电源和所述滤波电路与所述GPS芯片的阻抗匹配、所述GPS芯片与GPS天线的阻抗匹配；还包括第一屏蔽线，所述第一屏蔽线具有传输射频信号所需的特性阻抗,所述第一屏蔽线的一端与所述第一连接点连接，所述第一屏蔽线的另一端引出所述GPS实时时钟电路的外部用于与GPS天线连接。
2.根据权利要求1所述的GPS实时时钟电路，其特征在于：所述GPS芯片还与所述时钟芯片连接以向所述时钟芯片发送1PPS信号；所述时钟芯片包括毫秒计数器和秒计数器，所述毫秒计数器用于向所述秒计数器发送秒信号，所述时钟芯片用于在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将所述毫秒计数器清零；所述微控制单元用于从GPS数据中提取GPS时间信息以及在检测到GPS的1PPS信号的下降沿时将时间信息写入到所述时钟芯片以实现校时。
3.根据权利要求1所述的GPS实时时钟电路，其特征在于：所述第一屏蔽线为同轴电缆，所述同轴电缆从内至外依次包括中心铜线、绝缘体、网状导电层和电线外皮。
4.根据权利要求3所述的GPS实时时钟电路，其特征在于：所述中心铜线与所述第一连接点的中心连接，所述网状导电层与地连接。
5.根据权利要求1所述的GPS实时时钟电路，其特征在于：所述第一屏蔽线具有50欧姆特性阻抗。
6.根据权利要求1所述的GPS实时时钟电路，其特征在于：所述时钟芯片设置有温度补偿电路。
7.根据权利要求1或2所述的GPS实时时钟电路，其特征在于：所述时钟芯片可向所述GPS芯片发送用于计时的基准脉冲信号；所述GPS芯片可根据所述基准脉冲信号进行计时。
8.根据权利要求1所述的GPS实时时钟电路，其特征在于：所述微控制单元通过IIC总线对所述时钟芯片进行校时。
9.根据权利要求1至6任一项所述的GPS实时时钟电路，其特征在于：还包括备用电源，所述备用电源用于为所述时钟芯片供电。
10.校时系统，包括如权利要求1至9任一项所述的GPS实时时钟电路。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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