杭晶电子：晶振在北斗导航系统中的应用

发布时间：2024-08-29 13:10
作者：AMEYA360
来源：杭晶电子
阅读量：518

　　北斗导航系统概况：

杭晶电子：晶振在北斗导航系统中的应用

　　BDS(北斗)是中国自行研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，目前在轨卫星 55 颗。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力。为全球用户提供服务，空间信号精度将优于 0.5 米;全球定位精度将优于 10 米，测速精度优于 0.2 米/秒，授时精度优于 20 纳秒;亚太地区定位精度将优于 5 米，测速精度优于 0.1 米/秒，授时精度优于 10 纳秒，整体性能大幅提升。

　　北斗与 GPS 的差异

　　01、北斗多一个可以发短信报文的功能，这是独家秘笈。

　　02、定位精度上水平方向比 GPS 略差，高度精度上比 GPS 略好。

　　03、授时精度比 GPS 略差

　　北斗卫星定位系统相对 GPS 定位系统优势：

　　01、北斗系统空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。

　　02、北斗系统提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。

　　03、北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。

　　北斗及 GPS 定位系统常用晶振：

杭晶电子：晶振在北斗导航系统中的应用

　　不管是定位导航还是短报文服务，作为地面接收机都需要采用高稳定度的 TCXO。目前对于带有短报文功能的专业手持终端，所用的 TCXO 频率多以10.000MHz 和16.320MHz 为主，根据方案需求可选用带有压控功能的 TCXO。对于BDS+GPS 多模定位的芯片，以采用 16.368MHz(16.367667，16.369)和 26MHz 为主。

　　导航系统对晶振的特殊要求：

　　01、卫星定位导航应用中，在解算位置速度信息时需要精准的时间测量，包括卫星钟和本地钟两种时间信息。本地钟通常采用晶振，精度要求不及卫星钟，钟差钟漂可以作为定位测速误差公共项进行消除。本地晶振输出的时钟信号优劣直接影响接收机性能，对卫星定位导航信号的捕获、跟踪性能影响是巨大的，尤其是在振动、高动态等恶劣工作环境中。

　　02、在卫星导航定位处理时，卫星接收机的晶振受到外部的各种干扰，输出频率、相位均会发生波动。在波动较大时会引起接收机环路失锁，导致卫星信号丢失。

　　03、卫星接收机跟踪环路误差主要有：热噪声σtPLL、晶振噪声和动态应力误差θe，其中，晶振噪声又分为由晶振的相位噪声引起的σv 和由短期稳定度引起的颤动θA。

杭晶电子：晶振在北斗导航系统中的应用

　　晶振的相位噪声和短期稳定度主要由晶振的频率稳定度、Frequency Slope(温度变化下的频率变化斜率)以及G-Sensitivity(加速度灵敏度)决定。由以上公式可知，晶振的频率稳定度、Frequency slope以及G-Sensitivity会对卫星接收机的PLL跟踪环路的性能造成较大的影响，是造成GNSS接收机环路失锁的主要因素。

　　因此，在为GNSS接收机进行晶振选型时，需要重点考虑这些参数。

　　BDS导航系统常用晶振参数要求：

杭晶电子：晶振在北斗导航系统中的应用

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　　压控晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator，简称VCXO)　　压控晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator，简称VCXO)是一种通过调节外部控制电压来改变输出频率的晶体振荡器。其基于晶体振荡器的高稳定性，同时具备频率可调特性，广泛应用于对频率精度要求较高的领域。　　VCXO以晶体作为谐振元件，具有高Q值，能够提供非常稳定的频率输出。通过引入控制电压，VCXO的频率在一个较小的范围内可以被微调，满足时钟同步或信号调整的需求。　　“工作原理　　VCXO的核心组件是石英晶体和振荡电路。当控制电压变化时，变容二极管的电容值会随之改变，从而影响振荡电路的总电容。这种电容的变化会导致振荡频率发生细微的偏移。控制电压越大，频率偏移幅度越大，因此，VCXO可以根据外部输入电压对频率进行微调。其调节范围虽然较小，但对于频率精度要求极高的应用来说，足够满足需求。　　“产品特性　　01、频率稳定性高：VCXO采用石英晶体作为核心元件，具有非常高的频率稳定性，适用于精密时钟和同步系统。　　02、频率可调：通过调节控制电压，可以在一定范围内对输出频率进行微调，通常调节范围为几ppm到几十ppm。　　03、低相位噪声：VCXO在高频率应用中具有较低的相位噪声，能够确保输出信号的高质量。　　04、温度稳定性好：产品在-40℃到+85℃的宽温范围内仍能保持高精度和稳定性，适用于各种环境条件。　　“应用领域　　01、通信系统：VCXO广泛用于无线基站、交换机、光纤通信设备等通信系统中，帮助实现时钟的同步和信号的精确控制。　　02、网络设备：在路由器、交换机等网络设备中，VCXO用于生成高精度的时钟信号，确保数据传输的准确性和同步性。　　03、音视频设备：在高端音频和视频处理设备中，VCXO用于生成低抖动的时钟信号，确保音频和视频信号的同步处理，提升播放质量。　　04、测试测量仪器：VCXO在频率计、信号发生器等精密仪器中发挥关键作用，用于精确的频率生成和调整。　　05、卫星和导航系统：VCXO的高精度调节特性适用于GPS和卫星通讯等导航系统，确保频率的精确调控。　　产品参数　　1、频率范围：1.25 MHz至1500 MHz(具体取决于产品型号)　　2、频率调节范围：±50 ppm至±100 ppm　　3、 输入控制电压范围：0V至5V(可根据产品设计不同)　　4、 工作温度范围：-40℃至+85℃　　5、相位噪声：-135 dBc/Hz @1kHz offset @50MHz　　6、电源电压：1.8V/2.5V/3.3V/5.0V　　总结　　VCXO凭借其出色的频率稳定性和调节能力，在现代通信、网络、音视频以及测试测量领域扮演着至关重要的角色。通过灵活的电压控制，VCXO为需要频率调整的系统提供了有效的解决方案。无论是在严苛的温度条件下，还是在高精度时钟同步场合，VCXO产品都能够展现其独特的优势。　　杭晶提供不同封装模式、低相噪不同输出模式(CMOS，LVDS，LVPECL)VCXO产品：
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