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基于硬件时基的精准计时

计时是否准确取决于时基的精度。时基的频率以32.768kHz居多,原因就是32768/215=1,更便于数字系统分频得到用于计时的1PPS(one pulse per second)时间基准信号。当然,1PPS时基也可从10MHz信号获得,因为更高精度的频率标准(OCXO、GPSDO、铷原子钟)通常输出10MHz频率,只是分频电路比32.768kHz更复杂些。

内容

有源晶振还是无源晶振?

无源晶振需要匹配阻容才能获得较好的性能,每个都去匹配优化显示不现实。与其这样,不如直接选择厂商已经匹配好的有源晶振为佳。所以,时基晶振优选有源晶振

32.768kHz时基

最常用的时基是32.768kHz音叉(Tuning Fork)晶振,有源无源各种规格可选且价格低廉。32.768kHz音叉晶振温漂通常是20ppm,也可以挑选出5ppm的,但是请注意这些指标都是基于室温(通常+25℃)的性能,在工作范围内的最高温度最低温度温漂能从太平洋漂到大西洋。所以我通常不会选择此类晶振作为时基。

有源TCXO(Temperature Compensate X’tal/Crystal Oscillator)是通过附加的温度补偿电路对由周围温度变化产生的振荡频率变化进行补偿的高精度振荡电路。各家的32.768kHz有源TCXO也性能不一,经测试对比,KDS DSK321STD TCXO是一种性能极好的32.768kHz有源TCXO。所以,我们时钟1PPS硬件时基标准配置选择此晶振。

当然还有性能极优的极品有源TCXO:Dallas DS32KHz。这款晶振基本上是32.768kHz有源TCXO的天花板,但是由于价格太高,大家根据需求选配吧。

50Hz时基

市电频率50Hz也可以作为计时时基,但是由于电网传输、电网干扰等,且各个地方的市电工频50Hz的准确度不一,通常这类时基的偏差较大。除非有特殊应用需求,否则不建议大家选择市电工频50Hz作为计时时基。

10MHz时基

OCXO、GPSDO、铷原子钟、铯原子钟等这类高精度频率标准通常输出10MHz正弦波或方波,作为时基是最佳的选择(大家有兴趣可以查查秒的国际定义),通常设置好时间只要不断电你基本上没有机会再去调整时间了。但是价格嘛……比通常的TCXO高N个或NN个数量级。土豪优选……大家可选配SMA接口10MHz输入时基板用于支持10MHz输出的OCXO、GPSDO、铷原子钟、铯原子钟等。

1PPS时基

GNSS(GPS/北斗)时间接收器,例如:U-blox LEA-5T/6T/M8T,Trimble Resolution T/SMT通常可以输出与UTC时间同步的1PPS信号,可以直接作为硬件计时的时间基准,理论上也是最最准确的不会有误差的时基,但是缺点就是随时要在户外挂着GNSS(GPS/北斗)天线。另外,此类时基不属于本地时基,属于远程时基,会受到信号传输干扰等等的影响。

综上,从性价比上考虑,KDS DSK321STD TCXO是时基的最佳选择,其他类型的时基根据具体需求选配。

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