隨著智能手機與汽車的普及，人們越來越依賴于GPS導航定位系統(tǒng)，當我們拿起手機點外賣或者叫車服務(wù)的時候，APP可以很快定位到當時的位置，這就是手機內(nèi)置的GPS系統(tǒng)的作用。石英晶體振蕩器是GPS系統(tǒng)中常見的元器件之一，也是比較重要的一種，它保證了GPS系統(tǒng)信號傳輸，定位導航穩(wěn)定性，在汽車導航儀中也是同樣的功能。ConnorWinfield Crystal公司是美國有名的GPS定時解決方案供應商，設(shè)計的多款GPS晶振在業(yè)界出名，并且被廣泛應用到GPS模塊，以下是ConnorWinfield公司的GPS定時解決方案相關(guān)內(nèi)容。

選擇正確的GPS定時解決方案對于4G基站的可靠性和性能至關(guān)重要。應考慮定時特性，信號可用性有限的GPS可靠性以及GPS信號丟失期間的保持特性.Navsync CW25-TIM定時接收機針對GPS信號條件有限的定時應用進行了優(yōu)化，如室內(nèi)，窗戶或部分遮擋觀點。

GPS定時解決方案CW25-TIM GPS接收器模塊是一個小型表面貼裝模塊，尺寸僅為25mmx27mmx3mm，內(nèi)置數(shù)字控制石英振蕩器（NCO），可產(chǎn)生輸出頻率，GPS軟件由基帶處理器控制。CW25-TIM。自測模式允許接收器連續(xù)計算其地理位置10分鐘（NCO頻率在此期間有效，但相位誤差將相對于位置誤差波動）。

在10分鐘的自我調(diào)查期之后，接收器將自動計算地理位置的平均值并將該值固定在接收器固件中，這允許更精確地控制NCO輸出頻率的相位誤差。更重要的是，接收器現(xiàn)在不再需要計算位置定位來更新NCO，這使得接收器可以保持高度準確的NCO輸出，甚至可以跟蹤到被跟蹤的一個衛(wèi)星。此功能意味著接收器必須完全忽略所有GPS衛(wèi)星以阻止NCO與GPS同步，這意味著CW25-TIM可用作高度可靠的GPS同步源。

圖1顯示了CW25-TIM的NCO數(shù)字控制振蕩器頻率輸出在最大時間間隔誤差（MTIE）方面的性能，MTIE是任何時鐘源的國際公認指標。MTIE的定義是測量周期內(nèi)所有可能測量間隔的最大誤差。所示的ETSI PRC掩模代表可靠電信使用的最大可接受MTIE。

圖1：CW25-TIM MTIE性能

NCO頻率輸出相位控制：

包括WiMAX基站的許多GPS定時應用需要每秒一個脈沖和相位同步頻率參考。Navsync CW25-TIM高靈敏度GPS定時接收器提供精確的GPS同步1PPS和數(shù)字控制振蕩器（NCO）頻率輸出，但GPS定位晶振頻率輸出不允許直接控制相位以保持與1PPS輸出的對齊。由于此限制，CW25-TIM軟件包括一個可選的反饋環(huán)路，用于測量和控制NCO相位，如圖2所示。

圖2：CW25-TIM頻率輸出相位控制

如果沒有NCO相位控制，GPS本地時鐘漂移解決方案直接決定NCO輸出頻率。 隨著時間的推移，設(shè)置NCO頻率的錯誤導致NCO相位相對于1PPS的隨機游走。對于需要純頻率參考的應用，這種隨機游走是可以接受的，但對于使用頻率輸出也作為時間參考的應用，必須消除長期漂移。為消除長期漂移并對齊1PPS和頻率輸出相位，使用CW25-TIM事件輸入定時器和反饋控制環(huán)路測量頻率輸出相位。然后將小的校正應用于NCO輸出頻率。

CW25-TIM GPS引擎提供GPS時間，本地時鐘漂移和差分晶振的解決方案，每秒一次，在秒之后的32ms內(nèi)。為了協(xié)調(diào)GPS解決方案與1PPS和事件輸入硬件之間的定時，CW25-TIM基帶處理器每隔16ms由RF前端產(chǎn)生的脈沖進行同步。該脈沖還驅(qū)動軟件中斷以增加TTick計數(shù)器。1PPS和事件輸入硬件計數(shù)器由此16ms脈沖復位，并由相同的200MHz時鐘驅(qū)動，從而產(chǎn)生5ns事件輸入和1PPS輸出分辨率。

CW25-TIM使用事件硬件和GPS解決方案為NCO頻率輸出的一個周期的上升沿提供時間標記。在大多數(shù)一秒解決方案更新間隔期間禁用事件硬件，但在更新GPS解決方案之前啟用一個TTick（16ms），以便NCO相位測量將及時接近第二個頂部（ 1PPS的上升邊緣）。通過從時間標簽的小數(shù)部分移除整數(shù)個周期來計算NCO頻率輸出相位誤差。

由于要去除的整個周期數(shù)的不確定性，頻率輸出必須足夠低，以使周期遠小于GPS解決方案的精度。通常使用2.5MHz，因為400ns的周期遠遠大于CW25的30ns RMS定時精度。此限制是時間標記事件測量的工件，并非硬件限制，因為10MHz輸出（100ns）的周期遠小于5ns硬件分辨率。不基于用于相位測量的GPS時間標簽的替代實施方式可以消除該限制。

軟件反饋環(huán)路由離散時間比例積分（PI）控制器組成，該控制器表現(xiàn)為具有2毫赫茲帶寬的低通濾波器。該聲表面濾波器產(chǎn)生一個小的頻率變化，該變化從本地時鐘漂移解決方案添加到頻率，以設(shè)置NCO輸出頻率。當最初獲得GPS定位時，1PPS和頻率輸出的相對相位是隨機的，因此誤差高達頻率輸出的半個周期。為了減少初始鎖相時間，使用更快的控制器來減少建立時間。

在相位誤差穩(wěn)定后，1PPS的上升沿和NCO晶振頻率輸出之間的RMS相位誤差小于10n。在保持期間保持該性能并從保持恢復，從而使來自保持事件的干擾最小化。

緩繳：

在GPS信號丟失期間，接收器進入保持模式，并將定時輸出基于最后已知的求解時間和時鐘漂移解決方案。隨著GPS鎖定的丟失，接收器將繼續(xù)根據(jù)任何可用的GPS測量結(jié)果計算其對GPS時間和本地時鐘漂移的最佳估計。然而，這些估計值與最近已知的良好值相差很大，并且對于保持操作不可靠。通過存儲最后已知的良好時間和時鐘漂移解決方案，1PPS和事件輸出的穩(wěn)定性取決于本地振蕩器的穩(wěn)定性。對于嚴格的保持要求，CW25-TIM的內(nèi)部溫度控制振蕩器（TCXO晶振）可以用具有所需穩(wěn)定性的外部烤箱控制振蕩器（OCXO）代替。從保持恢復后，1PPS和相位同步的NCO頻率輸出以用戶可配置的速率返回到GPS校正的相位。

完整的時序解決方案：

Navsync的母公司Connor-Winfield，Inc。將Navsync CW25-TIM的時序性能和可靠性與近45年的時序經(jīng)驗相結(jié)合，創(chuàng)建了完整的GPS定時解決方案。圖3顯示了FR125 GPS頻率參考的框圖，其中包括用于保持穩(wěn)定的OCXO恒溫晶振和具有電壓控制OCXO（VCOCXO）的鎖相環(huán)（PLL），用于低相位噪聲性能。

圖3：FR125 GPS頻率參考

GPS定時模塊使用的頻率控制元器件一般有兩種，一種是32.768K晶振，這是專用于時鐘基準系統(tǒng)的晶體，另一種是高端的振蕩器，通常設(shè)計要求符合低相位噪聲，低相位抖動，低功耗，低插損等性能。能夠滿足這些要求的有溫補晶振，壓控振蕩器，壓控溫補振蕩器，差分晶振，MEMS可編程振蕩器以及恒溫晶體振蕩器這幾個系列的料號。ConnorWinfield晶振有單獨的一個GPS定時模塊產(chǎn)品系列，該系列的石英晶振均可用于GPS系統(tǒng)和定時模塊，有需要了解或訂購的，可聯(lián)系金洛鑫電子，熱線電話：0755-27837162，QQ：657116624。