一种高稳时基信号输出系统技术领域
本发明涉及时基源技术领域，具体涉及一种高稳时基信号输出系统。
背景技术
现有的中国UTC、北斗卫星时间、GPS卫星时间、各种高精度的原子钟均能够作为时
基源，用于通信网络系统内部的时间参考，但由于各时基源彼此独立，同一时基源只能提供
一种时间参考，无法满足用户在不同场合的需求。传统时基信号输出系统仅采用一种时基
源，并输出一路时基参考信号，当系统内的时基源大声故障时，整个系统将无法使用，即便
更换新的时基源，也需花较多时间对新更换的时基源进行校准，且由于校准存在一定偏差，
系统输出的时基参考信号准确性较低，不能满足高精度场合的需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多路时基参考信号相互校准，故障率低，
准确性高，适用广泛的高稳时基信号输出系统。
本发明技术方案为：一种高稳时基信号输出系统，包括：
外部信号输入端，用于输入外部脉冲信号至频率切换模块；
本地参考时基源，用于生成本地参考时基信号，并输出至频率同步模块和频率切
换模块，以及接收所述中央处理器反馈的第二相值调整信号；
铷原子钟，用于生成铷原子钟信号，并输出至时基切换模块和中央处理器，以及接
收所述中央处理器反馈的第一相值调整信号；
GPS时钟模块，用于生成GPS时钟信号，并输出至频率同步模块和时基切换模块；
频率切换模块，用于接收外部脉冲信号和本地参考时基信号，以本地参考时基信
号为基准对外部脉冲信号进行倍频，并将倍频后的外部脉冲信号输出至时基切换模块；
频率同步模块，用于接收GPS时钟信号、铷原子钟信号和本地参考时基信号，通过
中央处理器的锁相环控制实现三种信号的同步；
时基切换模块，用于接收GPS时钟信号、铷原子钟信号和频率切换模块输出的外部
脉冲信号，并以其中一路信号作为输出信号源；
中央处理器，用于通过锁相环实现GPS时钟信号、铷原子钟信号和本地参考时基信
号的同步。
进一步的，所述频率切换模块包括走时计数器和信号发生模块；
所述走时计数器用于以本地参考时基信号为基准，对接收到的外部脉冲信号进行
测频，并将测频结果发送至中央处理器，所述中央处理器根据所述测频结果生成倍频控制
信号；
所述信号发生模块用于根据所述中央处理器输出的倍频控制信号实现外部脉冲
信号的倍频。
进一步的，所述频率同步模块包括第一比相模块和第二比相模块；
所述第一比相模块用于以GPS时钟信号为基准，对铷原子钟信号进行相差测量，计
算出第一调相值后发送给中央处理器，所述中央处理器根据所述第一调相值生成第一相值
调整信号，并将所述第一相值调整信号反馈给铷原子钟；
所述第二比相模块用于以铷原子钟信号为基准，对本地参考时基信号进行相差测
量，计算出第二调相值后发送给中央处理器，所述中央处理器根据所述第二调相值生成第
二相值调整信号，并将所述第二相值调整信号反馈给本地参考时基源。
进一步的，所述频率同步模块还包括第一秒脉冲产生模块和第二秒脉冲产生模
块；
所述第一秒脉冲产生模块用于接收铷原子钟信号，生成1PPS秒脉冲信号并发送给
第一比相模块；
所述第二秒脉冲产生模块用于接收本地参考时基信号，生成1PPS秒脉冲信号并发
送给第二比相模块。
进一步的，所述时基切换模块包括三选一选择器，所述三选一选择器用于接收GPS
时钟信号、铷原子钟信号和频率切换模块输出的外部脉冲信号，并选择其中一路信号作为
输出信号源。
进一步的，还包括用户选择信号输入端，所述用户选择信号输入端用于发送选择
指令至所述中央处理器，所述中央处理器根据接收到的选择指令指定GPS时钟信号、铷原子
钟信号、频率切换模块输出的外部脉冲信号中的相应信号为输出信号源。
进一步的，所述GPS时钟信号、铷原子钟信号、频率切换模块输出的外部脉冲信号
均为10MHz信号。
本发明的有益效果：利用中央控制器锁相环的控制方式，以GPS时钟信号为基准，
实现铷原子钟信号和本地参考时基信号的同步。将同步后的本地参考时基信号作为外部脉
冲信号的基准，使外部脉冲信号以任意频率输入时，均能与系统参考时钟一致，从而满足用
户任意频段输入，且输入间隔稳定一致。而通过三选一选择器选择中路信号中的其中一路
作为最终输出信号源，在其余时基源发生故障时，仍能保证稳定的时钟参考信号输出，均有
更好的稳定性。三路信号彼此同步，对其中一路时基源进行更换后，无需校准既能实现与系
统同步，使用方便，且准确率高。根据用户指令选择指定时基源作为最终输出，能够满足用
户不同场合的需求。
附图说明
图1为本发明一种高稳时基信号输出系统结构框图；
图2为本发明频率切换模块结构框图；
图3为本发明频率同步模块结构框图；
图4为本发明时基切换模块结构框图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1所示，本系统包括外部信号输入端、本地参考时基源、铷原子钟、GPS时钟模
块、频率切换模块、频率同步模块、时基切换模块和中央处理器。其中，外部信号输入端用于
输入外部脉冲信号至频率切换模块，本地参考时基源，用于生成本地参考时基信号，并输出
至频率同步模块和频率切换模块，以及接收所述中央处理器反馈的第二相值调整信号；铷
原子钟，用于生成铷原子钟信号，并输出至时基切换模块和中央处理器，以及接收所述中央
处理器反馈的第一相值调整信号；GPS时钟模块，用于生成GPS时钟信号，并输出至频率同步
模块和时基切换模块；频率切换模块，用于接收外部脉冲信号和本地参考时基信号，以本地
参考时基信号为基准对外部脉冲信号进行倍频，并将倍频后的外部脉冲信号输出至时基切
换模块；
频率同步模块，用于接收GPS时钟信号、铷原子钟信号和本地参考时基信号，通过
中央处理器的锁相环控制实现三种信号的同步；
时基切换模块，用于接收GPS时钟信号、铷原子钟信号和频率切换模块输出的外部
脉冲信号，并以其中一路信号作为输出信号源；
中央处理器，用于通过锁相环实现GPS时钟信号、铷原子钟信号和本地参考时基信
号的同步。
如图2所示，频率切换模块包括走时计数器和信号发生模块，走时计数器以本地参
考时基信号10MHz为基准，对接收到的外部脉冲信号进行测频，并将测频结果发送至中央处
理器存储，中央处理器根据测频结果生成倍频控制信号，对信号发生模块CY22150的倍频系
数寄存器进行配置，使外部输入的脉冲信号倍频至10MHz。
如图3所示，频率同步模块包括第一秒脉冲产生模块和第二秒脉冲产生模块，以及
第一比相模块和第二比相模块，第一秒脉冲产生模块用于接收铷原子钟信号，生成1PPS秒
脉冲信号并发送给第一比相模块；第二秒脉冲产生模块用于接收本地参考时基信号，生成
1PPS秒脉冲信号并发送给第二比相模块。第一比相模块以GPS时钟信号为基准，对铷原子钟
信号进行相差测量，计算出第一调相值后发送给中央处理器，中央处理器根据第一调相值
生成第一相值调整信号，并将第一相值调整信号反馈给铷原子钟，从而使铷原子钟输出秒
信号同步于GPS输出的UTC时间，实现铷原子钟与GPS时钟模块信号的同步。第二比相模块以
铷原子钟信号为基准，对本地参考时基信号进行相差测量，计算出第二调相值后发送给中
央处理器，中央处理器根据第二调相值生成第二相值调整信号，并将第二相值调整信号反
馈给本地参考时基源，从而实现本地参考时基信号与铷原子钟信号的同步。
如图4所示，时基切换模块包括三选一选择器，三选一选择器接收GPS时钟信号、铷
原子钟信号和频率切换模块输出的外部脉冲信号，可以自动选择其中一路信号作为输出信
号源。也可以根据用户选择信号输入端输入的选择指令进行输出，选择指令发送至中央处
理器，中央处理器根据接收到的选择指令指定GPS时钟信号、铷原子钟信号、频率切换模块
输出的外部脉冲信号中的相应信号为输出信号源。
为满足上述系统时基输出信号能够连续有效工作，频率同步模块以及时基切换模
块需要协调工作：
在用户特殊需求下，针对图4，用户通过向中央处理器发送命令字，使系统时基
10MHz输出采用外部信号输入经频率切换单元处理后获得的10MHz信号。此时无论图3同步
工作是否在继续，都不会影响到整机输出的是系统时基10MHz。
按照图3，(A)中央处理器首先响应用户相位调整请求，并按照具体的调相值对铷
原子钟及本地参考时基进行相应的调相处理。(B)然后针对第一比相模块获得的第一调相
值，通过中央处理器按照第一相位调整信号对铷原子钟进行调相处理。(C)最后对第二比相
模块获得的第二调相值，通过中央处理器按照第二相位调整信号对本地参考时基进行调相
处理。需要说明的是：上述(A)是具有最高优先级，即一旦用户有相位请求，则立即响应，这
样因为用户的请求，中央处理器的调整期间是会影响到整机输出的时系统时基10MHz的，故
在用户输出端需要等待调整完毕信号才能正常工作。上述(C)具有次高优先级，因为整个装
置依赖本地参考时基作为最终输出级信号源，它决定了整个装置输出级的信号频率是否稳
定，按照图3第二相位调整信号并非实时工作，而是根据中央处理器按照内部程序根据第一
相位调整信号进行N次(N可以根据需求选择)调相后才进行一次第二相位调整信号调相工
作。上述(B)优先级最低，它在整个装置工作过程中是实时工作的，一旦有上述任一种调整
需求，它都会停止工作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在
本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之
内。