修正1秒脉冲信号的方法及授时接收器

技术领域

本发明涉及一种修正同步信号的机制，且尤其涉及一种修正1秒脉冲信号的方法及授时接收器。

背景技术

请参照图1，其是现有的卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)运作示意图。如图1所示，当GNSS接收器从一或多个卫星接收卫星信号时，可通过译码此卫星信号而得到1秒脉冲(pulse per second，1PPS)信号及日时间(time of date，ToD)信息。之后，GNSS接收器可将所得到的1PPS信号及日时间信息提供予其他的仆(slave)装置(例如各式分布式节点及/或基站等)，以让这些仆装置可分别依据1PPS信号及ToD信息进行相位及时间的同步。

然而，GNSS接收器在接收卫星信号时，常因气候干扰(例如因云层的遮挡而只能接收来自少数卫星的卫星信号)或接收角度不佳而导致GNSS接收器所得到的1PPS信号出现数十至数千奈秒的抖动(jitter)。在此情况下，将使得相关的仆装置无法精确地执行上述同步操作。

此外，当GNSS接收器因故而无法接收到任一卫星的卫星信号时，其所提供的1PPS信号可能在短时间内(例如15分钟内)即出现严重失准的情形。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种修正1秒脉冲信号的方法及授时接收器，其可用于解决上述技术问题。

本发明提供一种修正1秒脉冲信号的方法，适于一授时接收器，包括：由第一计数器接收一时钟信号，并基于时钟信号而累计一第一计数值；反应于接收第i个1秒脉冲信号，输出对应于所述第i个1秒脉冲信号的第一计数值，并重置第一计数器，其中i为索引值；取得一参考值与对应于所述第i个1秒脉冲信号的第一计数值之间的一差异值，并将差异值存储至一队列，其中队列存储有多个特定差异值，所述多个特定差异值包括对应于所述第i个1秒脉冲信号的差异值至对应于第i-N+1个1秒脉冲信号的差异值，N为队列的深度；基于所述多个特定差异值及参考值产生对应于所述第i个1秒脉冲信号的一参考计数值，并由信号产生电路基于时钟信号而自参考计数值倒数；以及反应于判定信号产生电路倒数至默认平，输出一修正后1秒脉冲信号。

本发明提供一种授时接收器，包括第一计数器、比较器、队列、估计电路及信号产生电路。第一计数器经配置以：接收一时钟信号，并基于时钟信号而累计一第一计数值；反应于接收第i个1秒脉冲信号，输出对应于所述第i个1秒脉冲信号的第一计数值，并重置第一计数器，其中i为索引值。比较器耦接第一计数器，并取得一参考值与对应于所述第i个1秒脉冲信号的第一计数值之间的一差异值，并将差异值存储至一队列。队列耦接比较器，并存储有多个特定差异值，其中所述多个特定差异值包括对应于所述第i个1秒脉冲信号的差异值至对应于第i-N+1个1秒脉冲信号的差异值，N为队列的深度；估计电路耦接比较器及队列，并基于所述多个特定差异值及参考值产生对应于所述第i个1秒脉冲信号的一参考计数值。信号产生电路耦接估计电路，并经配置以：基于时钟信号而自参考计数值倒数；以及反应于判定信号产生电路倒数至默认值，输出一修正后1秒脉冲信号。

附图说明

包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。

图1是现有的卫星导航系统GNSS运作示意图。

图2是依据本发明的实施例绘示的授时接收器示意图。

图3是依据本发明的实施例绘示的修正1PPS信号的方法流程图。

具体实施方式

现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。

请参照图2，其是依据本发明的实施例绘示的授时接收器示意图。在图2中，授时接收器200包括第一计数器210、比较器230、队列240、估计电路250及信号产生电路260。

在本发明的实施例中，第一计数器210、比较器230、队列240、估计电路250及信号产生电路260可协同运作来实现本发明提出的修正1PPS信号的方法，其细节详述如下。

请参照图3，其是依据本发明的实施例绘示的修正1PPS信号的方法流程图。本实施例的方法可由图2的授时接收器200执行，以下即搭配图2所示的组件说明图3各步骤的细节。

首先，在步骤S310中，第一计数器210可用以接收时钟信号CS，并可基于时钟信号CS而累计第一计数值。在不同的实施例中，时钟信号CS可由对应的时钟源(clock source)所提供，其中所述时钟源例如是恒温控制晶体振荡器(Oven Controlled CrystalOscillator，OCXO)或是其他精准可控的时钟信号产生器，但可不限于此。

在一实施例中，上述时钟源可基于所设定的参考频率而提供包括多个脉波的时钟信号CS，而这些脉波两两之间的时间差将是此参考频率的倒数。为便于说明，以下假设时钟源的参考频率为125MHz，但本发明可能的实施方式不限于此。在时钟源的参考频率假设为125MHz的情况下，时钟信号CS的脉波两两之间的时间差将会是8ns(即，1/125M秒)。

在一实施例中，第一计数器210可在检测到上述脉波的其中之一时即累加其计数值(即，上述第一计数值)。亦即，在时钟源的参考频率为125MHz的情况下，第一计数器210每8ns即会将第一计数值加一。

在一实施例中，第一计数器210可用于从例如图1的GNSS接收器接收连续的多个1PPS信号，而其中的第i个1PPS信号可表示为S

在一实施例中，第一计数器210例如可从接收到第i-1个1PPS信号时开始累计第一计数值C

如先前所提及的，第一计数器210每8ns即会累加1，因此其所累计的第一计数值可理解为对应于连续两个1PPS信号之间的时间差。换言之，第一计数器210在步骤S320输出的对应于第i个1PPS信号S

详细而言，理想状态下的GNSS接收器每秒可提供一个1PPS信号至第一计数器210，亦即连续的两个1PPS信号之间的时间差应刚好为1秒，而其对应的第一计数值应会是125,000,000。然而，由于这些1PPS信号可能存在先前提及的抖动，因此来自GNSS接收器的连续两个1PPS信号之间的时间差可能不会刚好是1秒。换言之，第一计数值可能不会刚好是125,000,000。

在此情况下，第一计数器210可用于估计连续两个1PPS信号之间的时间差，藉以让授时接收器200可执行后续操作。

在一实施例中，第一计数器210可耦接于比较器230，而第一计数器210可直接将对应于第i个1PPS信号S

在另一实施例中，授时接收器200可更包括耦接于第一计数器210及比较器230之间的判断电路220。在一实施例中，判断电路220可判断第一计数值C

在一实施例中，反应于判断电路220判定第一计数值C

另一方面，反应于判断电路220判定第一计数值C

在比较器230取得第一计数值C

在一实施例中，上述参考值可设定为等于时钟信号CS的参考频率。亦即，在参考频率假设为125MHz的情况下，参考值可设定为125,000,000。

在一实施例中，比较器230可将第一计数值C

在不同的实施例中，K值可依设计者的需求而选择，而以下将以K等于29的情况为例作说明，但可不限于此。举例而言，假设第一计数值C

举另一例而言，假设第一计数值C

在另一实施例中，比较器230亦可将参考值减去第一计数值C

在本发明的实施例中，耦接于比较器230的队列240例如是一先进先出(first-in-first-out，FIFO)队列，且其深度例如是N(N为正整数)。在一实施例中，队列240可理解为包括N个(例如，1024)数据存储位置(以Diff[0]～Diff[N-1]表示)，而Diff[0]～Diff[N-1]可分别用于存储N个特定差异值。

在一些实施例中，所述N个特定差异值例如包括对应于第i个1PPS信号S

在一实施例中，在比较器230输出差异值D

之后，在步骤S340中，耦接于队列240的估计电路250基于所述多个特定差异值及参考值产生对应于第i个1PPS信号S

在一实施例中，估计电路250可取得上述N个特定差异值(即，差异值D

在另一实施例中，估计电路250可先取得对应于第i-1个1PPS信号S

在一实施例中，在决定上述修正因子的过程中，估计电路250可将对应于第i个1PPS信号S

之后，在步骤S350中，耦接于估计电路250的信号产生电路260基于时钟信号CS而自参考计数值RC

在步骤S360中，反应于判定信号产生电路260倒数至默认值(例如0)，信号产生电路260输出修正后1PPS信号S′

在一实施例中，信号产生电路260可在输出对应于第i-1个1PPS信号S

在一实施例中，反应于信号产生电路260检测到时钟信号CS的脉波的其中之一，信号产生电路260可递减第二计数值。亦即，在时钟源的参考频率为125MHz的情况下，信号产生电路260每8ns即会将第二计数值减一。

并且，在第二计数值被减至默认值(例如0)时，信号产生电路260可相应地输出修正后1PPS信号S′

详细而言，如先前所提及的，由于第i个1PPS信号S

然而，通过本发明实施例提出的方法，比较器230可将连续的两个1PPS信号之间的时间差偏离于1秒的程度以对应的差异值表示。之后，通过估计电路250所执行的操作，可将连续N个1PPS信号对应的差异值进行平滑化，再将经平滑化后的差异值与参考值相加以产生参考计数值RC

此外，对于某些无法从GNSS接收器收到1PPS信号的情境，本发明的方法还可提供一定程度的维时(holdover)效果。例如，当GNSS接收器因无法接收到任一卫星的卫星信号而无法提供1PPS信号至授时接收器200时，授时接收器200仍可持续运行约N秒，藉以保证仆装置在此N秒的时间区间内仍可进行同步。

综上所述，本发明的方法可让授时接收器提供具较佳质量的修正后1PPS信号予后端的仆装置，藉以保证仆装置的同步效果不会因单一个1PPS信号中的抖动而受到过度的影响。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。