【关键词】故障电弧 Labview Matlab

随着科技的发展，卫星导航定位已成为不可缺少的重要组成部分，其中又以长码直捕最为关键。导航长码直接捕获、跟踪的关键是确定起始捕获时刻，起始时刻越精确，捕获时间越短，捕获过程越简易，保证实时钟芯片高精度指标对于提高导航长码直捕性能有着重要的意义。要保证实时钟芯片能够适应移动终端环境温度变化范围大、温度变化快，而且又要应对芯片和晶体存在的个体差异，量产时需要对每一个实时钟芯片进行全温区的调试和检测，工作量极大，因此设计了全自动的调测系统，实现实时钟芯片量产过程的自动化。

【关键词】实时钟 批量调测系统 曲线拟合 时钟信号

针对自主研发的应用于直捕接收机的实时钟（以下简称RTC，Real Time Clock）芯片守时精度指标高达0.1ppm（-40～+85℃），调试时需采用可变温度步长的方式进行采样，再用多次函数拟合来求得每一个温度点补偿值，最终将补偿值存储到实时钟芯片内部ROM[2]中。载入补偿值后的实时钟芯片还需要做-40～85℃宽温范围测量筛选，采用人工调试不仅费时、费事，而且往往达不到调试需求，此外，批量生产过程要求较高的调试效率，人工调试不可能实现，因此，针对上述需求设计了实时钟电路批量调测系统，系统集成了自动调试、自动获取各温度点温度值和补偿值、自动处理并存储生产过程中的补偿数据等功能，可实现全自动、无人值守、大批量的实时钟芯片生产。

1 调测系统方案概述

1.1 硬件部分

硬件部分主要包含调测机箱（内置主控通信插板和频率测试板）、RTC芯片板、温箱、计算机、铷原子频率标准源。

调测机箱为标准6U机箱，背板设计为标准PCI插槽，并可容纳标准PCI插板20块。调测机箱内包含主控通信板、若干块频率测试板，接口包括USB接口、温箱通信接口、I2C通信接口和频率测试接口。主控通信板上主要器件为FPGA，FPGA通过主控通信板上的 USB协议转换模块与计算机进行通信，主控通信板通过背板与多个频率测试板相连接，接收每一个频率测试板送来的各个RTC芯片的频率信息。频率测试板为标准的PCI插板，主要是板上的FPGA将送来的多路频率计算出来，将结果通过背板送到主控通信插板。

RTC芯片板放置在温箱内，通过屏蔽线与频率测试板相连。每个RTC芯片板上放置50个待调测RTC芯片。每个RTC芯片在板子上相对独立，只有电源、地、I2C接口和10MHz输入时钟相互连接，每个RTC芯片输出的频率信号经过屏蔽线到调测机箱中的频率测试板。

1.2 软件部分

软件部分包括FPGA中的程序和上位机电脑中运行的调测软件。

FPGA中的程序完成电脑和各个通信板、测试板之间的接口转换以及RTC芯片的频率数据采集等工作；

RTC芯片调测软件包括调试模块、拟合模块、补偿值载入模块和补偿结果检测模块等，主要完成对RTC芯片的初始化、模式控制、补偿数据拟合以及补偿值读写等功能。

2 主要功能模块及分工

2.1 RTC芯片板

RTC芯片板放置在温箱内，通过屏蔽线与频率测试板相连。每个RTC芯片板上放置50个待调测RTC芯片。每个RTC芯片在板子上相对独立，只有电源、地、I2C接口和10MHz输入时钟相互连接，每个RTC芯片输出时钟信号经过屏蔽线到调测机箱中的频率测试板。

RTC芯片具有I2C通信接口及时钟信号（1PPS）输出接口，在调试模式时可通过I2C接口对芯片进行调试，产生满足要求稳定的时钟信号；在芯片正常工作时，只需接通电源便能在不同温度下输出稳定的时钟信号，并可通过I2C接口读取当前的时间信息。

2.2 主控通信板

频率测试板为标准的PCI插板，主要是板上的FPGA将送来的多路频率计算出来，将结果通过背板送到主控通信插板。

主控通信板上主要器件为FPGA，FPGA通过主控通信板上的 USB协议转换模块与计算机进行通信，主控通信板通过背板与若干频率测试板相连接，接收每一个频率测试板送来的各个RTC芯片的频率信息。

2.3 频率测试板

频率测试板与调测板通过屏蔽线相连，板上载有高性能大容量FPGA，FPGA以外部铷钟源提供的10M时钟为基准，同时接收来自调测板上多个RTC芯片输出的时钟信号并同步检测出各个时钟信号的准确频率，将测量得到的频率值通过并口通信送往计算机。

2.4 铷原子频率标准源

铷原子频率标准源（铷钟源）是一种拥有极高稳定度的频率源，稳定度高达3×10-11，能够输出10MHz时钟信号和1PPS信号，给RTC芯片和FPGA测试板作为参考，以满足RTC芯片1×10-7的稳定度测试需求。

3 调测系统功能介绍

3.1 调试功能

（1）计算机通过信号转接板与温箱内的调测板相连接，调测软件可通过固有的芯片地址对各个RTC芯片进行初始化，使RTC芯片进入调试模式。

（2）调测系统初始化完成后开始自动设置温箱温度点，等待温箱内温度稳定后，对RTC芯片进行调试。

（3）调测软件通过设定好的算法计算与当前温度点匹配的补偿值写入对应的RTC芯片，软件通过时钟信号测试板测试频率，查看频率值是否与标称值有频率差，若有频率差则继续更换补偿值，直至无差值，并记录此时的温度及对应的补偿值。

（4）设置温箱到下一温度点，重复“（2）、（3）、（4）”步骤，记录全部采样温度值及对应的补偿值。

（5）将记录的各个对应值录入到RTC调测软件的数据库中，调测系统将获取的采样数据曲线拟合，最后将拟合得到的全部补偿值录入各模块芯片的EEPROM中。

每个RTC芯片的补偿值数据均可以通过补偿值载入与查询界面查询，或者将芯片EEPROM中的数据读出与数据库中的记录进行对比。

3.2 检测功能

（1）软件通过程式控制温箱以固定步长变化温度，温度变化范围可以根据芯片的工作范围设置。

（2）铷钟源为时钟信号测试板提供高精度和高稳定度的时钟输入源，时钟信号测试板对各个RTC芯片输出的1PPS信号进行检测，并将实时检测数据送往计算机。

（3）调测软件根据接收时钟信号测试板送来的各个RTC芯片实时数据进行数据处理，最后判定芯片是否合格。

整体的调试和检测流程如图2所示。

4 主要技术环节

4.1 调测接口设计

整个系统工作设计到多种接口，需要根据各自的传输选择适合的接口方案。

调测软件与各个硬件采用不同的接口连接：

计算机的串口通过232转485的电缆与温箱相连，采用温箱指定的命令格式来控制温箱的运行；

计算机使用并口与时钟信号测试板相连，尽量使用最短的时间来获取各个RTC芯片的频率数据；

由于计算机没有I2C接口，所以使用信号转接板与计算机串口（或USB接口）相连，使得计算机与各ETC芯片之间正常通信。

4.2 多模块防串扰

调测系统需要一次性调测上百个RTC芯片，各个芯片时钟信号相对集中容易产生串扰，为防止串扰[4]对各个时钟信号的影响，除使用高质量的屏蔽线外，电路板的布局布线也要注意电磁干扰的问题。

4.3 拟合软件

因为调试过程采用的是离散的等间隔温度点获取补偿值，所以需要软件根据RTC芯片在不同温度点的补偿值进行函数逼近与曲线拟合，进行三次或更高阶次的拟合计算，求取函数的若干待定系数，并确保该函数与已知点集的差别达到最小，即使整条补偿曲线最接近实际的补偿值，以达到最好的频率补偿效果。

软件的功能可以分为两部分：

（1）计算函数的待定系数。

（2）根据计算得到的曲线拟合函数计算与已知x相对应的y的值。软件可自动导入已调试完毕的各个温度点及对应的补偿值，并得到曲线方程函数及其对应的曲线图，如图3。

5 结束语

本系统以计算机为中心，结合应用软件，实现了实时钟芯片批量生产过程中自动调试、自动获取各温度点温度值和补偿值、自动处理并存储生产过程中的补偿数据等功能，系统中仪器设备的功能量程设置、数据获取存储等操作均由计算机完成，可靠性高，且大大缩短了调测时间，提高了工作效率和产品质量。经过实际使用，系统可实现实时钟芯片全自动调测功能，且具有准确性高、性能可靠等特点，特别适用于要求宽温区、高精度的直捕接收机实时钟芯片的批量生产。

参考文献

[1]徐振华.卫星导航中P码直接捕获的研究[D].哈尔滨工业大学硕士论文，2008：5-8.

[2]沈红丽，徐静平.钟德刚等.一种用于稳步晶振的EEPROM修调电路设计[J].微电子学与计算机，2011（06）：100-104.

[3]曾健平，张乒，晏敏.石英晶体振荡器性能自动测试系统[J].计量技术，2004（01）：36-37.

[4]俞海珍，冯浩.电磁兼容技术及其在PCB设计中的应用[J].计算机工程与科学，2004（04）：80-82.

作者简介

周永川（1982-），男，现为中国电子科技集团公司第五十四研究所集成电路部电路系统设计工程师。

马迅，男，现为中国电子科技集团公司第五十四研究所集成电路部电路系统设计工程师。

作者单位

中国电子科技集团公司第五十四研究所 河北省石家庄市 050081