随着智能手机与汽车的普及，人们越来越依赖于GPS导航定位系统，当我们拿起手机点外卖或者叫车服务的时候，APP可以很快定位到当时的位置，这就是手机内置的GPS系统的作用。石英晶体振荡器是GPS系统中常见的元器件之一，也是比较重要的一种，它保证了GPS系统信号传输，定位导航稳定性，在汽车导航仪中也是同样的功能。ConnorWinfield Crystal公司是美国有名的GPS定时解决方案供应商，设计的多款GPS晶振在业界出名，并且被广泛应用到GPS模块，以下是ConnorWinfield公司的GPS定时解决方案相关内容。

选择正确的GPS定时解决方案对于4G基站的可靠性和性能至关重要。应考虑定时特性，信号可用性有限的GPS可靠性以及GPS信号丢失期间的保持特性.Navsync CW25-TIM定时接收机针对GPS信号条件有限的定时应用进行了优化，如室内，窗户或部分遮挡观点。

GPS定时解决方案CW25-TIM GPS接收器模块是一个小型表面贴装模块，尺寸仅为25mmx27mmx3mm，内置数字控制石英振荡器（NCO），可产生输出频率，GPS软件由基带处理器控制。CW25-TIM。自测模式允许接收器连续计算其地理位置10分钟（NCO频率在此期间有效，但相位误差将相对于位置误差波动）。

在10分钟的自我调查期之后，接收器将自动计算地理位置的平均值并将该值固定在接收器固件中，这允许更精确地控制NCO输出频率的相位误差。更重要的是，接收器现在不再需要计算位置定位来更新NCO，这使得接收器可以保持高度准确的NCO输出，甚至可以跟踪到被跟踪的一个卫星。此功能意味着接收器必须完全忽略所有GPS卫星以阻止NCO与GPS同步，这意味着CW25-TIM可用作高度可靠的GPS同步源。

图1显示了CW25-TIM的NCO数字控制振荡器频率输出在最大时间间隔误差（MTIE）方面的性能，MTIE是任何时钟源的国际公认指标。MTIE的定义是测量周期内所有可能测量间隔的最大误差。所示的ETSI PRC掩模代表可靠电信使用的最大可接受MTIE。

图1：CW25-TIM MTIE性能

NCO频率输出相位控制：

包括WiMAX基站的许多GPS定时应用需要每秒一个脉冲和相位同步频率参考。Navsync CW25-TIM高灵敏度GPS定时接收器提供精确的GPS同步1PPS和数字控制振荡器（NCO）频率输出，但GPS定位晶振频率输出不允许直接控制相位以保持与1PPS输出的对齐。由于此限制，CW25-TIM软件包括一个可选的反馈环路，用于测量和控制NCO相位，如图2所示。

图2：CW25-TIM频率输出相位控制

如果没有NCO相位控制，GPS本地时钟漂移解决方案直接决定NCO输出频率。 随着时间的推移，设置NCO频率的错误导致NCO相位相对于1PPS的随机游走。对于需要纯频率参考的应用，这种随机游走是可以接受的，但对于使用频率输出也作为时间参考的应用，必须消除长期漂移。为消除长期漂移并对齐1PPS和频率输出相位，使用CW25-TIM事件输入定时器和反馈控制环路测量频率输出相位。然后将小的校正应用于NCO输出频率。

CW25-TIM GPS引擎提供GPS时间，本地时钟漂移和差分晶振的解决方案，每秒一次，在秒之后的32ms内。为了协调GPS解决方案与1PPS和事件输入硬件之间的定时，CW25-TIM基带处理器每隔16ms由RF前端产生的脉冲进行同步。该脉冲还驱动软件中断以增加TTick计数器。1PPS和事件输入硬件计数器由此16ms脉冲复位，并由相同的200MHz时钟驱动，从而产生5ns事件输入和1PPS输出分辨率。

CW25-TIM使用事件硬件和GPS解决方案为NCO频率输出的一个周期的上升沿提供时间标记。在大多数一秒解决方案更新间隔期间禁用事件硬件，但在更新GPS解决方案之前启用一个TTick（16ms），以便NCO相位测量将及时接近第二个顶部（ 1PPS的上升边缘）。通过从时间标签的小数部分移除整数个周期来计算NCO频率输出相位误差。

由于要去除的整个周期数的不确定性，频率输出必须足够低，以使周期远小于GPS解决方案的精度。通常使用2.5MHz，因为400ns的周期远远大于CW25的30ns RMS定时精度。此限制是时间标记事件测量的工件，并非硬件限制，因为10MHz输出（100ns）的周期远小于5ns硬件分辨率。不基于用于相位测量的GPS时间标签的替代实施方式可以消除该限制。

软件反馈环路由离散时间比例积分（PI）控制器组成，该控制器表现为具有2毫赫兹带宽的低通滤波器。该声表面滤波器产生一个小的频率变化，该变化从本地时钟漂移解决方案添加到频率，以设置NCO输出频率。当最初获得GPS定位时，1PPS和频率输出的相对相位是随机的，因此误差高达频率输出的半个周期。为了减少初始锁相时间，使用更快的控制器来减少建立时间。

在相位误差稳定后，1PPS的上升沿和NCO晶振频率输出之间的RMS相位误差小于10n。在保持期间保持该性能并从保持恢复，从而使来自保持事件的干扰最小化。

缓缴：

在GPS信号丢失期间，接收器进入保持模式，并将定时输出基于最后已知的求解时间和时钟漂移解决方案。随着GPS锁定的丢失，接收器将继续根据任何可用的GPS测量结果计算其对GPS时间和本地时钟漂移的最佳估计。然而，这些估计值与最近已知的良好值相差很大，并且对于保持操作不可靠。通过存储最后已知的良好时间和时钟漂移解决方案，1PPS和事件输出的稳定性取决于本地振荡器的稳定性。对于严格的保持要求，CW25-TIM的内部温度控制振荡器（TCXO晶振）可以用具有所需稳定性的外部烤箱控制振荡器（OCXO）代替。从保持恢复后，1PPS和相位同步的NCO频率输出以用户可配置的速率返回到GPS校正的相位。

完整的时序解决方案：

Navsync的母公司Connor-Winfield，Inc。将Navsync CW25-TIM的时序性能和可靠性与近45年的时序经验相结合，创建了完整的GPS定时解决方案。图3显示了FR125 GPS频率参考的框图，其中包括用于保持稳定的OCXO恒温晶振和具有电压控制OCXO（VCOCXO）的锁相环（PLL），用于低相位噪声性能。

图3：FR125 GPS频率参考

GPS定时模块使用的频率控制元器件一般有两种，一种是32.768K晶振，这是专用于时钟基准系统的晶体，另一种是高端的振荡器，通常设计要求符合低相位噪声，低相位抖动，低功耗，低插损等性能。能够满足这些要求的有温补晶振，压控振荡器，压控温补振荡器，差分晶振，MEMS可编程振荡器以及恒温晶体振荡器这几个系列的料号。ConnorWinfield晶振有单独的一个GPS定时模块产品系列，该系列的石英晶振均可用于GPS系统和定时模块，有需要了解或订购的，可联系金洛鑫电子，热线电话：0755-27837162，QQ：657116624。