在介紹了GPS 同步時(shí)鐘基本原理和FPGA 特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于FPGA 的GPS
同步時(shí)鐘裝置的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了高精度同步時(shí)間信號(hào)和同步脈沖的輸出，以及GPS 失步后秒脈沖的平滑切換，給出了詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程和時(shí)序仿真結(jié)果。
全球定位系統(tǒng)（GPS）是一種基于衛(wèi)星的全天候、被動(dòng)式導(dǎo)航系統(tǒng)，由于其精度高、使
用經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，已經(jīng)成為目前應(yīng)用最為廣泛的一種定位和授時(shí)系統(tǒng)。GPS 同步時(shí)鐘就是一種利用GPS 提供的位置和時(shí)間等信息，經(jīng)過(guò)解碼，將標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間信號(hào)輸出給用戶(hù)設(shè)備的裝置，在電力、通訊等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。另外，根據(jù)不同的應(yīng)用需要，同步時(shí)鐘還可以提供時(shí)間和定位信息的顯示以及時(shí)、分、秒同步脈沖的輸出等功能。
現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）是一種大規(guī)模、高速、低功耗、可反復(fù)編程的集成電路芯
片，是目前中小型系統(tǒng)提高集成度和可靠性的最佳選擇之一。FPGA 的時(shí)鐘頻率可以達(dá)到幾百兆赫茲，再加上并行處理的特性，可以達(dá)到很高的處理速度，使其非常適合應(yīng)用于像同步時(shí)鐘之類(lèi)對(duì)時(shí)間精度有較高要求的實(shí)時(shí)系統(tǒng)。此外，F(xiàn)PGA 集成度高，可以將系統(tǒng)中很多外圍接口芯片集成到片內(nèi)，減小了制板面積，有利于降低成本，減少功耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，很多FPGA 芯片支持在系統(tǒng)編程，這給系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了很大的靈活性，并且使維護(hù)和升級(jí)更加方便。
在綜合分析GPS 同步時(shí)鐘應(yīng)具備的主要功能和FPGA 特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種基
于FPGA 的GPS 同步時(shí)鐘裝置的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了高精度時(shí)間信號(hào)和時(shí)、分、秒同步脈沖的輸出，時(shí)間信息的顯示，以及GPS 失步指示等功能。以FPGA 作為系統(tǒng)核心，取代目前應(yīng)用較多的以單片機(jī)為核心的控制和數(shù)據(jù)處理單元，在減小系統(tǒng)體積、降低開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本以及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，提高了數(shù)據(jù)的處理速度和同步精度，并實(shí)現(xiàn)了輸出秒脈沖在GPS失步時(shí)的平滑切換。