專利名稱：一種多輸入擴展時鐘的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多路外參考輸入的擴展時鐘裝置，它以接收到的外參考時間信號為基準(zhǔn)，輸出足夠數(shù)量、各種類型的時間信號，滿足各種時間同步應(yīng)用的場合，屬于通 信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子通信技術(shù)的迅速發(fā)展，許多行業(yè)對時間精度的要求越來越高。特別是在 通信、電力、交通、金融等領(lǐng)域，精確的時間信號是各種自動化設(shè)備正常運行的必要保障，毫 秒甚至微秒級的時間偏差都有可能導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常，造成無法挽回的損失。目前針對這一問題普遍的解決方案是建立時間同步系統(tǒng)。即通過GPS或其它衛(wèi)星 系統(tǒng)獲得絕對時間UTC (Universal Time Coordinated，世界協(xié)調(diào)時)，再將該系統(tǒng)時間應(yīng)用 于各系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)內(nèi)有時間標(biāo)記需求的設(shè)備都使用同一個時間參照體系，從而實現(xiàn)各 類設(shè)備時間的一致。當(dāng)前應(yīng)用最成熟的是GPS衛(wèi)星對時技術(shù)。GPS是美國的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由24 顆在空間運行的GPS衛(wèi)星和地面控制站組成。在地球表面任意地點、任何時間GPS衛(wèi)星信 號接收器都可收到足夠數(shù)量(至少四顆)的GPS衛(wèi)星信號。精確計算接收器所在當(dāng)前空間 位置和時間，其時間精度相對UTC時間誤差可達納秒級。GPS時鐘是一個非常精確的時間 源，絕大多數(shù)的時間同步網(wǎng)絡(luò)都把它作為基準(zhǔn)時間源。在一個時間同步系統(tǒng)內(nèi)，一般將直接以GPS或其它衛(wèi)星為基準(zhǔn)的時鐘稱為主時 鐘，它也是該系統(tǒng)內(nèi)的時間基準(zhǔn)。通常情況下，主時鐘所能輸出的時間信號類型和數(shù)量都非 常有限，當(dāng)用戶有大量客戶端需要時間同步時，就需要增加擴展時鐘。此時，擴展時鐘接收 主時鐘的時間基準(zhǔn)，輸出各種類型、足夠數(shù)量的時間信號到客戶端。由于大量的客戶端直接與擴展時鐘進行時間同步，擴展時鐘的時間精度和可靠性 就顯得極為重要。擴展時鐘要盡可能地采用系統(tǒng)冗余的設(shè)計思想。外參考輸入是最直接影 響擴展時鐘精度的一個環(huán)節(jié)，如果擴展時鐘只能接收一路外參考輸入，則一旦接收外參考 輸入的單元發(fā)生故障或外參考本身出現(xiàn)異常，擴展時鐘的時間精度就會迅速下降。目前擴展時鐘可從主時鐘接收到的時間信號類型一般為B碼(即IRIG-B，一種 精度可達納秒級的數(shù)字信號)。盡管對B碼的應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但隨著通信技術(shù)特 別是以太網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展和普遍應(yīng)用，基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)對時方式NTP (Network Time Protocol)和 PTP(Precision Time Protocol，也稱為 IEEE1588)必將成為主流的對時方 式。擴展時鐘也必須與時俱進才能適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需求，這就要求它不僅能接收B碼時間 基準(zhǔn)，還要能夠接收NTP或PTP時間基準(zhǔn)，且精度為納秒級。但是，目前為止并沒有滿足要 求的擴展時鐘。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種多路外參考輸入的擴展時鐘裝置。[0009]為了達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是提供了一種多輸入擴展時鐘，包 括控制單元，其特征在于，控制單元分別連接時間保持單元、液晶顯示及鍵盤輸入單元、 IRIG-B處理單元、時間輸出單元及背板總線，背板總線連接電源、多路外參考輸入、串口、脈 沖電路、時間報文以及交流IRIG-B單元和直流IRIG-B單元。進一步，所述控制單元為FPGA。本實用新型通過FPGA芯片對接收到的外參考時間進行處理。FPGA為大規(guī)模可 編程邏輯芯片，具有邏輯單元靈活、集成度高等特點，可對多路外參考輸入時間信號進行處 理，判斷外參考輸入信號的質(zhì)量，并對多路信號的精度進行比較。本實用新型內(nèi)置晶體振蕩 器作為時間保持單元，通過FPGA控制對其進行“訓(xùn)練”，F(xiàn)PGA同時接收該晶體振蕩器的頻率 輸出，并進一步輸出高精度的時鐘信號給IRIG-B處理單元、時間輸出單元等。本實用新型可通過背板總線上的串口進行控制訪問，對其進行各種狀態(tài)查詢、參 數(shù)設(shè)置等，非常方便實際應(yīng)用。其輸出的脈沖時間信號可根據(jù)實際需求軟件調(diào)整為秒脈沖、 分脈沖、時脈沖等。本實用新型還默認輸出一個串口時間報文方便用戶使用。本實用新型的優(yōu)點是1、通過FPGA芯片實現(xiàn)對多路外參考時間輸入的處理，充分發(fā)揮FPGA速度快的優(yōu) 勢，能夠確保時間的高精度；2、對多路外參考輸入時間信號進行優(yōu)選；3、充分保證了外參考時間基準(zhǔn)的可靠性；4、不僅支持傳統(tǒng)的IRIG-B時間基準(zhǔn)，還支持NTP和PTP網(wǎng)絡(luò)時間輸入。
圖1為本實用新型提供的一種多輸入擴展時鐘的連接示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例來具體說明本實用新型。實施例如圖1所示，為本實用新型提供的一種多輸入擴展時鐘，包括控制單元，控制單元 分別連接時間保持單元、液晶顯示及鍵盤輸入單元、IRIG-B處理單元、時間輸出單元及背板 總線，背板總線連接電源、多路外參考輸入、串口、脈沖電路、時間報文以及交流IRIG-B單 元和直流IRIG-B單元，其中，控制單元為FPGA。FPGA (Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列。FPGA 采用 了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB(Configurable Logic Block)、輸出輸入模塊 IOB(Input OutputBlock)和內(nèi)部連線 (Interconnect)三個部分。FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和1/0引腳，F(xiàn)PGA采用高速CHMOS工 藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。對于高精度納秒的時間處理，F(xiàn)PGA處理速度快的 優(yōu)勢得到了充分的施展。速度快的優(yōu)勢來源于FPGA的硬邏輯方式。由于FPGA的邏輯功能 全部用硬件電路實現(xiàn)，故所有的延遲只來源于門電路，而一般門電路的延遲都在ns級別。FPGA含有大量的軟件算法，它可以對所輸入的多路時間通才進行優(yōu)選，并且當(dāng)其 中某路出現(xiàn)異常時給出告警。[0024]時間保持單元，即振蕩器，是系統(tǒng)的另一個核心部件。FPGA對所接收到的外參考時 間進行處理后，通過相應(yīng)算法對振蕩器進行調(diào)整。本實用新型采用恒溫晶體振蕩器0CX0，該 振蕩器采用溫度控制電路來保持晶體及關(guān)鍵電路工作在一個精確恒溫的環(huán)境。FPGA通過相 應(yīng)算法，對OCXO進行控制，確保OCXO頻率輸出的穩(wěn)定性。本實用新型可通過背板總線上串口進行控制訪問，對其進行各種狀態(tài)查詢、參數(shù)設(shè)置等，非常方便實際應(yīng)用。其輸出的脈沖時間信號可根據(jù)實際需求軟件調(diào)整為秒脈沖、分 脈沖、時脈沖等。本實用新型還默認輸出一個串口時間報文方便用戶使用。液晶顯示用來 顯示各種狀態(tài)信號，鍵盤輸入方便用戶對設(shè)備進行參數(shù)的設(shè)置。本實用新型擴展時鐘可同時接收多路外參考時間信號，不僅確保了外參考時間基 準(zhǔn)的可靠性，還可以對多路輸入進行優(yōu)先選擇，同時當(dāng)某一路外參考出現(xiàn)異常時還能給出 告警。其輸出的時間信號囊括了目前用戶可能使用到的全部類型。
權(quán)利要求一種多輸入擴展時鐘，包括控制單元，其特征在于，控制單元分別連接時間保持單元、液晶顯示及鍵盤輸入單元、IRIG-B處理單元、時間輸出單元及背板總線，背板總線連接電源、多路外參考輸入、串口、脈沖電路、時間報文以及交流IRIG-B單元和直流IRIG-B單元。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多輸入擴展時鐘，其特征在于，所述控制單元為FPGA。
專利摘要本實用新型涉及一種多輸入擴展時鐘，包括控制單元，其特征在于，控制單元分別連接時間保持單元、液晶顯示及鍵盤輸入單元、IRIG-B處理單元、時間輸出單元及背板總線，背板總線連接電源、多路外參考輸入、串口、脈沖電路、時間報文以及交流IRIG-B單元和直流IRIG-B單元。本實用新型的優(yōu)點是通過FPGA芯片實現(xiàn)對多路外參考時間輸入的處理，充分發(fā)揮FPGA速度快的優(yōu)勢，能夠時間基站的高精度；對多路外參考輸入時間信號進行優(yōu)選；充分保證了外參考時間基準(zhǔn)的可靠性；不僅支持傳統(tǒng)的IRIG-B時間基準(zhǔn)，還支持NTP和PTP網(wǎng)絡(luò)時間輸入。
文檔編號G04G7/00GK201556051SQ20092021170
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者朱亞, 王以誠, 邱祖雄 申請人:上海泰坦通信工程有限公司