專利名稱：一種多功能時間綜合測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多功能時間綜合測量儀，用于精確測量多種時間碼的精度， 并詳細(xì)記錄該測量過程的各種信息，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(yùn)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，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(shí)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(yùn)行的GPS衛(wèi)星和地面控制站組成。在地球表面任意地點(diǎn)、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(dá)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。時間同步的信號類型包括通過普通電纜傳輸?shù)拿}沖、IRIG-B、串口報文和基于 TCP/IP雙向傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)對時協(xié)議NTP和PTP等。脈沖、IRIG-B和串口報文的對時方式已經(jīng) 廣泛應(yīng)用于通信、電力等很多領(lǐng)域，已經(jīng)是非常成熟的對時技術(shù)。NTP也已被廣泛應(yīng)用于許 多領(lǐng)域，其突出優(yōu)勢在于其可以在任意IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)時間同步，而其劣勢則表現(xiàn)在其對時 精度只有毫秒級。而PTP不僅具有NTP雙向時延自動補(bǔ)償?shù)哪芰Γ匾氖瞧渚葹榧{ 秒級。而納秒級的對時精度已經(jīng)可以滿足幾乎所有領(lǐng)域的對時要求。PTP (Precision Time Protocol)協(xié)議，也稱為IEEE 1588，該標(biāo)準(zhǔn)在提出之初是致 力于工控和測量的精密時鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是提供亞微秒的同步精度應(yīng)用。后來該標(biāo) 準(zhǔn)受到了自動化領(lǐng)域尤其是分布式運(yùn)動控制領(lǐng)域的關(guān)注，并且國際上在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用已 經(jīng)起步，遠(yuǎn)程通信和電力系統(tǒng)等相關(guān)組織也對其表現(xiàn)出濃厚的興趣。更加值得注意的是，PTP協(xié)議是一種基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)無以倫比 的靈活性已使其成為各領(lǐng)域最主要的通信方式。傳統(tǒng)的脈沖、IRIG-B等硬對時方式只能局 限于很小領(lǐng)域的時間同步，且不易管理，它必將被基于數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸?shù)腜TP對時方式所取代。 特別是隨著3G通信的到來，PTP技術(shù)的應(yīng)用將得到空前發(fā)展。PTP同步精度主要受三方面的影響PTP主時鐘輸出的PTP精度、TCP/IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 抖動以及PTP客戶端自身性能。其中PTP主時鐘輸出精度的重要性不言而喻。數(shù)據(jù)網(wǎng)較 SDH等專網(wǎng)而言抖動較大，這種抖動對于網(wǎng)絡(luò)對時精度是一種致命損傷。PTP經(jīng)過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 傳輸后要想能夠達(dá)到滿足要求的精度，就必須通過相應(yīng)算法將數(shù)據(jù)網(wǎng)抖動引起的時間偏差 進(jìn)行消除。因此，精確測量數(shù)據(jù)網(wǎng)的抖動非常重要。在確保PTP主時鐘精度和對數(shù)據(jù)網(wǎng)抖 動規(guī)律已經(jīng)明確掌握的情況下，PTP客戶端需要最優(yōu)化的算法來實(shí)現(xiàn)盡可能高的精度。[0009]由此可知，PTP主時鐘輸出的PTP精度、數(shù)據(jù)網(wǎng)對PTP精度的影響以及PTP客戶端 同步后的精度這三組數(shù)據(jù)非常重要。對PTP客戶端通過PTP同步后的精度一般通過測其 1PPS輸出即可，所用儀表通過示波器即可完成。而測量PTP主時鐘輸出的PTP精度以及經(jīng) 數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸后的PTP精度就必須借助PTP測量儀來完成。但是目前并沒有一種成熟的PTP 測量儀。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠用來測量PTP主時鐘輸出的PTP精度以及經(jīng)數(shù) 據(jù)網(wǎng)傳輸后的PTP精度的PTP測量儀。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種多功能時間綜合測量 儀，其特征在于，包括GPS參考時間間隔測量模塊，GPS參考時間間隔測量模塊分別連接GPS 全球定位系統(tǒng)、內(nèi)置銣鐘、系統(tǒng)主芯片模塊及高分辨率PTP測量模塊，系統(tǒng)主芯片模塊連接
顯不器。進(jìn)一步，所述GPS參考時間間隔測量模塊包括可編程邏輯芯片，可編程邏輯芯片 分別與GPS接收卡板、第一微控制器、所述的高分辨率PTP測量模塊、第一脈沖界面、第二脈 沖界面和第二微控制器連接，第一微控制器分別連接GPS接收卡板及所述的系統(tǒng)主芯片， 第二微控制器分別連接第一脈沖界面及交流B碼。所述系統(tǒng)主芯片模塊包括主控制器，主控制器分別連接所述的GPS參考時間間隔 測量模塊、第一 USB接口、第二 USB接口、所述的顯示器及揚(yáng)聲器接口，第二 USB接口連接所 述的高分辨率PTP測量模塊。本實(shí)用新型通過FPGA芯片實(shí)現(xiàn)PTP網(wǎng)絡(luò)對時信號的直接測量，F(xiàn)PGA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(diǎn)，可直接處理PTP信號，而無需采用復(fù) 雜的電路對PTP信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而能夠保證測量的精度。本實(shí)用新型采用高精準(zhǔn)度的銣 原子鐘作為內(nèi)部時鐘，并將其信號與GPS衛(wèi)星信號進(jìn)行比對，將GPS長穩(wěn)好的優(yōu)點(diǎn)與原子鐘 短穩(wěn)好的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，得到更高精度、更穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考時鐘信號，進(jìn)一步確保了測量結(jié)果 的精確性。其本身還可以用作一臺高性能的基準(zhǔn)時鐘，提供時間及頻率基準(zhǔn)輸出。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、通過FPGA芯片實(shí)現(xiàn)對PTP、NTP、IRIG-B碼、脈沖等多種時間信號的直接測量； FPGA可直接處理PTP信號，而無需采用復(fù)雜的電路對PTP信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而能夠保證測量 的精度；2、對PTP的測量數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄了 PTP時標(biāo)，便于用戶分析；3、擁有真彩觸摸屏和Windows操作系統(tǒng)，并易于攜帶；4、內(nèi)置存儲模塊，以Excel格式記錄任意長測量數(shù)據(jù)，便于分析。

圖1為本實(shí)用新型提供的一種多功能時間綜合測量儀的連接示意圖；圖2為GPS參考時間間隔測量模塊示意圖；圖3為系統(tǒng)主芯片模塊示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例來具體說明本實(shí)用新型。實(shí)施例如圖1所示，為本實(shí)用新型提供的一種多功能時間綜合測量儀，包括GPS參考時間 間隔測量模塊，GPS參考時間間隔測量模塊分別連接GPS全球定位系統(tǒng)、內(nèi)置銣鐘、系統(tǒng)主 芯片模塊及高分辨率PTP測量模塊，系統(tǒng)主芯片模塊連接顯示器，在本實(shí)施例中顯示器選 用液晶屏。如圖2所示，為GPS參考時間間隔測量模塊示意圖，包括可編程邏輯芯片，可編程 邏輯芯片分別與GPS接收卡板、第一微控制器、所述的高分辨率PTP測量模塊、第一脈沖界 面、第二脈沖界面和第二微控制器連接，第一微控制器分別連接GPS接收卡板及所述的系 統(tǒng)主芯片，第二微控制器分別連接第一脈沖界面及交流B碼。GPS接收卡板利用GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號并進(jìn)行解析，提供1路脈沖信號送 入第一微控制器，1路脈沖信號送入可編程邏輯芯片；同時銣鐘提供1路10MHz標(biāo)準(zhǔn)參考信 號給可編程邏輯芯片，經(jīng)可編程邏輯芯片處理后生成2路10MHz和1PPS脈沖標(biāo)準(zhǔn)時間信 號，1路直接輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號可單獨(dú)作為高性能基準(zhǔn)時鐘使用，1路送入高分辨PTP測量模 塊作為時鐘基準(zhǔn)信號。交流B碼經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，串口時間信號經(jīng)過9針串口分別接入第二 微控制器處理后送入可編程邏輯芯片；秒脈沖、分脈沖，時脈沖和DCF77時間信號經(jīng)過第一 脈沖界面和第二脈沖界面送入可編程邏輯芯片，該可編程邏輯芯片對多路時間輸入信號處 理分析，將待測信號與基準(zhǔn)秒脈沖和10MHz標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行對比、計算和處理，再將時間測量 結(jié)果通過第一微控制器，1路傳送至系統(tǒng)主芯片模塊，經(jīng)處理后顯示在液晶屏上，從而實(shí)現(xiàn) 對IRIG-B、秒脈沖等模擬或數(shù)字信號形式的時間信息的精確測量；1路送至高精度網(wǎng)絡(luò)測 量系統(tǒng)模塊，作為參考信號。如圖3所示，為系統(tǒng)主芯片模塊示意圖，包括主控制器，主控制器分別連接所述的 GPS參考時間間隔測量模、第一 USB接口、第二 USB接口、所述的顯示器及揚(yáng)聲器接口，第二 USB接口連接所述的高分辨率PTP測量模塊。該模塊采用集成芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和處理，可實(shí)現(xiàn)WINDOWS操作界面。通過液 晶觸摸屏可將指令送入系統(tǒng)主芯片模塊，經(jīng)PXA255芯片處理后將控制信號送入的第一微 控制器實(shí)現(xiàn)簡單方便的操作。同時由GPS參考時間間隔測量模塊生成的時間測量結(jié)果信號 經(jīng)PXA255芯片處理后，1路通過第一 USB接口送入設(shè)備前面板的USB端口，通過移動存儲器 就可以方便地記錄測量數(shù)據(jù)以供分析 ’另1路測量結(jié)果信號經(jīng)過第二 USB接口送入高分辨 率PTP測量模塊以供處理。同時PXA255芯片還可將處理后的異常信號通過外置揚(yáng)聲器進(jìn) 行報警。所述的高分辨率PTP測量模塊為FPGA處理芯片。待測的PTP信號由GPS參考時間間隔測量模塊中的前面板RJ45接口接入本模塊， 同GPS參考時間間隔測量系統(tǒng)提供的秒脈沖時間信號一起送入本模塊中的FPGA芯片。該 芯片是PTP測量系統(tǒng)的核心部分，可對以上信號進(jìn)行對比計算，并將對比后生成的精確網(wǎng) 絡(luò)時間信號通過串口送至PTP測量儀系統(tǒng)主芯片模塊，通過液晶屏直接顯示，同時測量結(jié) 果還可以通過第二 USB端口直接輸出。工作時，在GPS參考時間間隔測量模塊中，從天線接收下來的GPS信號通過GPS接
5收卡板送入第一微處理器行處理，然后送入可編程邏輯芯片。設(shè)備內(nèi)置銣鐘提供IOMHz的標(biāo)準(zhǔn)參考信號作為邏輯芯片的處理參考。包括IRIG-B在內(nèi)的多種時間碼信號通過輸入接 口接入第二微控制器，再經(jīng)過可編程邏輯芯片處理生成標(biāo)準(zhǔn)IOMHz和IPPS時間參考信號， 分別送入設(shè)備后端口和高分辨率網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)作為參考信號。上游接入的PTP網(wǎng)絡(luò)時間信 號送入高分辨率PTP測量模塊，經(jīng)模塊中的關(guān)鍵部件——FPGA專用集成電路芯片處理后， 送入系統(tǒng)主芯片模塊進(jìn)行處理，通過外設(shè)在IXD顯示屏中直接顯示出來，實(shí)現(xiàn)對PTP信號的 直接測量。
權(quán)利要求一種多功能時間綜合測量儀，其特征在于，包括GPS參考時間間隔測量模塊，GPS參考時間間隔測量模塊分別連接GPS全球定位系統(tǒng)、內(nèi)置銣鐘、系統(tǒng)主芯片模塊及高分辨率PTP測量模塊，系統(tǒng)主芯片模塊連接顯示器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多功能時間綜合測量儀，其特征在于，所述GPS參考時間間 隔測量模塊包括可編程邏輯芯片，可編程邏輯芯片分別與GPS接收卡板、第一微控制器、所 述的高分辨率PTP測量模塊、第一脈沖界面、第二脈沖界面和第二微控制器連接，第一微控 制器分別連接GPS接收卡板及所述的系統(tǒng)主芯片，第二微控制器分別連接第一脈沖界面及 交流B碼。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多功能時間綜合測量儀，其特征在于，所述系統(tǒng)主芯片模 塊包括主控制器，主控制器分別連接所述的GPS參考時間間隔測量模、第一 USB接口、第二 USB接口、所述的顯示器及揚(yáng)聲器接口，第二 USB接口連接所述的高分辨率PTP測量模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多功能時間綜合測量儀，其特征在于，包括GPS參考時間間隔測量模塊，GPS參考時間間隔測量模塊分別連接GPS全球定位系統(tǒng)、內(nèi)置銣鐘、系統(tǒng)主芯片模塊及高分辨率PTP測量模塊，系統(tǒng)主芯片模塊連接顯示器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是通過FPGA芯片實(shí)現(xiàn)對PTP、NTP、IRIG-B碼、脈沖等多種時間信號的直接測量；FPGA可直接處理PTP信號，而無需采用復(fù)雜的電路對PTP信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而能夠保證測量的精度；對PTP的測量數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄了PTP時標(biāo)，便于用戶分析；擁有真彩觸摸屏和Windows操作系統(tǒng)，并易于攜帶；內(nèi)置存儲模塊，以Excel格式記錄任意長測量數(shù)據(jù)，便于分析。
文檔編號G04F10/00GK201556048SQ20092021170
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)明者張強(qiáng), 李鳳軍, 邱祖雄 申請人:上海泰坦通信工程有限公司