BR112017009283B1 - Método e estrutura para determinar o relógio global entre sistemas - Google Patents

Abstract

MÉTODO E ESTRUTURA PARA DETERMINAR O RELÓGIO GLOBAL ENTRE SISTEMAS. São revelados um método e estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas. Quando uma referência de tempo padronizada é necessária entre os sistemas, uma fonte de relógio de referência pode transmitir um sinal de calibração, e um tempo de transmissão Td (0) pode ser gravado. Cada sistema pode respectivamente gravar um tempo de chegada Ta (n), transmitir um sinal de retorno a uma unidade de gravação de sinal da fonte de relógio de referência, e gravar um tempo de transmissão Tb (n), após receber o sinal de calibração. De maneira similar, devido às diferentes distâncias, a unidade de gravação de sinal pode gravar os tempos de chegada Td (n) dos sinais de retorno subsequentemente, e determinar os Retardos de tempo (n) entre os sistemas e a fonte de relógio de referência, respectivamente. Quando for necessário que todos os sistemas possuam uma referência de tempo completamente padronizada, um Retardo (n) correspondente pode ser obtido e transmitido para cada sistema. Cada sistema pode determinar desvios zero Tc (n) de vários relógios locais a partir da fonte de relógio de referência, e tomar Tc (n) como um parâmetro de correção para corrigir (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente revelação pertence ao campo técnico de teste e medição de tempo, que, de forma geral, diz respeito a um método para determinar um tempo de referência, e mais particularmente, a um método para determinar um relógio (clock) global.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O relógio global pode ser usado em diversas áreas. Somente quando a sincronização dos relógios globais dos sistemas independentes é alcançada, de forma que o relógio de cada sistema independente chegue a uma referência de relógio padronizada, é que o conjunto desses sistemas pode trabalhar em cooperação, para assegurar que exista uma condição de medição consistente entre os sistemas. É necessário, portanto, dispor de um método para determinar um relógio global entre sistemas.

[003] Atualmente, para determinar um relógio global entre sistemas, geralmente se utiliza uma comunicação de marca de tempo entre múltiplos sistemas para obter referências de relógio para os relógios desses sistemas, e tais referências de relógio são adicionalmente usadas para calibração. Esta abordagem tem sido extensamente utilizada na área de comunicação. Embora este método de sincronização possibilite a sincronização temporal entre os sistemas, ele está limitado ao uso dos protocolos de comunicação existentes, que possibilitam que a referência de tempo seja empacotada em uma marca de tempo, para alcançar uma sincronização de relógio global de baixa precisão, por exemplo, em milissegundos, sub-milissegundos, microssegundos ou sub-microssegundos. A precisão de tal forma depende, em última análise, de uma velocidade de relógio, isto é, a frequência de inversão; portanto, ela não chega a uma precisão de sincronização mais curta do que o ciclo de relógio. Uma referência de tempo consistente é geralmente necessária entre múltiplos sistemas independentes para satisfazer uma medição de tempo precisa em alguns campos de aplicação, tal como detecção nuclear, ou tempo de voo. Um relógio global completamente sincronizado possui elevada exigência de precisão, que é necessária para um intervalo de nanossegundos e picossegundos, e geralmente menor do que o ciclo de relógio do relógio do sistema. A disposição do relógio global deve considerar a pequena diferença causada pelas diferentes ordens nas quais os respectivos relógios dos sistemas são ligados, mas os métodos tradicionais falham em cumprir a exigência.

SUMÁRIO

[004] Um objetivo da presente revelação é oferecer um método e estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas, pelos quais uma referência de tempo padronizada é necessária entre múltiplos sistemas, os sistemas podem ser acoplados uns aos outros através de uma rede simples, as diferenças de fase entre os respectivos relógios dos sistemas podem ser determinadas por meio de comunicação entre os sistemas e uma unidade de gravação de sinal, e cada sistema pode ser calibrado por sua respectiva diferença de fase de relógio, para cumprir o requisito de que todos os relógios em todos os sistemas tenham uma referência de relógio consistente.

[005] Para atingir o objetivo acima, a presente revelação propõe as seguintes soluções.

[006] Um método para determinar um relógio global entre sistemas que são conectados por meio de caminhos é proporcionado, incluindo as seguintes etapas:

[007] determinar uma fonte de relógio como sendo uma fonte de relógio de referência abrangendo todos os sistemas;

[008] (2) gerar, pela fonte de relógio de referência, um sinal de calibração, distribuir o sinal de calibração para cada um dos sistemas, e gravar um tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração;

[009] (3) gravar, por cada um dos sistemas, respectivamente, um tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração baseado em um respectivo relógio local quando da chegada do sinal de calibração no sistema, gerar um sinal de retorno, e gravar um tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno baseado no respectivo relógio local;

[010] receber, pela fonte de relógio de referência, o sinal de retorno a partir de cada um dos sistemas, e gravar um tempo de chegada Td (n) quando da chegada do sinal de retorno na fonte de relógio de referência, para determinar um Retardo de desvio absoluto (n) de cada um dos sistemas a partir da fonte de relógio de referência; e

[011] (4) determinar um desvio zero Tc (n) do respectivo relógio local a partir da fonte de relógio de referência, respectivamente, baseado no Retardo de desvio absoluto (n), no tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração ou no tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno, e considerar Tc (n) como um parâmetro de correção para corrigir o respectivo relógio local de cada um dos sistemas, para formar um relógio global. Tc (n)=(Ta (n)- Retardo (n)- Td (0)) ou Tc (n) = (Retardo (n) + Tb (n) -Td (n)).

[012] De preferência, o recebimento e gravação do tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração e o tempo de chegada Td (n) do sinal de retorno são implementados por uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência.

[013] De preferência, na etapa (2), o sinal de calibração é distribuído pela unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência para cada sistema.

[014] De preferência, a fonte de relógio de referência e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência pertencem a um dos sistemas.

[015] De preferência, na etapa (1), a fonte de relógio de referência é uma unidade de controle de temporizador ou inclui uma unidade de controle de temporizador e um gerador de relógio sob o controle da unidade de controle de temporizador.

[016] De preferência, o sinal de calibração é formado por um pulso elétrico transmitido pela unidade de controle de temporizador diretamente, ou por um segmento do sinal de relógio transmitido pelo gerador de relógio acionado pela unidade de controle de temporizador.

[017] De preferência, na etapa (3), o tempo de chegada Ta (n) e o tempo de transmissão Tb (n) são determinados através do respectivo relógio local em cada um dos sistemas e uma unidade de gravação de sinal local cooperada com o relógio local.

[018] Adicionalmente, a determinação do tempo de chegada Ta (n) inclui as seguintes etapas: gravar, pela unidade de gravação de sinal local, um tempo zero ta0(n) em que o sistema começa a trabalhar baseado no respectivo relógio local, quando o sistema é determinado como tendo começado a trabalhar, e a unidade de gravação de sinal local gravando um tempo de chegada ta1(n) do sinal de calibração baseado no respectivo relógio local quando o sinal de calibração é determinado como tendo chegado, de modo que o tempo de chegada seja Ta (n) = ta1(n)- ta0(n); e gravar, pela unidade de gravação de sinal local, um tempo de transmissão tb1 (n) do sinal de retorno baseado no respectivo relógio local quando o sinal de retorno é determinado como sendo transmitido, de modo que o tempo de transmissão seja Tb (n) = tb1(n)-ta0(n)

[019] De preferência, na etapa (3), o sinal de retorno é um sinal de confirmação transmitido a partir de cada um dos sistemas, respectivamente, ou um sinal de calibração retornado.

[020] De preferência, (I) se o sinal de retorno for um sinal de confirmação retornado, o desvio absoluto de cada sistema satisfaz o Retardo (n) = (Td(n)- Td(0) - Δn)/2, em que Δn é um tempo de resposta do respectivo sistema; e

[021] (II) se o sinal de retorno for um sinal de calibração retornado, o desvio absoluto de cada sistema satisfaz o Retardo (n) = (Td(n)- Td(0) )/2, e o tempo de transmissão do sinal de retorno satisfaz Tb (n)= Ta(n).

[022] De preferência, na etapa (I), Δn é um valor padrão do sistema; ou Δn é determinado por uma unidade de gravação de sinal no respectivo sistema, de modo que Δn= Ta(n)- Tb(n).

[023] A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência possui uma escala de medição de tempo mínima menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência; e

[024] a unidade de gravação de sinal local possui uma escala de medição de tempo mínima menor do que metade de um ciclo de relógio do relógio local.

[025] De preferência, a unidade de gravação de sinal possui uma escala de medição de tempo mínimo dentro de 1 ns.

[026] Adicionalmente, a unidade de gravação de sinal possui uma escala de medição de tempo mínimo dentro de 100 ps.

[027] Uma estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas também é proporcionada, incluindo sistemas conectados por meio de caminhos, uma fonte de relógio de referência e uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência, em que a unidade de gravação de sinal também está em uma conexão de caminhos com a fonte de relógio de referência, e cada um dos sistemas está em comunicação com a fonte de relógio de referência através da unidade de gravação de sinal para determinar um desvio zero de vários relógios locais no respectivo sistema e na fonte de relógio de referência.

[028] A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência é conectada comunicativamente de forma bidirecional com os sistemas.

[029] De preferência, a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência está em uma conexão com fio com a fonte de relógio de referência, a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência está em uma conexão com fio com os sistemas, e os sistemas estão em conexões com fio uns com os outros.

[030] De preferência, cada um dos sistemas é provido de um relógio local e de uma unidade de gravação de sinal em uma conexão de caminhos com o relógio local, respectivamente. De preferência, o relógio local de um dos sistemas serve de fonte de relógio de referência.

[031] Os sistemas são conectados comunicativamente uns com os outros de maneira sequencial para formar pelo menos uma estrutura de rede linear, e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência é conectada comunicativamente com um dos sistemas em cada estrutura de rede linear.

[032] A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência é conectada comunicativamente com um sistema em uma extremidade de cada estrutura de rede linear.

[033] De preferência, os sistemas são conectados comunicativamente de maneira bidirecional uns com os outros.

[034] De preferência, uma da pelo menos uma estrutura de rede linear é proporcionada.

[035] Os sistemas estão em conexões de comunicação direta, a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência, respectivamente, para formar uma estrutura de rede em estrela.

[036] A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência possui uma escala de medição de tempo mínima menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência.

[037] A unidade de gravação de sinal local possui uma escala de medição de tempo mínima menor do que metade de um ciclo de relógio do relógio local.

[038] De preferência, a unidade de gravação de sinal inclui um controlador e um conversor de tempo em comunicação com e acionado pelo controlador, e o conversor de tempo possui uma precisão de tempo dentro de 1 ns.

[039] De preferência, o conversor de tempo é um TDC ou TAC com uma precisão de tempo dentro de 100 ps.

[040] A fonte de relógio de referência é uma unidade de controle de temporizador, ou inclui uma unidade de controle de temporizador e um gerador de relógio sob o controle da unidade de controle de temporizador.

[041] Graças às soluções acima, a presente revelação possui os seguintes efeitos benéficos.

[042] Para o método e estrutura para determinação de um relógio global entre os sistemas, cada sistema pode funcionar dependendo de seu próprio relógio quando operando independentemente. Quando uma referência de tempo global padronizada é necessária entre esses sistemas, a fonte de relógio de referência pode transmitir um sinal de calibração primeiramente, e a unidade de gravação de sinal da fonte de relógio de referência pode começar a gravar o tempo Td(0). Os sistemas podem receber o sinal de calibração sequencialmente, devido às diferentes distâncias dos sistemas para a fonte de relógio de referência. Para cada um dos sistemas, a unidade de gravação de sinal no interior pode gravar o tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração após o recebimento do sinal de calibração, o sinal de retorno (um sinal de confirmação ou o sinal de calibração retornado diretamente através de uma conexão elétrica) pode ser transmitido imediatamente para a unidade de gravação de sinal da fonte de relógio de referência, e o tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno pode ser gravado. De forma similar, devido às diferentes distâncias, a unidade de gravação de sinal pode receber sinal de retorno dos sistemas de maneira sequencial, e gravar os tempos de chegada Td (n). O retardo de tempo entre o sistema e a fonte de relógio de referência é o Retardo (n) = (Td (n) - Td (0))/2 ou Retardo (n) = (Td (n)-Td (0) - Δn)/2, em que o valor de Δn é determinado pelas etapas acima, baseado nas aplicações. O comprimento do fio conectado entre o sistema e a fonte de relógio de referência pode ser calculado como L (n) = Retardo (n)*C, onde C é uma velocidade próxima à velocidade da luz. Quando for exigido que todos os sistemas possuam uma referência de tempo completamente padronizada, o sistema de referência pode obter dados correspondentes do Retardo (n), e transmitir os dados para cada sistema, respectivamente. Cada sistema pode calcular os desvios zero Tc (n) de seu próprio relógio local a partir da fonte de relógio de referência, isto é, Tc (n) = (Ta (n) - Retardo (n) - Td (0)) ou Tc (n) = (Retardo(n) + Tb(n) -Td(n)), que pode ser usada para corrigir seu próprio relógio do sistema como um parâmetro de correção. (1) Se Tc (n)>0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está adiantado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser subtraído do sistema de temporização deste sistema. (2) Se Tc (n)<0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está atrasado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser adicionado ao sistema de temporização deste sistema.

[043] Por incorporar unidades de gravação de sinal de alta precisão, a precisão de sincronização do tempo é aperfeiçoada. A fonte de relógio de referência é provida de uma unidade de gravação de sinal de alta pressão, e cada sistema também é provido de uma unidade de gravação de sinal cooperada com seu relógio local interno. A escala de medição de tempo mínima da unidade de gravação de sinal é menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência. A unidade de gravação de sinal pode ser um conversor digital de tempo (TDC), ou um conversor analógico de tempo (TAC), que podem ser usados junto com a fonte de relógio de referência e o relógio local de cada sistema para determinar o desvio zero Tc (n) do relógio local de cada sistema a partir da fonte de relógio de referência, de modo que o desvio absoluto temporal entre cada sistema e a fonte de relógio de referência possa ser determinado com precisão, para formar um relógio global.

[044] A correção normalizada dos tempos dos sistemas pode ser obtida através das medições de tempo e pela comunicação entre os sistemas, sem a estrutura complexa para as linhas de relógio especiais e confiáveis.

[045] A escalabilidade dos sistemas é aprimorada. Quando os sistemas são conectados em uma estrutura de rede linear, qualquer novo sistema pode ser incorporado. Somente uma medição deverá ser implementada, de modo que se possa assegurar que o novo sistema incorporado tenha uma referência de tempo consistente com os outros sistemas.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

[046] A FIG. 1 é um fluxograma iluminando um método para determinar um relógio global entre sistemas de acordo com uma concretização da presente revelação.

[047] A FIG. 2 é um diagrama esquemático ilustrando a conexão entre a fonte de relógio e a unidade de gravação de relógio em um sistema.

[048] A FIG. 3 é um diagrama esquemático estrutural iluminando uma estrutura para determinar um relógio global entre sistemas de acordo com uma primeira concretização da presente revelação.

[049] A FIG. 4 é um diagrama esquemático estrutural iluminando uma estrutura para determinar um relógio global entre sistemas de acordo com uma segunda concretização da presente revelação.

[050] A FIG. 5 é um diagrama esquemático estrutural iluminando uma estrutura para determinar um relógio global entre sistemas de acordo com uma terceira concretização da presente revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

[051] A presente revelação será adicionalmente descrita por referência às concretizações seguintes, consideradas em conjunto com os desenhos acompanhantes.

[052] A presente revelação revela um método para determinar um relógio global entre sistemas que são conectados por meio de caminhos. Como ilustrado na FIG. 1, ele inclui as seguintes etapas:

[053] Uma fonte de relógio pode ser determinada como sendo uma fonte de relógio de referência abrangendo todos os sistemas. Primeiramente, uma fonte de relógio é determinada como sendo uma fonte de relógio de referência a partir da qual um sinal de calibração é gerado.

[054] Cada sistema possui seu próprio relógio local interno, portanto, há a necessidade de determinar somente uma fonte de relógio como sendo uma fonte de relógio de referência primeiramente. A fonte de relógio de referência pode ser escolhida arbitrariamente, somente se esta fonte de relógio de referência for capaz de ser transmitida a todos os sistemas através da rede (isto é, abrangendo todos os sistemas). A fonte de relógio de referência pode ser escolhida dentre os relógios locais dos sistemas, ou pode ser uma fonte de relógio externa separada. Como uma concretização preferida, a fonte de relógio de referência acima pode ser determinada a partir dos relógios locais dos sistemas, e pode ser configurada para ser uma unidade de controle de temporizador sozinha, ou incluir uma unidade de controle de temporizador e um gerador de relógio sob o controle da unidade de controle de temporizador, de acordo com as exigências práticas.

[055] A fonte de relógio de referência pode gerar um sinal de calibração, distribuir o sinal de calibração para cada um dos sistemas, e gravar um tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração.

[056] Como mencionado, o sinal de calibração é gerado pelo relógio de referência, de modo que o sinal de calibração possa ser formado por um pulso elétrico transmitido pela unidade de controle de temporizador diretamente, ou por um segmento do sinal de relógio transmitido pelo gerador de relógio acionado pela unidade de controle de temporizador. O sinal de calibração precisa ser transmitido para cada sistema após ter sido gerado. Nesta concretização, o sinal de calibração é distribuído por uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência para cada sistema. A unidade de gravação de sinal pode incluir um controlador e um conversor de tempo acionado pelo controlador.

[057] A fonte de relógio de referência e a unidade de gravação de sinal cooperadas com a fonte de relógio de referência podem pertencer a um dos sistemas, e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência pode receber e gravar o tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração.

[058] Cada um dos sistemas pode gravar um tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração baseado em um respectivo relógio local, respectivamente, após o sinal de calibração chegar ao sistema, gerar um sinal de retorno, e gravar um tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno baseado no respectivo relógio local; e a fonte de relógio de referência pode receber o sinal de retorno a partir de cada um dos sistemas, e gravar um tempo de chegada Td (n) quando o sinal de retorno chegar à fonte de relógio de referência, para determinar um Retardo de desvio absoluto (n) de cada um dos sistemas a partir da fonte de relógio de referência.

[059] O tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração e o tempo de chegada Td (n) do sinal de retorno podem ser gravados por um mesmo elemento de temporização, para assegurar a mesma precisão temporal que o elemento de temporização. Na concretização conforme ilustrado na FIG. 1, Td (0) e Td (n) são recebidos e gravados pela unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência, e especificamente, os valores de Td (0) e Td (n) são gravados pelo conversor de tempo acionado pelo controlador.

[060] Na etapa (3), se a precisão não for considerada, o tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração lendo cada sistema e o tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno podem ser determinados e gravados por cada sistema baseado em seu próprio relógio local, e o tempo de chegada Ta (n) e o tempo de transmissão Tb (n) também podem ser determinados pelo respectivo relógio local de cada sistema e pela unidade de gravação de sinal local cooperada com o relógio local. A unidade de gravação de sinal local em cada sistema tem a mesma estrutura que a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência, e está em uma comunicação bidirecional com o relógio local. Quando o sistema é determinado como tendo começado a operar, a unidade de gravação de sinal local grava um tempo zero ta0(n) quando o sistema começa a operar baseado no respectivo relógio local, e a unidade de gravação de sinal local grava um tempo de chegada ta1(n) do sinal de calibração (pulso ou sinal de relógio) baseado no respectivo relógio local quando o sinal de calibração é determinado como tendo chegado, de modo que o tempo de chegada seja Ta (n) = ta1(n)- ta0(n); a unidade de gravação de sinal local grava um tempo de transmissão tb1 (n) do sinal de retorno baseado no respectivo relógio local quando o sinal de retorno é determinado como sendo transmitido, de modo que o tempo de transmissão seja Tb (n) = tb1(n)-ta0(n).

[061] Os sinais de retorno respectivamente gerados pelos sistemas podem ser em várias formas. A etapa acima será adicionalmente descrita no caso, por exemplo, em que os sinais de retorno são sinais de confirmação transmitidos a partir dos sistemas, respectivamente, ou sinais de calibração retornados respectivamente. Deve-se compreender que o método descrito pela presente revelação também pode permitir a formação do relógio global entre os sistemas se o sinal de retorno estiver em outras formas.

[062] Após o sinal de calibração chegar a um respectivo sistema, o sistema pode retornar o sinal de calibração através de uma conexão elétrica diretamente, ou receber o sinal de calibração com um controlador (por exemplo, um FPGA, que é um controlador suportando uma resposta assíncrona), e transmitir um sinal de confirmação imediatamente (independente do relógio mestre do controlador). Então, o tempo de chegada Td (n) chegando à fonte de relógio de referência pode ser gravado para determinar o Retardo de desvio absoluto (n).

[063] Se o sinal de retorno for um sinal de confirmação retornado, o desvio absoluto de cada sistema satisfaz o Retardo (n) = (Td(n)- Td(0) -Δn)/2, em que Δn é um tempo de resposta do respectivo sistema. Na etapa (I), se a precisão de tempo não for considerada, Δn pode ser um valor padrão que é pré-determinado por experimentos e cálculos e armazenado em cada sistema. Além disso, Δn também pode ser determinado pelo relógio local do sistema e pela unidade de gravação de sinal local, e Δn= Tb(n)- Ta(n).

[064] Se o sinal de retorno for um sinal de calibração retornado, Retardo (n) = (Td(n)- Td(0) )/2.

[065] Os relógios do sistema podem ser ajustados para formar um relógio global, baseado no Retardo de desvio absoluto (n) e no tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração, ou baseado no Retardo de desvio absoluto (n) e no tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno: determinar um desvio zero Tc (n) do respectivo relógio local a partir da fonte de relógio de referência, respectivamente, Tc (n) =(Ta (n)- Retardo (n) -Td (0)) ou Tc (n) = (Retardo (n)+ Tb (n) -Td (n)), e tomar Tc (n) como um parâmetro de correção para corrigir o respectivo relógio local de cada sistema, para formar um relógio global.

[066] Durante o processo de transmitir o sinal de calibração para chegar a um respectivo sistema, há Td (0)+Retardo(n) = Ta (n) -Tc (n), e Tc (n) = Ta (n)-Td (0)- Retardo (n)= {Ta (n)- ((Td (n)+Td (0))/2-Δn/2}. Se o sinal de retorno for o sinal de calibração, Δn = 0. Durante o processo da transmissão do sinal de retorno para chegar à fonte de relógio de referência, há Td (n)- Retardo (n)= Tb (n) -Tc (n), e Tc (n)= Tb (n)-Td (n)+ Retardo (n)= {Ta (n)- ((Td (n)+Td (0))/2-Δn/2}. Se o sinal de retorno for o sinal de calibração, Δn = 0.

[067] O Tc(n) pode ser usado como um parâmetro de correção para corrigir o relógio local de cada sistema, após seu valor ter sido determinado.

[068] Se Tc (n)>0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está adiantado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser subtraído do sistema de temporização deste sistema.

[069] Se Tc (n)<0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está atrasado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser adicionado ao sistema de temporização deste sistema. Dessa maneira, assegura-se que todos os sistemas tenham uma referência de tempo completamente consistente.

[070] No método acima, o sistema de referência (isto é, um sistema no qual seu relógio local serve de fonte de relógio de referência) pode transmitir um sinal de calibração e determinar o Retardo (n), e os outros sistemas podem determinar Ta (n) e Tb (n). Uma vez que cada sistema é provido de um relógio local e uma unidade de gravação de sinal, qualquer um dos outros sistemas pode transmitir um sinal de calibração e determinar o Retardo (n), e o sistema de referência pode medir Ta (n) e Tb (n). Além disso, uma vez que tanto o sistema de referência quanto o outro sistema possuem uma função de processamento de sinal, o Retardo medido (n), Ta (n) e Tb (n) pode ser transmitido um para o outro. Após obter o Retardo (n), Ta (n) e Tb (n) através da rede, qualquer um pode determinar o parâmetro de correção Tc (n), e transmitir Tc (n) para cada sistema para correção, ou transmitir Tc (n) a uma unidade de processamento central dos sistemas gerais para correção global.

[071] No método proporcionado pela presente revelação, cada sistema tem seu próprio relógio local. Cada sistema pode operar dependendo de seu próprio relógio ao operar de forma independente. Quando uma referência de tempo global padronizada é necessária entre esses sistemas, o relógio global entre os sistemas pode ser padronizado de maneira conveniente e rápida pelo método acima para determinar o relógio global entre os sistemas, que pode ser usado em diversas áreas, conforme necessário.

[072] Com base na concretização acima, a presente revelação adicionalmente revela um método para determinar um relógio global entre os sistemas, que pode aprimorar a precisão da sincronização temporal, para ser usado em aplicações com alta necessidade de precisão de tempo.

[073] Um método para determinar um relógio global entre sistemas que são conectados por meio de caminhos é proporcionado, incluindo as seguintes etapas.

[074] Uma fonte de relógio pode ser determinada como sendo uma fonte de relógio de referência abrangendo todos os sistemas. Primeiramente, uma fonte de relógio é determinada como sendo uma fonte de relógio de referência a partir da qual um sinal de calibração é gerado.

[075] Cada sistema possui seu próprio relógio local interno, portanto, há a necessidade de determinar somente uma fonte de relógio como sendo uma fonte de relógio de referência primeiramente. A fonte de relógio de referência pode ser escolhida arbitrariamente, somente se esta fonte de relógio de referência for capaz de ser transmitida a todos os sistemas através da rede (isto é, abrangendo todos os sistemas). A fonte de relógio de referência pode ser escolhida a partir dos sistemas, ou pode ser uma fonte de relógio externa separada. Nesta concretização, a fonte de relógio de referência acima pode ser uma unidade de controle de temporizador sozinha, ou incluir uma unidade de controle de temporizador e um gerador de relógio sob o controle da unidade de controle de temporizador, de acordo com as necessidades práticas.

[076] A fonte de relógio de referência pode gerar um sinal de calibração que pode ser distribuído para cada um dos sistemas diretamente ou através de uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência, e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência pode gravar um tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração.

[077] Como mencionado, o sinal de calibração é gerado pelo relógio de referência, de modo que o sinal de calibração possa ser formado por um pulso elétrico transmitido pela unidade de controle de temporizador diretamente, ou por um segmento do sinal de relógio transmitido pelo gerador de relógio acionado pela unidade de controle de temporizador. O sinal de calibração precisa ser transmitido para cada sistema após ter sido gerado. Nesta concretização, o sinal de calibração é distribuído por uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência para cada sistema. A unidade de gravação de sinal possui uma escala de medição de tempo mínima menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência, e inclui um controlador e um conversor de tempo acionado pelo controlador. A fonte de relógio de referência e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência podem pertencer a um dos sistemas para facilitar a disposição da fiação do sistema. A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência pode gravar o tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração ao mesmo tempo em que distribui o sinal de calibração para cada sistema.

[078] Cada um dos sistemas pode gravar um tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração baseado em um respectivo relógio local e em uma unidade de gravação de sinal local, respectivamente, após o sinal de calibração chegar ao sistema, gerar um sinal de retorno, e gravar um tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno baseado no respectivo relógio local e na unidade de gravação de sinal local; e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência pode receber o sinal de retorno, e gravar um tempo de chegada Td (n) quando o sinal de retorno chegar à fonte de relógio de referência, para determinar um Retardo de desvio absoluto (n) de cada um dos sistemas.

[079] Tanto o tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração quanto o tempo de chegada Td (n) do sinal de retorno podem ser uma unidade de gravação de sinal de alta precisão cooperada com a fonte de relógio de referência, e especificamente, os valores de Td (0) e Td (n) são gravados pelo conversor de tempo acionado pelo controlador. A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência possui uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência, de modo que a unidade de gravação de sinal seja capaz de medir um tempo menor do que um ciclo de relógio precisamente. Para um relógio global com uma exigência elevada de sincronização, a frequência de relógio global está geralmente acima de 50 MHz com um ciclo de relógio dentro de 20 ns, ou mesmo de até 200 MHz com um ciclo de relógio dentro de 2 ns. No entanto, o retardo do relógio global na linha também pode ser medido precisamente, o qual pode variar com o comprimento da linha, e possuir uma fase diferente da do relógio global do sistema. Para medir o retardo de maneira precisa, um dispositivo de medição de relógio de alta precisão é necessário, sem depender do relógio global. Um elemento de medição de sinal com uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência pode alcançar uma medição de tempo de maior precisão, tal como retardo de linha ou desvio de fase.

[080] Como uma concretização preferida, a unidade de gravação de sinal pode incluir um controlador e um conversor de tempo acionado pelo controlador. O conversor de tempo possui uma escala de medição de tempo mínimo dentro de 1 ns, para possibilitar que o registro preciso do tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração e do tempo de chegada Td (n) do sinal de retorno, seja usado na aplicação com uma exigência de precisão temporal em ps.

[081] Além disso, o conversor de tempo pode ser um TDC (conversor digital de tempo) ou TAC (conversor analógico de tempo) com uma precisão temporal dentro de 100 ps. Para o TDC, um controlador pode controlar o TDC e ler valores (valores de tempo gravados) do TDC. O TDC conta o tempo de forma assíncrona, ou seja, é acionado instantaneamente, geralmente em uma borda de salto do pulso elétrico, para o sinal de relógio, de modo que não haja sobrecarga de comunicação, e o TDC não dependa muito da frequência do relógio mestre. A precisão de temporização pode alcançar 10 ps pela temporização com um circuito de busca de retardo de circuito. Assim, quando uma unidade de gravação de sinal com uma precisão de tempo dentro de 100 ps é usada para gravar tempos de transmissão e tempos de retorno dos sinais, a exigência de precisão de sincronização temporal para atingir ps pode ser satisfeita, e pode ser usada em uma área com maior necessidade de precisão temporal, tal como um sistema de imagiologia por varredura.

[082] O tempo de chegada Ta (n) e o tempo de transmissão Tb (n) também podem ser determinados pelo respectivo relógio local de cada sistema e pela unidade de gravação de sinal local de alta precisão temporal cooperada com o relógio local. A unidade de gravação de sinal de local em cada sistema possui a mesma estrutura que a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência. De maneira similar, a unidade de gravação de sinal local possui uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio do relógio local. Tanto a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência quanto a unidade de gravação de sinal local possuem o mesmo nível de medição de tempo mínimo. Quando o sistema é determinado como tendo começado a operar, a unidade de gravação de sinal local grava um tempo zero ta0(n) quando o sistema começa a operar, e a unidade de gravação de sinal local grava um tempo de chegada ta1(n) do sinal de calibração (pulso ou sinal de relógio) baseado no respectivo relógio local quando o sinal de calibração é determinado como tendo chegado, de modo que o tempo de chegada seja Ta (n) = ta1(n)- ta0(n); A unidade de gravação de sinal local grava um tempo de transmissão tb1 (n) do sinal de retorno (um pulso ou sinal de relógio ou um sinal de confirmação) baseado no respectivo relógio local quando o sinal de retorno é determinado como sendo transmitido, de modo que o tempo de transmissão seja Tb (n) = tb1(n)-ta0(n). Isto irá assegurar que Ta (n) e Tb (n) tenham o mesmo nível de precisão que Td (0) e Td (n).

[083] Os sinais de retorno respectivamente gerados pelos sistemas podem ser em várias formas. A etapa acima será adicionalmente descrita no caso, por exemplo, em que os sinais de retorno são sinais de confirmação transmitidos a partir dos sistemas, respectivamente, ou sinais de calibração retornados respectivamente. Deve-se compreender que o método descrito pela presente revelação também pode permitir a formação do relógio global entre os sistemas se o sinal de retorno estiver em outras formas. Após o sinal de calibração chegar a um respectivo sistema, o sistema pode retornar o sinal de calibração através de uma conexão elétrica diretamente, ou receber o sinal de calibração com um controlador (por exemplo, um FPGA, que é um controlador suportando uma resposta assíncrona), e transmitir um sinal de confirmação imediatamente (independente do relógio mestre do controlador). Então, o tempo de chegada Td (n) chegando à fonte de relógio de referência pode ser gravado para determinar o Retardo de desvio absoluto (n).

[084] Se o sinal de retorno for um sinal de confirmação retornado, o desvio absoluto de cada sistema satisfaz o Retardo (n) = (Td(n)- Td(0) -Δn)/2, em que Δn é um tempo de resposta do respectivo sistema. Considerando a precisão de tempo, Δn pode ser determinado pela unidade de gravação de sinal local como Δn= Tb (n)- Ta (n).

[085] Se o sinal de retorno for um sinal de calibração retornado, Retardo (n) = (Td(n)- Td(0))/2.

[086] Os relógios do sistema podem ser ajustados para formar um relógio global, baseado no Retardo de desvio absoluto (n) e no tempo de chegada Ta (n) do sinal de retorno: determinar um desvio zero Tc (n) do respectivo relógio local a partir da fonte de relógio de referência, respectivamente, Tc (n) =(Ta (n)- Retardo (n) -Td (0)) ou Tc (n) = (Retardo (n)+ Tb (n) -Td (n)), e tomar Tc (n) como um parâmetro de correção para corrigir o respectivo relógio local de cada sistema, para formar um relógio global.

[087] Durante o processo de transmitir o sinal de calibração para chegar a um respectivo sistema, há Td (0)+Retardo(n) = Ta (n) -Tc (n), e Tc (n) = Ta (n)-Td (0)- Retardo (n)= {Ta (n)- ((Td (n)+Td (0))/2-Δn/2} Se o sinal de retorno for o sinal de calibração, Δn = 0. Durante o processo da transmissão do sinal de retorno para chegar à fonte de relógio de referência, há Td (n)- Retardo (n)= Tb (n) -Tc (n), e Tc (n)= Tb (n)- Td (n)+ Retardo (n)= {Ta (n)-((Td (n)+Td (0))/2-Δn/2}. Se o sinal de retorno for o sinal de calibração, Δn = 0.

[088] O Tc(n) pode ser usado como um parâmetro de correção para corrigir o relógio local de cada sistema, após seu valor ter sido determinado.

[089] Se Tc (n)>0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está adiantado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser subtraído do sistema de temporização deste sistema.

[090] Se Tc (n)<0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está atrasado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser adicionado ao sistema de temporização deste sistema. Dessa maneira, assegura-se que todos os sistemas tenham uma referência de tempo completamente consistente.

[091] Na concretização acima, uma unidade de temporização de alta precisão é usada para determinar o tempo necessário para ser determinado neste método. Ela pode não apenas enfrentar o problema de sincronização do relógio global entre os sistemas, mas também aprimorar a precisão da sincronização temporal, de modo que possa ser empregada em áreas com elevada necessidade de precisão de sincronização temporal, tal como detecção nuclear, ou tempo de voo.

[092] Correspondendo ao método acima, a presente revelação também revela uma estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas, incluindo pelo menos dois sistemas, uma fonte de relógio de referência, e uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência. Os sistemas acima são conectados por meio de caminhos. A unidade de gravação de sinal está em conexão de caminhos com a fonte de relógio de referência, e cada um dos sistemas está em comunicação com a fonte de relógio de referência através da unidade de gravação de sinal para determinar um desvio zero dos vários relógios locais no respectivo sistema e na fonte de relógio de referência.

[093] Como mostra a FIG. 2, a fonte de relógio de referência e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência podem pertencer a um dos sistemas, ou podem ser separadas ou externas aos sistemas. O princípio operacional da estrutura de acordo com a presente revelação será adicionalmente descrito no caso em que a fonte de relógio de referência e a unidade de gravação de sinal pertencem a um dos sistemas.

[094] Uma pluralidade de sistemas podem ser conectados juntos através de uma rede de comunicação existente (ou simples recém-criada). Quando cada sistema é ativado para começar a operar, o relógio local em cada sistema também pode começar a operar. Devido à diferença no tempo de ativação e no início da oscilação do relógio local de cada sistema, o relógio local de cada sistema pode não iniciar ao mesmo tempo. A estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas proposta pela presente revelação pode obter valores de diferença relativa entre os sistemas com a temporização e comparação da unidade de gravação de sinal, da fonte de relógio de referência e do relógio local de cada sistema. Esses valores de diferença podem ser usados para padronizar os respectivos relógios para uma referência de tempo consistente para alcançar a disposição do relógio global. Especificamente, qualquer um dos sistemas é escolhido para ser provido de um relógio local servindo de fonte de relógio de referência e uma unidade de gravação de sinal em uma conexão de caminhos com o relógio local servindo de elemento de temporização. A fonte de relógio de referência pode transmitir um sinal de calibração para outros sistemas, e gravar o tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração por sua unidade de gravação de sinal. Cada um dos outros sistemas pode receber o sinal de calibração, gravar o tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração, e gerar um sinal de retorno. Após o sinal de retorno chegar à fonte de relógio de referência, a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência pode gravar o tempo de chegada Td (n) do sinal de retorno. Pelo cálculo de Td (n) e Td (0), a distância de cada um dos outros sistemas a partir do sistema de referência pode ser calculada, ou seja, um Retardo de diferença de tempo fixo (n) pode ser calculado. O sistema de referência pode transmitir o Retardo de diferença de tempo calculado (n) para todos os outros sistemas. Enquanto isso, cada um dos outros sistemas pode calcular o valor de diferença entre seu próprio tempo zero e o temo zero do sistema de referência por seu Ta (n) calculado e Retardo recebido (n), isto é, o valor de diferença da referência de tempo, pelo que cada sistema corrige seu próprio sistema de relógio, por exemplo, fornecendo um retardo correspondente para seu sistema de relógio, de modo que os sistemas gerais possam ter uma referência de tempo completamente consistente. Os vários valores de diferença acima também podem ser determinados por outros processadores.

[095] Nesta concretização, o sinal de retorno pode ser um sinal de calibração original ou um sinal de confirmação transmitido pelo próprio sistema. Se o sinal de retorno for o sinal de calibração, Retardo (n) = (Td(n)- Td(0))/2 sem considerar o custo de tempo. Se o sinal de retorno for o sinal de confirmação, há um custo de tempo para confirmação, Retardo (n) = (Td (n) -Td (0) -Δn)/2. Quando a estrutura é usada em uma área que não é rigorosa com a precisão temporal, a unidade de gravação de sinal pode ser um elemento de temporização comum pelo qual a determinação do relógio global entre os sistemas pode ser alcançada de maneira eficaz. O tempo de chegada Ta (n) e o tempo de transmissão Tb (n) podem ser determinados pelo relógio global de cada sistema de maneira independente. Δn pode ser o valor padrão para cada sistema, que é determinado por experimentos e cálculos e armazenado em cada sistema.

[096] No entanto, quando a estrutura proposta pela presente revelação é usada em aplicações com grande necessidade de precisão temporal, a unidade de gravação de sinal possui uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência. Cada sistema deve ser provido de uma unidade de gravação de sinal interna. A unidade de gravação de sinal em cada sistema possui a mesma estrutura e escala de medição de tempo mínimo que a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência. A unidade de gravação de sinal pode incluir um controlador e um conversor de tempo de alta precisão acionado pelo controlador. A unidade de gravação de sinal pode estar em uma conexão de caminhos com o relógio local em cada sistema. Tal unidade de gravação de sinal é capaz de medir um tempo menor do que um ciclo de relógio de maneira precisa. Para um relógio global com uma exigência elevada de sincronização, a frequência de relógio global está geralmente acima de 50 MHz com um ciclo de relógio dentro de 20 ns, ou mesmo de até 200 MHz com um ciclo de relógio dentro de 2 ns. No entanto, o retardo do relógio global na linha também pode ser medido precisamente, o qual pode variar com o comprimento da linha, e possuir uma fase diferente da do relógio global do sistema. Para medir o retardo de maneira precisa, um dispositivo de medição de relógio de alta precisão é necessário, sem depender do relógio global. Um elemento de medição de sinal com uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio do relógio de referência (relógio local) pode alcançar uma medição de tempo de maior precisão, tal como retardo de linha ou desvio de fase.

[097] Como uma concretização preferida, o conversor de tempo possui uma escala de medição de tempo mínimo dentro de 1 ns. Além disso, nesta concretização, o conversor de tempo pode ser um TDC (conversor digital de tempo) ou TAC (conversor analógico de tempo) com uma precisão temporal dentro de 100 ps. Para o TDC, um controlador pode controlar o TDC para gravar e ler valores de tempo (gravar e ler valores de Td (0) e Td (n)). O TDC conta o tempo de forma assíncrona, ou seja, é acionado instantaneamente, geralmente em uma borda de salto do pulso elétrico, para o sinal de relógio, de modo que não haja sobrecarga de comunicação, e o TDC não dependa muito da frequência do relógio mestre. A precisão de temporização pode alcançar 10 ps pela temporização com um circuito de busca de retardo de circuito para medir uma duração de tempo menor do que o ciclo de relógio da fonte de relógio de referência (relógio local). Assim, uma unidade de conversão de tempo de tal precisão pode permitir a medição do ponto zero do relógio de cada sistema para a fonte de relógio de referência, o requisito de precisão de sincronização temporal para atingir ps pode ser satisfeito, e pode ser usada em um campo com grande necessidade de precisão temporal, tal como um sistema de imagiologia por varredura.

[098] Com tal configuração, o tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração e o tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno podem ser determinados pelo respectivo relógio local de cada sistema e pela unidade de gravação de sinal local de alta precisão temporal cooperada com o relógio local. Quando o sistema é determinado como tendo começado a operar, a unidade de gravação de sinal local grava um tempo zero ta0(n) quando o sistema começa a operar, e a unidade de gravação de sinal local grava um tempo de chegada ta1(n) do sinal de calibração quando o sinal de calibração é determinado como tendo chegado, de modo que o tempo de chegada seja Ta (n) = ta1(n)- ta0(n). A unidade de gravação de sinal local grava um tempo de transmissão tb1 (n) do sinal de retorno quando o sinal de retorno é determinado como sendo transmitido, de modo que o tempo de transmissão seja Tb (n) = tb1(n)-ta0(n). Isto irá assegurar que Ta (n) e Tb (n) tenham o mesmo nível de precisão que Td (0) e Td (n).

[099] Se o sinal de retorno for um sinal de confirmação, Δn = Tb (n)- Ta (n). O valor de Δn determinado dessa maneira possui o mesmo nível de precisão que Td (0) e Td (n) para assegurar a precisão do ponto zero do relógio.

[0100] A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência pode alcançar a troca do sinal de calibração (sinal de confirmação) com cada sistema através de uma linha. A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência também pode estar em uma comunicação bidirecional com os sistemas para trocar sinais. No caso em que uma linha é usada para alcançar a viagem de ida e volta do sistema, o sinal de calibração pode ser difundido uma vez que todos os sistemas estão em conexão uns com os outros, e tanto a unidade de gravação de sinal quanto os outros sistemas podem receber o sinal de calibração. Os controladores dos outros sistemas podem transmitir um sinal (que é, de preferência, um sinal diferente do sinal de calibração da fonte de relógio de referência) imediatamente após receber o sinal de calibração, respectivamente, para fazer os outros sistemas não considerarem o sinal de calibração como o sinal da fonte de relógio de referência. No caso em que a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência está em comunicação bidirecional com os sistemas, a transmissão e recebimento do sinal de calibração são separadas uma da outra, sem considerar a questão acima. A transmissão e o recebimento dos sinais são mais simples.

[0101] Além disso, na estrutura proposta pela presente revelação, a medição de sinal é baseada em sinais de circuito (salto do pulso elétrico) para obter precisamente os retardos e desvios de tempo dos diferentes sistemas. A transmissão de sinal através de um meio fixo possui um retardo e desvio mais determinístico. De modo a atingir o requisito de precisão do relógio global para ps, a fonte de relógio de referência está em uma conexão com fio com a unidade de gravação de sinal, a unidade de gravação de sinal está em conexão com fio com os sistemas, e os sistemas estão em conexões com fio uns com os outros.

[0102] Pela análise acima, para a estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas propostos pela presente revelação, cada sistema só precisa estar em comunicação com a fonte de relógio de referência através da unidade de gravação de sinal, de modo a permitir a disposição do relógio global entre os sistemas. Além disso, uma unidade de gravação de sinal de alta precisão temporal é usada para determinar o ponto zero do relógio entre o sistema e a fonte de relógio de referência, de modo que seja adequada para as aplicações com grande necessidade de precisão temporal.

[0103] A estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas proposta pela presente revelação será adicionalmente descrita por referência às seguintes concretizações.

[0104] Na primeira concretização, como ilustrado na FIG. 3, uma estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas é proporcionada, incluindo pelo menos dois sistemas, uma fonte de relógio de referência, e uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência. A unidade de gravação de sinal está em uma conexão de caminhos com a fonte de relógio de referência, e os sistemas estão em comunicação bidirecional entre si para formar uma rede linear. Pode haver uma pluralidade de redes lineares. A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência está em comunicação bidirecional com um dos sistemas em cada rede linear. Na concretização conforme ilustrada na FIG. 3, é preferível proporcionar uma rede linear, em que os sistemas estão em comunicação bidirecional entre si. A unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência está em comunicação bidirecional com um sistema na cabeça da rede linear. A fonte de relógio de referência está em uma conexão com fio com a unidade de gravação de sinal, a unidade de gravação de sinal está em uma conexão com fio com o sistema na cabeça, e os sistemas estão em conexões com fio uns com os outros.

[0105] Todos os sistemas estão em série através da rede linear. Apenas uma fonte de relógio de referência é disposta em um nó (uma extremidade da rede linear na concretização conforme ilustra a FIG. 3, para certificar-se que os sistemas tenham diferentes distâncias em relação à fonte de relógio de referência) da rede linear. Uma unidade de gravação de sinal de alta precisão também é disposta. A fonte de relógio de referência pode transmitir um sinal de calibração primeiramente, e a unidade de gravação de sinal da fonte de relógio de referência pode começar a gravar o tempo Td(0). Os sistemas podem receber o sinal de calibração sequencialmente, devido às diferentes distâncias dos sistemas para a fonte de relógio de referência. Para cada um dos sistemas, a unidade de gravação de sinal no interior pode gravar o tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração após o recebimento do sinal de calibração, o sinal de retorno (um sinal de confirmação ou o sinal de calibração retornado diretamente através de uma conexão elétrica) pode ser transmitido imediatamente pelo sistema para a unidade de gravação de sinal da fonte de relógio de referência, e o tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno pode ser gravado. De forma similar, devido às diferentes distâncias, a unidade de gravação de sinal pode receber sinal de retorno dos sistemas de maneira sequencial, e gravar os tempos de chegada Td (n). O retardo de tempo entre o sistema e a fonte de relógio de referência é o Retardo (n) = (Td (n) - Td (0))/2 ou Retardo (n) = (Td (n)-Td (0) - Δn)/2, em que o valor de Δn é determinado pelas etapas acima, baseado nas aplicações. O comprimento do fio conectado entre o sistema e a fonte de relógio de referência pode ser calculado como L (n) = Retardo (n)*C, onde C é uma velocidade próxima à velocidade da luz. Quando for exigido que todos os sistemas possuam uma referência de tempo completamente padronizada, o sistema de referência pode obter dados correspondentes do Retardo (n), e transmitir os dados para cada sistema, respectivamente. Cada sistema pode calcular os desvios zero Tc (n) de seu próprio relógio local a partir da fonte de relógio de referência, isto é, Tc (n) = (Ta (n) - Retardo (n) - Td (0)) ou Tc (n) = (Retardo(n) + Tb(n) -Td(n)), que pode ser usada para corrigir seu próprio relógio do sistema como um parâmetro de correção.

[0106] Se Tc (n)>0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está adiantado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser subtraído do sistema de temporização deste sistema.

[0107] Se Tc (n)<0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está atrasado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser adicionado ao sistema de temporização deste sistema.

[0108] Se uma pluralidade de redes lineares forem proporcionadas, é provável que uma pluralidade de sistemas tenha a mesma distância a partir da fonte de relógio de referência. Durante este processo, se os sinais de confirmação recebidos pela unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência forem menores do que o número de sistemas n (o que significa que há pelo menos dois sinais sobrepostos, e isso tem uma probabilidade muito baixa uma vez que a unidade de gravação de sinal é capaz de identificar um sinal com uma diferença superior a 10 ps em relação a outro), os sistemas podem ser medidos em lotes.

[0109] A medição e cálculo acima entre a fonte de relógio de referência e os outros sistemas podem ser realizados em quaisquer dois sistemas. Como mostra a FIG. 4, na segunda concretização, o relógio local do sistema A pode servir de fonte de relógio de referência para realizar a medição e cálculo com o sistema B, para obter o desvio de relógio entre o sistema A e o sistema B. Então, o sistema B pode servir de sistema de referência para realizar medição e cálculos com o sistema C, para obter o desvio de relógio entre o sistema B e o sistema C. O desvio de relógio entre o sistema A e o sistema C pode ser adicionalmente determinado baseado no desvio de relógio entre o sistema A e o sistema B previamente determinados, e assim por diante, de modo que os desvios de todos os sistemas de relógio em toda a rede possam ser completados.

[0110] Na terceira concretização, como ilustrado na FIG. 5, uma estrutura para determinar um relógio global entre os sistemas é proporcionada, incluindo uma fonte de relógio de referência, pelo menos dois sistemas e uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência. Os sistemas estão em conexão de caminhos entre si, a unidade de gravação de sinal está em uma conexão de caminhos com a fonte de relógio de referência, e os sistemas estão em comunicação bidirecional com a unidade de gravação de sinal para se comunicarem com a fonte de relógio de referência através da unidade de gravação de sinal. Nesta concretização, a fonte de relógio de referência é conectada aos sistemas em uma estrutura de rede em estrela, e uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência é proporcionada entre a fonte de relógio de referência e os sistemas. Uma unidade de gravação de sinal em uma conexão de caminhos com o relógio local pode ser proporcionada em cada sistema de acordo com a exigência de precisão temporal. No caso em que a unidade de gravação de sinal local é proporcionada, o relógio local de cada sistema está em comunicação bidirecional com a unidade de gravação de sinal de relógio, respectivamente. Nesta concretização, a fonte de relógio de referência está em uma conexão com fio com a unidade de gravação de sinal, e a unidade de gravação de sinal está em uma conexão com fio com os sistemas, e o relógio local está em uma conexão com fio com a respectiva unidade de gravação de sinal local.

[0111] Para obter o relógio global, todos os sistemas podem ser ativados primeiramente, e os respectivos relógios podem começar a funcionar, para medir e calcular os desvios dos respectivos sistemas de relógio. O relógio local de qualquer um dos sistemas pode servir de fonte de relógio de referência. A fonte de relógio de referência pode transmitir um sinal de calibração (que pode ser um simples pulso elétrico ou sinal de relógio) para outros sistemas. Enquanto isso, a unidade de gravação de sinal da fonte de relógio de referência pode começar a gravar o tempo Td(0). Os sistemas podem receber o sinal de calibração sequencialmente, devido às diferentes distâncias dos sistemas para a fonte de relógio de referência. Para cada um dos sistemas, a unidade de gravação de sinal no interior pode gravar o tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração após o recebimento do sinal de calibração, o sinal de retorno (um sinal de confirmação ou o sinal de calibração retornado diretamente através de uma conexão elétrica) pode ser transmitido imediatamente pelo sistema para a unidade de gravação de sinal da fonte de relógio de referência, e o tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno pode ser gravado. De forma similar, devido às diferentes distâncias, a unidade de gravação de sinal pode receber sinal de retorno dos sistemas de maneira sequencial, e gravar os tempos de chegada Td (n). O retardo de tempo entre o sistema e a fonte de relógio de referência é o Retardo (n) = (Td (n) - Td (0))/2 ou Retardo (n) = (Td (n)-Td (0) - Δn)/2, em que o valor de Δn é determinado pelas etapas acima, baseado nas aplicações. O comprimento do fio conectado entre o sistema e a fonte de relógio de referência pode ser calculado como L (n) = Retardo (n)*C, onde C é uma velocidade próxima à velocidade da luz. Quando for exigido que todos os sistemas possuam uma referência de tempo completamente padronizada, o sistema de referência pode obter dados correspondentes do Retardo (n), e transmitir os dados para cada sistema, respectivamente. Cada sistema pode calcular os desvios zero Tc (n) de seu próprio relógio local a partir da fonte de relógio de referência, isto é, Tc (n) = (Ta (n) - Retardo (n) - Td (0)) ou Tc (n) = (Retardo(n) + Tb(n) -Td(n)), que pode ser usada para corrigir seu próprio relógio do sistema como um parâmetro de correção.

[0112] Se Tc (n)>0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está adiantado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser subtraído do sistema de temporização deste sistema.

[0113] Se Tc (n)<0, isso significa que o ponto zero do relógio do sistema está atrasado em relação à fonte de relógio de referência, e este valor deverá ser adicionado ao sistema de temporização deste sistema.

[0114] Como mencionado, para a rede em estrela, é provável que uma pluralidade de sistemas tenha a mesma distância em relação à fonte de relógio de referência. Durante este processo, se os sinais de confirmação recebidos pela unidade de gravação de sinal forem menores do que o valor do sistema (o que significa que há pelo menos dois sinais sobrepostos, e isso tem uma probabilidade muito baixa uma vez que a unidade de gravação de sinal é capaz de identificar um sinal com uma diferença superior a 10 ps em relação a outro), os sistemas podem ser medidos em lotes.

[0115] As concretizações acima mostraram apenas alguns modos de aplicação da presente revelação, que é descrita mais especificamente e em detalhes, mas não podem ser consideradas como limitando o escopo da presente revelação. Deve-se observar que, para os versados na técnica, estas concretizações podem ter diversas variantes e modificações sem se afastar do presente conceito inventivo, todas as quais pertencem ao escopo de proteção da presente revelação. Assim, o escopo de proteção da presente revelação está sujeito às reivindicações anexas.

Claims (10)

1. Método para determinar um relógio global entre sistemas que são conectados por meio de caminhos e cada um dos quais possui seu próprio relógio local, CARACTERIZADO por compreender as seguintes etapas: (1) determinar um relógio local de um dentre os sistemas como uma fonte de relógio de referência para abranger todos os sistemas; (2) gerar, pela fonte de relógio de referência, um sinal de calibração, distribuir, por uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência no mesmo um dentre os sistemas, o sinal de calibração para cada um dos outros sistemas dentre todos os sistemas, e gravar, pela unidade de gravação de sinal, um tempo de transmissão Td (0) do sinal de calibração; (3) gravar, por cada um dos outros sistemas, respectivamente, um tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração baseado em um respectivo relógio local mediante a chegada do sinal de calibração no sistema, gerar um sinal de retorno, e gravar um tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno baseado no respectivo relógio local; receber, pela fonte de relógio de referência, o sinal de retorno de cada um dos outros sistemas, e gravar, pela unidade de gravação de sinal, um tempo de chegada Td (n) mediante a chegada do sinal de retorno na fonte de relógio de referência, de modo a determinar um Retardo de desvio absoluto (n) de cada um dos outros sistemas a partir da fonte de relógio de referência; e (4) determinar um desvio zero Tc (n) do respectivo relógio local a partir da fonte de relógio de referência, respectivamente, baseado no Retardo de desvio absoluto (n), no tempo de chegada Ta (n) do sinal de calibração ou no tempo de transmissão Tb (n) do sinal de retorno, e tomando Tc (n) como um parâmetro de correção para corrigir o respectivo relógio local de cada um dos outros sistemas, para formar um relógio global, em que, na etapa (3), o tempo de chegada Ta (n) e o tempo de transmissão Tb (n) são determinados através do respectivo relógio local em cada um dos outros sistemas e uma unidade de gravação de sinal local cooperada com o relógio local; quando o sistema é determinado como tendo começado a operar, a unidade de gravação de sinal local grava um tempo zero ta0(n) quando o sistema começa a operar baseado no respectivo relógio local, e a unidade de gravação de sinal local grava um tempo de chegada ta1(n) do sinal de calibração baseado no respectivo relógio local quando o sinal de calibração está determinado para chegar, de modo que o tempo de chegada seja Ta (n) = ta1(n)- ta0(n); a unidade de gravação de sinal local grava um tempo de transmissão tb1 (n) do sinal de retorno baseado no respectivo relógio local quando o sinal de retorno está determinado para ser transmitido, de modo que o tempo de transmissão seja Tb (n) = tb1(n)-ta0(n); na etapa (3), o sinal de retorno é um sinal de confirmação transmitido a partir de cada um dos outros sistemas, respectivamente, ou um sinal de calibração retornado, e o tempo de chegada Td (n) do sinal de confirmação ou o sinal de calibração é gravado para determinar o Retardo de desvio absoluto (n) de cada sistema: (I) se o sinal de retorno for um sinal de confirmação retornado, Retardo (n) = (Td(n)- Td(0) -Δn)/2, em que Δn é um tempo de resposta do respectivo sistema; e (II) se o sinal de retorno for um sinal de calibração retornado, Retardo (n) = (Td(n)- Td(0) )/2; na etapa (I), Δn é um valor padrão de sistema; ou Δn é determinado por uma unidade de gravação de sinal no respectivo sistema, de modo que Δn= Ta(n)- Tb(n); e na etapa (4), Tc (n)=(Ta (n)- Retardo(n)- Td (0)) ou Tc (n) = (Retardo(n) + Tb (n) —Td (n)).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: na etapa (1), a fonte de relógio de referência é uma unidade de controle de temporizador, ou inclui uma unidade de controle de temporizador e um gerador de relógio sob o controle da unidade de controle de temporizador; o sinal de calibração é formado por um pulso elétrico transmitido pela unidade de controle de temporizador diretamente, ou por um segmento de sinal de relógio transmitido pelo gerador de relógio acionado pela unidade de controle de temporizador.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência possui uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência; a unidade de gravação de sinal local possui uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio do relógio local; a unidade de gravação de sinal possui uma escala de medição de tempo mínimo dentro de 1 ns; e a unidade de gravação de sinal possui uma escala de medição de tempo mínimo dentro de 100 ps.

4. Estrutura para implementar o método para determinar um relógio global entre sistemas conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA por compreender sistemas conectados por meio de caminhos, uma fonte de relógio de referência e uma unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência em um dentre os sistemas, em que a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência está em uma conexão de caminhos com a fonte de relógio de referência, e cada um dos outros sistemas está em comunicação com a fonte de relógio de referência através da unidade de gravação de sinal para determinar um desvio zero de vários relógios locais no respectivo sistema e na fonte de relógio de referência.

5. Estrutura, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que cada sistema é provido com uma unidade de gravação de sinal em uma conexão de caminhos com seu próprio relógio local; o relógio local e a unidade de gravação de sinal de um dentre os sistemas são servidos como a fonte de relógio de referência e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência, respectivamente; a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência é conectada comunicativamente de forma bidirecional com os outros sistemas; e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência está em uma conexão com fio com a fonte de relógio de referência, a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência está em uma conexão com fio com os outros sistemas, e os sistemas estão em conexões com fio uns com os outros.

6. Estrutura, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADA pelo fato de que os sistemas são conectados comunicativamente uns com os outros de maneira sequencial para formar pelo menos uma estrutura de rede linear, e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência é conectada comunicativamente com um dentre os outros sistemas em cada estrutura de rede linear.

7. Estrutura, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência é conectada comunicativamente com um sistema em uma extremidade de cada estrutura de rede linear; os sistemas são conectados comunicativamente de maneira bidirecional uns com os outros; uma dentre a pelo menos uma estrutura de rede linear é proporcionada.

8. Estrutura, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a fonte de relógio de referência é conectada com os outros sistemas em uma estrutura de rede em estrela, e a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência é fornecida entre a fonte de relógio de referência e os outros sistemas.

9. Estrutura, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a unidade de gravação de sinal cooperada com a fonte de relógio de referência possui uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio da fonte de relógio de referência; a unidade de gravação de sinal local possui uma escala de medição de tempo mínimo menor do que metade de um ciclo de relógio do relógio local; a unidade de gravação de sinal inclui um controlador e um conversor de tempo em comunicação com e acionado pelo controlador, e o conversor de tempo possui uma precisão de tempo dentro de 1 ns; e o conversor de tempo é um conversor digital de tempo ou um conversor analógico de tempo com uma precisão de tempo dentro de 100 ps.

10. Estrutura, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a fonte de relógio de referência é uma unidade de controle de temporizador, ou inclui uma unidade de controle de temporizador e um gerador de relógio sob o controle da unidade de controle de temporizador.