CN101399653B

CN101399653B - 一种时钟同步的实现方法

Info

Publication number: CN101399653B
Application number: CN2007100940962A
Authority: CN
Inventors: 杜兴东; 张欣明; 李珂
Original assignee: Qualcomm Atheros International Shanghai Co Ltd
Current assignee: Qualcomm Atheros International Shanghai Co Ltd
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: CN101399653A

Abstract

本发明公开了一种时钟同步的实现方法，包括如下步骤：(1)获取当前周期SLAVE(从设备)和MASTER(主设备)本地时钟的偏差值；(2)找到下个周期均分的补偿点；(3)在下个周期均分的补偿点中，用当前周期的偏差值作为下个周期的补偿量对SLAVE时钟的时间戳做相应的补偿。该方法的同步补偿非常稳定，无需使用PLL(锁相环)，电路成本低，且不会引入附加的时钟抖动。

Description

一种时钟同步的实现方法

技术领域

本发明涉及一种时钟同步的实现方法，可用于任何低成本的同步时钟应用。

背景技术

众多系统沿用传统已定义的协议从事时钟同步的需求。系统当中有两种时钟同步的需求：一种是工作时钟的同步以减少因时钟频率差所产生的信息丢失；另一种是逻辑时间(Time Stamp)的同步以确认不同地点的系统认同相同的时间点以从事有时序的工作。本发明是对Time Stamp同步的一种实现方法。

传统时钟恢复的方法如下：SLAVE(从设备)接收模块用本地的参考时钟和接收的数据进行接口时钟的恢复。时钟恢复电路可以采用模拟技术或数字技术。SLAVE用恢复出来的接口时钟做时隙分配的操作。而且所用的时钟恢复电路都需用PLL(锁相环)产生高频信号，电路成本也高。

上述方案有以下缺点：

1.要求系统中的时钟恢复电路性能较高；

2.如果速率提升，将导致时钟提升，不利于扩展性；

3.工作的环境比较复杂，很有可能导致恢复出来的时钟出现毛刺(Glitch)及时钟抖动(Jitter)等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种时钟同步的实现方法，该方法的同步补偿非常稳定，无需使用PLL，电路成本低，且不会引入附加的时钟抖动。

为解决上述技术问题，本发明提供一种时钟同步的实现方法，包括如下步骤：(1)获取当前周期SLAVE(从设备)和MASTER(主设备)本地时钟的偏差值；(2)找到下个周期均分的补偿点；(3)在下个周期均分的补偿点中，用当前周期的偏差值作为下个周期的补偿量对SLAVE时钟的时间戳做相应的补偿。

步骤(1)中，所述获取当前周期SLAVE和MASTER本地时钟的偏差值采用如下方法：SLAVE在当前周期收到MASTER发出的Gate MPCPDU报文中携带的时间戳，将该时间戳和SLAVE本地时钟的时间戳做比较，就能得到MASTER和SLAVE本地时钟的偏差值。

步骤(2)中，所述找到下个周期均分的补偿点采用除法单元找到补偿点，或者采用差值delta[n∶0]高低比特互换找到近似补偿点的方法。

步骤(3)中，所述做相应的补偿采取jump动作或者repeat动作。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.同步补偿非常稳定；

2.设计思路简单；

3.只需要精度不是很高的晶振，也无需片内的PLL去产生高频率的时钟，电路成本低；

4.无需使用PLL，由接收到的信号中提取时钟便可维持高的逻辑时钟(Time Stamp)的精准度；

5.这种实时(每个周期)补偿方法不会引入附加的时钟抖动在传输信号当中；

6.所占用的逻辑资源非常少。

附图说明

图1是本发明中MASTER时钟和SLAVE时钟产生时钟偏差的原理示意图；

图2是在SLAVE时钟慢于MASTER时钟的情况下，采用本发明方法补偿时钟偏差的示意图；

图3是在SLAVE时钟快于MASTER时钟的情况下，采用本发明方法补偿时钟偏差的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

头端的MASTER(主设备)和用户端的SLAVE(从设备)位于不同的地点。因此他们需要不同的晶振产生各自的时钟。

SLAVE通过接受MASTER周期性(比如10ms)发出的Gate MPCPDU报文(以下简称Gate)来使得它内部的时间戳(Time Stamp)和位于MASTER内部的主时间戳(Master Time Stamp)同步。MASTER也会接受SLAVE周期性(10ms)发出Report MPCPDU报文来获取SLAVE本地的时间戳信息，从而可以计算MASTER和SLAVE之间的Round Trip(往返)延迟。

MASTER和SLAVE的本地时钟源是独立的(如25MHz)晶振(Cystal)。通常普通的晶振有300～500ppm的误差，因此在SLAVE收到一个Gate控制桢到收到下一个Gate之间的间隔/周期(如10ms)内，用他们各自的晶振计算时间戳肯定会存在时钟偏差(clock variations)。

如图1所示，中间是MASTER本地的晶振产生的时间序列(MASTER本地时间)，上面是SLAVE晶振较慢的时间序列(SLAVE本地快时间)，下面是SLAVE晶振较快的时间序列(SLAVE本地慢时间)。本发明就是为了补偿各自独立晶振引起的时钟偏差。

1.当SLAVE收到的时间戳比本地的时间戳大的时候，也就是说SLAVE本地的(如25MHz)晶振比MASTER的(如25MHz)晶振要慢。这时需要SLAVE的时间戳在一个周期(如10ms)的累加过程中的某些时钟节拍中要有“+2”(jump)过程。

2.当SLAVE收到的时间戳比本地的时间戳小的时候，也就是说SLAVE本地的(如25MHz)晶振比MASTER的(如25MHz)晶振要快。这时需要SLAVE的时间戳在一个周期(如10ms)的累加过程中的某些时钟节拍中要有“+0”(repeat)过程。

SLAVE如何获取每个周期和MASTER本地时钟的差值(正表示快，负表示慢)，以便于SLAVE可以在下一个周期对Time Stamp做相应的补偿(jump或者repeat)。虽然SLAVE和MASTER各自的晶振有偏差，但是这个偏差是系统偏差，不会在一个周期内(如10ms)频繁抖动。本发明正是利用这个特点，巧妙地用上个周期的偏差值做为当前周期的补偿量，使得设计非常简单，所耗费的逻辑资源也非常少。

本发明提供一种时钟同步的实现方法，包括如下步骤：

(1)获取当前周期SLAVE和MASTER本地时钟的偏差值，具体采用如下方法：SLAVE在当前周期收到MASTER发出的Gate MPCPDU报文中携带的时间戳，将该时间戳和SLAVE本地时钟的时间戳做比较，就能得到MASTER和SLAVE本地时钟的偏差值。

(2)找到下个周期均分的补偿点；

(3)在下个周期均分的补偿点中，用当前周期的偏差值作为下个周期的补偿量对SLAVE时钟的时间戳做相应的补偿(采取jump动作或者repeat动作)。

MASTER每个周期都会发送一个Gate给SLAVE，而且间隔固定，SLAVE在当前周期开始时刻收到的MASTER下发的Gate(MASTER_LOCAL_TS)中携带的时间戳Time Stamp和本地SLAVE的时间戳TimeStamp(SLAVE_LOCAL_TS)做比较，就能得到MASTER和SLAVE的时钟差值以及快慢信息。下面分两种情况进行介绍：SLAVE时钟慢于MASTER时钟；以及SLAVE时钟快于MASTER时钟。为了让这个时差值变得有意义，系统会固定地由MASTER发送带有时间戳Time Stamp的Gate控制桢给SLAVE。即使因为偶然的错误，Gate控制桢因故或无故丢失，系统仍然可以前一个周期的偏差作为当前周期Time Stamp偏差的缺省值。

如图2所示，SLAVE时钟慢于MASTER时钟的情况。SLAVE收到第一个Gate(MASTER_LOCAL_TS)，把Gate中的Time Stamp(4)加载(Reload)到SLAVE本地时钟(SLAVE_LOCAL_TS)，然后开始累加，到收到第二个Gate的时候，SLAVE_LOCAL_TS＝130，MASTER_LOCAL_TS＝132，这时MASTER_LOCAL_TS-SLAVE_LOCAL_TS＝+2。

+2这个差值表示在一个周期里面SLAVE的时钟比MASTER的时钟慢2拍。所以SLAVE的补偿时钟(SLAVE_SYNC_TS)会在下一个周期均分的两拍补偿点中采取jump(+2)的动作。这样最后补偿后的时钟和MASTER能保持同步。

如图3所示，SLAVE时钟快于MASTER时钟的情况。SLAVE收到第一个Gate(MASTER_LOCAL_TS)，把Gate中的Time Stamp(4)加载(Reload)到SLAVE本地时钟(SLAVE_LOCAL_TS)，然后开始累加，到收到第二个Gate的时候，SLAVE_LOCAL_TS＝134，MASTER_LOCAL_TS＝132，这时MASTER_LOCAL_TS-SLAVE_LOCAL_TS＝-2。

-2这个差值表示在一个周期里面SLAVE的时钟比MASTER的时钟快2拍。所以SLAVE的补偿时钟(SLAVE_SYNC_TS)会在下一个周期均分的两拍补偿点中采取repeat(+0)的动作。这样最后补偿后的时钟和MASTER能保持同步。

对于如何均分地找到下一个补偿周期的补偿点方法有很多，可以用简单的除法单元找到补偿点，也可以用差值delta[n∶0]高低比特互换找到近似补偿点等方法。其中，n的值和一个周期的总时钟数的位宽相同。

对于用除法单元找补偿点的方法比较简单，但是比较耗费逻辑资源。例如一个周期是16个时钟节拍(0～15)，上个周期得到的时钟差值是+3。也就是说需要把SLAVE的本周期平分成4段(3+1)，那么SLAVE的一个周期的时钟节拍数除以(时钟差值+1)就能得到3个补偿点，每个补偿点的间隔是16/4＝4。那么这三个补偿点分别是4、8、12。

还有一种简单的方法，就是把时钟差值delta[n∶0]高低bit(比特)互换找到补偿点，这种方法简单实用，相对于用除法单元找补偿点的方法，所耗费的逻辑资源很少。例如一个周期是16个时钟节拍(0～15)，上个周期得到的时钟差值是+3，即delta[3∶0]＝3，那么3个原始的补偿点分别是1，2，3。把delta高低bit互换之后三个补偿点分别如下：原始补偿点1(4’b0001)高低bit互换后得到8(4’b1000)；原始补偿点2(4’b0010)高低bit互换后得到4(4’b0100)；原始补偿点3(4’b0011)高低bit互换后得到12(4’b1100)。所以经过高低bit互换之后的三个补偿点分别是4、8、12。显然这三个补偿点也能均匀地分插在一个周期里面。

Claims

1.一种时钟同步的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取当前周期从设备SLAVE和主设备MASTER本地时钟的偏差值；(2)找到下个周期均分的补偿点；(3)在下个周期均分的补偿点中，用当前周期的偏差值作为下个周期的补偿量对从设备SLAVE本地时钟的时间戳做相应的补偿。

2.如权利要求1所述的时钟同步的实现方法，其特征在于，步骤(1)中，所述获取当前周期SLAVE和MASTER本地时钟的偏差值采用如下方法：SLAVE在当前周期收到MASTER发出的Gate MPCPDU报文中携带的时间戳，将该时间戳和SLAVE本地时钟的时间戳做比较，就能得到MASTER和SLAVE本地时钟的偏差值。

3.如权利要求1所述的时钟同步的实现方法，其特征在于，步骤(2)中，所述找到下个周期均分的补偿点采用除法单元找到补偿点，或者采用差值delta[n:0]高低比特互换找到近似补偿点的方法，其中，n的值和一个周期的总时钟数的位宽相同。

4.如权利要求1所述的时钟同步的实现方法，其特征在于，步骤(3)中，所述做相应的补偿采取jump动作或者repeat动作。