CN103312407A

CN103312407A - 一种星载设备间时频信号的高精度传输方法

Info

Publication number: CN103312407A
Application number: CN2013101477032A
Authority: CN
Inventors: 钟兴旺; 邢伟; 陈惜泉; 张立新; 陈宇; 陶晓霞; 王岗
Original assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Current assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CN103312407B

Abstract

本发明公开了一种星载设备之间时频信号的高精度传输方法，包括以下步骤：在一个设备中将基准频率信号f1正弦信号首先通过正弦波转方波电路转换为基准频率信号f1方波信号，提供本设备应用，并通过设计的自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给其他设备使用；一个设备中利用基准频率信号f1方波信号通过时标生成电路分频产生时标方波信号，提供本设备应用，并通过设计的自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给其他设备使用。同时公开了一种自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路。采用本发明，既保证了时频传输的高精度，也实现了冷备份设备切换时的信号传输的自适应，使得在星上实现多设备协同处理，简化了系统单台设备复杂度。

Description

一种星载设备间时频信号的高精度传输方法

技术领域

本发明涉及一种星载设备间时标信号和频率信号的高精度传输方法。

背景技术

目前，在电子设备之间，频率基准信号传输一般采用正弦波信号传输，时标信号传输（如1PPS信号）一般按B（DC）码电气接口标准，通过V.11平衡双流接口电路传输，传输时延稳定性差，导致传输后带来的时钟精度降低，时频传输精度一般只能保证优于10ns。2008年《时间频率学报》V31（2）的“光纤时间传输与相位补偿”一文描述了利用光纤进行传输时间和频率信号，可获得较高的精度，但是这种方法很复杂，不适于卫星设备间使用。

随着导航卫星载荷技术的发展，星上信号处理复杂度增大，信号处理设备增加，需要多台设备协同完成整个有效载荷所承担的任务，就需要在多台设备间进行时频信号的传输，但是采用传统的方法，传输精度受限，不能满足需求。从一些文献看到的国外导航卫星星上与时频相关的处理设备一般集成于一台设备中，不存在类似问题。另外，长寿命星载处理设备一般要求具有单独冷备份设备，然而，目前没有一种适于具有冷备份的设备间进行时标和频率信号的高稳定传输方法。国内公开发表文章《电讯技术》在2007年V47（6）“高可靠性数据传输系统LVDS交叉备份方法”文中以一种高可靠数据传输系统为例，详细阐述了采用LVDS电平标准的交叉备份方案，文中提出的接口电路设计结构与本发明的接口电路设计结构有本质不同：该文中提出在TTL端交叉备份的方式实现交叉接口的方法，该方法存在的局限性在于设备1的主份和备份必须嵌入在同一台产品中，否则会使设备间需要传输TTL电平信号而导致抗共模干扰能力差且阻抗失配严重而导致信号传输相位恶化，设备1内部还必须设计有独立于主份和备份的公用母板，接口复杂度大，这些约束导致设备1复杂化，主份和备份耦合，不利于工程产品模块化。而本发明提出的方法是在LVDS端交叉备份的方式，由于独特的接口电路设计，具有接口信号的传输阻抗匹配性好，信号传输抖动和偏移小，故障隔离特能好，设备的主份和备份都可以是距离布局较远的独立产品，利于工程产品模块化等优点。另外，该文提出的方案与本发明解决的问题不同，该文解决的问题是高可靠数据传输问题，而本发明解决的问题是主份、备份独立且在设备间高精度地传输时频信号，保证时频信号传输的稳定性优于0.5ns。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种用于星载设备之间，时标信号和基准频率信号的高稳定时延传输方法和接口电路，保证了各星载处理设备在统一的时频基准的基础上，实现协同处理任务。

本发明的技术解决方案是：一种星载设备间时频信号的高精度传输方法，包括以下步骤：

（1）在设备1中将基准频率信号f1正弦信号首先通过正弦波转方波电路转换为基准频率信号f1方波信号，提供设备1的应用电路作为工作钟使用，并通过自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给设备2使用；所述低压差分信号电平特性适应TIA/EIA-644标准；（其中LVDS是国际上定义的一种电接口标准TIA/EIA-644,是公知标准，其正信号和负信号的电平大约为1.2V或1.4V，压差低约为340mv）

（2）在设备1中利用基准频率信号f1方波信号通过时标生成电路分频产生时标方波信号，提供设备2的应用电路作为时标参考信号使用，并通过自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给设备2使用；

所述设备1包括设备1的主份1A和备份1B，设备2包括设备2的主份2A和备份2B；设备1的主份1A和备份1B互为冷备份；设备2的主份2A和备份2B互为冷备份；

所述自动交叉冷备份型低压差分（LVDS）接口电路包括设备1主份1A和备份1B内的发送端驱动电路、设备间的交叉连接电缆和设备2的主份2A和备份2B内的接收端接收电路组成，设备1的主份1A中LVDS驱动器1的主份输出端通过连接器和电缆连接到设备2的主份2A的LVDS接收器输入端连接器，设备1的主份1A中LVDS驱动器1的主份输出端通过连接器和电缆连接到设备1的备份1B的LVDS驱动器2的备份输出端连接器；同样，设备1的备份1B中LVDS驱动器1的主份输出端通过连接器和电缆连接到设备2的备份2B的LVDS接收器输入端连接器，设备1的备份1B中LVDS驱动器1的主份输出端通过连接器和电缆连接到设备1的主份1A的LVDS驱动器2的备份输出端连接器。

所述的基准频率信号f1方波信号和时标方波信号的在设备间传输均转换为低压差分信号传输。

所述的基准频率信号f1方波信号和时标方波信号的生成在同一设备或在不同设备生成。

所述设备1的主份1A和备份1B内的发送端驱动电路中选用具有冷态高阻特性（Cold Spare）的LVDS驱动器且LVDS驱动器有备份，主驱动器和备驱动器均处于相同的加断电状态，使能端均固定为使能态；备份接口的LVDS驱动器输出端正负信号间设计100欧姆匹配电阻。

所述交叉接口电缆传输电缆采用100欧姆匹配阻抗的双绞线，其中p1和 n1结点均在设备1A的连接器内，p2和n2结点均在设备1B的连接器内，所述结点要求距离LVDS驱动器输出端连接导线长度尽量短，长度不大于100mm。

所述设备2的主份2A和备份2B内的接收端接收电路选用具有冷态高阻特性（Cold Spare）的LVDS接收器，其中LVDS接收器的使能端均固定为使能态，LVDS接收器输入正负信号间设计100欧姆匹配电阻。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明由于提出在LVDS端交叉备份的方式，由于独特的接口电路设计，与现有的在TTL端交叉备份的方式相比，设备的主份和备份都可以是距离布局较远的独立产品，利于工程产品模块化，且解决了主份、备份产品分离且能在设备间高精度地传输时频信号，保证时频信号传输的稳定性优于0.5ns。

（2）本发明由于在时频低压差分信号（LVDS）传输时，设计了独特的接口电路结构，保证了接口电路的高可靠性，同时克服了一般交叉接口电路切换时需要设计遥控指令控制，简化了星载处理系统的设计。

附图说明

图1为本发明原理示意图；

图2为本发明中的接口电路示意图；

图3为本发明中设备1到设备2，…，n间时频信号接口示意图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

如图1所示为本发明实施例示意图。本发明的星载设备间时频信号的高精度传输方法，包括以下步骤：（1）在一个设备中（如设备1）将基准频率信号f1正弦信号首先通过正弦波转方波电路转换为基准频率信号f1方波信号，提供本设备应用电路作为工作钟使用，并通过设计的自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给设备2使用；（2）一个设备中（如设备1）利用基准频率信号 f1方波信号通过时标生成电路分频产生时标方波信号（如1PPS信号），提供本设备应用电路作为时标参考信号使用，并通过设计的自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给设备2使用。

所述的基准频率信号f1方波信号和时标方波信号的生成可以在同一设备，也可以在不同设备生成。

如图2所示，自动交叉冷备份型低压差分（LVDS）接口电路，包括设备1A和设备1B内的发送端驱动电路、设备间的交叉连接电缆和设备2A和设备2B内的接收端接收电路组成；设备1A和设备1B互为冷备份，设备2A和设备2B互为冷备份。所述的发送端驱动电路，选用具有冷态高阻特性（Cold Spare）的LVDS驱动器且LVDS驱动器有备份，设备1（A）和设备1（B）中的LVDS驱动器1（主）和LVDS驱动器2（备）均处于相同的加断电状态，使能端均固定为使能态；备份接口的LVDS驱动器2（备）输出端正负信号间设计100欧姆匹配电阻。所述的交叉接口电缆的连接关系如图2所示，传输电缆采用100欧姆匹配阻抗的双绞线，其中p1和n1结点均在设备1A的连接器内，p2和n2结点均在设备1B的连接器内，这些结点要求距离LVDS驱动器1（主）输出端连接导线长度尽量短，一般长度不大于100mm。所述的接收端接收电路选用具有冷态高阻特性（Cold Spare）的LVDS接收器，其中LVDS接收器的使能端均固定为使能态，LVDS接收器输入正负信号间设计100欧姆匹配电阻。设备1（A）中LVDS驱动器1（主）输出端通过连接器和电缆连接到设备2（A）的LVDS接收器输入端连接器，设备1（A）中LVDS驱动器1（主）输出端通过连接器和电缆连接到设备1（B）的LVDS驱动器2（备）输出端连接器；同样，设备1（B）中LVDS驱动器1（主）输出端通过连接器和电缆连接到设备2（B）的LVDS接收器输入端连接器，设备1（B）中LVDS驱动器1（主）输出端通过连接器和电缆连接到设备1（A）的LVDS驱动器2（备）输出端连接器。

所述时频信号传输方法是以两种设备为例描述，本方法可以推广到1台设备到多个设备间时频信号接口。如图3所示为设备1到设备2，…，n间时频信号接口,与设备1到设备2时频信号传输方法不同之处在于，在设备1中发送驱动器扩展为n-1组。下面以i（i=2，…,n）组为例，加以描述:第i组自动交叉冷备份型低压差分（LVDS）接口电路，包括设备1A和设备1B内的发送端驱动电路、设备间的交叉连接电缆和设备iA和设备iB内的接收端接收电路组成；设备1A和设备1B互为冷备份，设备iA和设备iB互为冷备份。所述的发送端驱动电路，选用具有冷态高阻特性（Cold Spare）的LVDS驱动器且LVDS驱动器有备份，设备1（A）和设备1（B）中的LVDS驱动器1i（主）和LVDS驱动器2i（备）均处于相同的加断电状态，使能端均固定为使能态；备份接口的LVDS驱动器2i（备）输出端正负信号间设计100欧姆匹配电阻。所述的交叉接口电缆的连接关系如图3所示，传输电缆采用100欧姆匹配阻抗的双绞线，其中p1i和n1i结点均在设备1A的连接器内,p2i和n2i结点均在设备1B的连接器内，这些结点要求距离LVDS驱动器1i（主）输出端连接导线长度尽量短，一般长度不大于100mm。所述的接收端接收电路选用具有冷态高阻特性（Cold Spare）的LVDS接收器，其中LVDS接收器的使能端均固定为使能态，LVDS接收器输入正负信号间设计100欧姆匹配电阻。设备1（A）中LVDS驱动器1i（主）输出端通过连接器和电缆连接到设备i（A）的LVDS接收器输入端连接器，设备1（A）中LVDS驱动器1i（主）输出端通过连接器和电缆连接到设备1（B）的LVDS驱动器2i（备）输出端连接器；同样，设备1（B）中LVDS驱动器1i（主）输出端通过连接器和电缆连接到设备2（B）的LVDS接收器输入端连接器，设备1（B）中LVDS驱动器1i（主）输出端通过连接器和电缆连接到设备1（A）的LVDS驱动器2i（备）输出端连接器。

实施例

在设备1A和其备份设备1B中，基准频率信号f1为10.23MHz正弦波,首先通过正弦波转方波电路转换为基准频率信号f1方波信号，提供本设备内部应用电路作为工作钟使用，并通过设计的自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给设备2A和2B使用；同时在设备1A和其备份设备1B中，利用基准频率信号f1方波信号通过时标生成电路分频产生1PPS的时标方波信号，提供本设备内部应用电路作为时标参考信号使用，并通过设计的自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给设备2A和2B使用。

在设计的自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路中，选用具有冷态高阻特性（Cold Spare）的LVDS驱动器UT54LVDS031LV，选用具有冷态高阻特性（Cold Spare）的LVDS接收器UT54LVDS032LV，按本发明方法的电缆连接后，在设备1A或1B和设备2A或2B之间实现了高精度时频信号传输。对于设备1，无论A机或者B机之一加电工作，都可以将时频信号高时延稳定地传输给设备2的工作机；对于设备2，无论A机或者B机之一加电工作，都可以实现从设备1工作机得到高时延稳定的时频信号。

从本发明方法的实现性能，时频信号传输精度可以达到优于0.5ns，设备1和设备2的工作机和冷备机的交叉切换只需要先关工作机，再开备份机，传输接口电路自动适应交叉切换。

对于设备1到多台设备的时频信号传输，是设备1到设备2的时频信号传输的典型实例的扩展应用，实现过程没有差异，只是在设备1中增加相同设计的接口驱动电路，时频信号传输精度仍可以达到优于0.5ns。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种星载设备间时频信号的高精度传输方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）在设备1中将基准频率信号f1正弦信号首先通过正弦波转方波电路转换为基准频率信号f1方波信号，提供设备1的应用电路作为工作钟使用，并通过自动交叉备份型低压差分（LVDS）接口电路传输给设备2使用；

2.根据权利要求1所述的一种星载设备间时频信号的高精度传输方法，其特征在于：所述的基准频率信号f1方波信号和时标方波信号的在设备间传输均转换为低压差分信号传输。

3.根据权利要求1所述的一种星载设备间时频信号的高精度传输方法，其特征在于：所述的基准频率信号f1方波信号和时标方波信号的生成在同一设备或在不同设备生成。

4.根据权利要求1所述的一种星载设备间时频信号的高精度传输方法，其特征在于：所述设备1的主份1A和备份1B内的发送端驱动电路中选用具有冷态高阻特性的LVDS驱动器且LVDS驱动器有备份，主驱动器和备驱动器均处于相同的加断电状态，使能端均固定为使能态；备份接口的LVDS驱动器输出端正负信号间设计100欧姆匹配电阻。

5.根据权利要求1所述的一种星载设备间时频信号的高精度传输方法，其特征在于：所述交叉接口电缆传输电缆采用100欧姆匹配阻抗的双绞线，其中p1和n1结点均在设备1A的连接器内，p2和n2结点均在设备1B的连接器内，所述结点要求距离LVDS驱动器输出端连接导线长度尽量短，长度不大于100mm。

6.根据权利要求1所述的一种星载设备间时频信号的高精度传输方法，其特征在于：所述设备2的主份2A和备份2B内的接收端接收电路选用具有冷态高阻特性的LVDS接收器，其中LVDS接收器的使能端均固定为使能态，LVDS接收器输入正负信号间设计100欧姆匹配电阻。