CN104883037A - 一种多机系统及同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多电子设备组成的多机测试系统领域，公开了一种电子设备，其内部集成了一个同步模块，每一个电子设备都可以配置成主机或从机的角色，主机给其他从机提供同步信号，包括同步时钟信号和同步控制信号，同时从机接收和执行主机发送的同步信号，协调和调配整个同步系统的工作状态。本发明的多电子设备组成的多机系统，硬件连接简单，只需将两类同步信号端依次连接即可，软件上通过配置主设备和从设备，由主设备统一调度和控制所有的从设备运行，主从设备采用同一个时钟源、控制源，如此保证了多机的同步控制；实现了系统的同步功能。

Description

一种多机系统及同步方法

技术领域

本发明涉及多个电子设备组成的多机系统领域，具体涉多机系统的基准源同步技术。

背景技术

在可编程电子测试设备中，以一种交直流电源为例，交直流电源广泛应用于科学研究、经济建设、军事设施、医疗仪器及人民生活等各个方面，是电子和机电设备的基础，它为一切用电设备及装置提供优质电能。其包括:一功率放大模块，功率放大输出；一基准产生单元，进行幅值、频率、相位合成，输出波形基准；一采样单元，采样功率放大模块输出端的电流、电压；一误差放大单元，输入波形基准和电压采样结果，输出误差放大信号驱动功率放大模块。在实验室研发阶段和工程应用中，经常需要使用到大功率交直流电源以及频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的三相电源系统，这时需要考虑串并多机的系统。而在多机串并联电源系统中，波形基准的同步控制尤为重要和关键。然而在实现多机同步控制问题上，由于多台设备没有控制波形基准同步的时钟源及控制源，因此在相位和延迟时间上无法实现精确的控制，且由于受环境的影响，导致任意两台设备无法实现同步的输出，这样便会导致整个多机系统工作不正常。

 目前，多机串并联电源系统中主要是采用同步电路来进行同步，即搭建多机串并联电源系统时，另外加入一个同步模块，该模块提供同步所需的的时钟信号、控制信号等给各个子机；这样一方面搭建系统较为繁琐，接线要求高；对操作人员有要求，可操作性差，客户一般无法自行完成；另一方面，增加额外的同步电路，增加了系统的成本和体积。

不仅在交直流电源设备上，在其他的电子设备，比如可编程交直流电子负载中，同样存在波形基准产生单元，多机串并联时，同样需要基于同一时钟源、控制源同步控制波形基准产生单元输出的波形基准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于同一时钟源、控制源的多个电子设备组成的多机系统及其同步方法，无需额外搭建同步电路，解决多机系统各电子设备的同步问题。

一种多机系统，由多个电子设备组成，其中一个电子设备配置为主机，其余电子设备配置为从机，电子设备包含同步模块及基准产生单元，基准产生单元接收同步模块的同步信号并输出波形基准，从机同步模块接收主机同步模块输出的同步信号。

进一步地，同步模块包括信号滤波单元、PLL单元，所述同步信号分为两类，一类是同步时钟信号，另一类是同步控制信号， 所述同步时钟信号经隔离后输入PLL单元，一路经PLL单元倍频后输入所述基准产生单元，另一路经PLL单元锁频后隔离输出；所述同步控制信号经隔离后输入信号滤波单元，经滤波处理后一路输入所述基准产生单元，另一路经隔离后输出。

本发明还提供了多机系统的同步方法，包括如下步骤：

（1）接收同步开启信号；

（2）主、从机工作模式配置、初始化；

（3）主机配置内部时钟，输出同步时钟信号；从机配置外部时钟，输入主机提供的同步时钟信号；

（4）主机响应同步触发信号，根据波形参数设置合成并输出波形基准，同时输出同步触发信号；从机响应主机输出的同步触发信号，根据波形参数设置合成并输出波形基准；

（5）主机生成周期同步信号并输出；从机响应主机输出的周期同步信号，同步修正波形相位；

（6）主、从机保持波形输出，直到波形参数重置转步骤（7），或接收到同步关闭信号转步骤（8）；

（7）重新加载波形参数，重复步骤（4）~（6）；

（8）关闭波形基准输出。

本发明的电子设备内部集成了一个同步模块，每一个电子设备都可以配置成主机或从机的角色，主机给其他从机提供同步信号，包括同步时钟信号和同步控制信号，同时从机接收和执行主机发送的同步信号，协调和调配整个同步系统的工作状态。

利用本发明的电子设备搭建多机同步系统时，硬件连接较为简单，只需将两类同步信号端依次连接即可，即从机的同步信号输入端直接与主机的同步信号输出端连接，电路结构简单，适应性强，可操作性强。软件上通过配置主设备和从设备，由主设备统一调度和控制所有的从设备运行，主从设备采用同一个时钟源、控制源，在波形输出过程中，主机每个周期都会发出同步信号，从机接收周期同步信号，来修正自己的相位，在主机重置波形时，同时也重置从机波形，如此保证了多机的源同步控制，实现了系统的源同步功能，系统稳定性好。

附图说明

图1为本发明以交直流电源为例的电子设备结构图；

图2为本发明同步模块和基准产生单元结构图；

图3为多机串并联系统中，主、从机连接示意图；

图4为多机系统的同步控制流程图；

图5为多机同步控制时序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明；

实施例一

如图1所示，本实施例一以一种交直流电源为例，包括AC-DC转换模块，功率放大模块，基准产生单元，电压采样单元，电流采样单元，控制单元，误差放大单元和同步模块。AC-DC转换模块将市电转换为直流电作为功率放大模块的直流电源输入，功率放大模块对输入信号进行功率放大后输出。电压采样单元、电流采集单元分别采集功率放大模块输出端的电压、电流，通过AD转换模块转换成数字信号后传给控制单元作为输出电压、输出电流的瞬时值，用于计算电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等各种参数。电压采样结果还送给误差放大电路，作为电源输出的反馈信号。基准产生单元根据波形参数设置（电压幅值、频率、相位、起始角、停止角等）进行幅值、频率、相位的合成，输出波形基准到误差放大单元作为参考基准，误差放大单元输出误差放大信号驱动功率放大模块。同步模块分别与控制单元和基准产生单元连接，响应控制单元的控制输出同步信号到基准产生单元实现同步控制。

同步模块的结构如图2所示，包括信号滤波单元、PLL单元，具有同步信号输入端和输出端。同步信号分为两类，一类是同步时钟信号SYNCLK IN/OUT，另一类是同步控制信号，同步时钟信号经隔离后从同步时钟信号输入端输入PLL单元，一路经PLL单元倍频后输入基准产生单元，另一路经PLL单元锁频，隔离后从同步时钟信号输出端输出。同步控制信号经隔离后从同步控制信号输入端输入信号滤波单元，经滤波处理后一路输入基准产生单元，另一路经隔离后输出。

同步控制信号包括同步触发信号TRIG IN/OUT、周期同步信号SYN IN/OUT、同步开关信号ON/OFF IN/OUT及系统的故障报警信号FAIL IN/OUT。同步触发信号用于控制波形同步加载，周期同步信号用于控制波形相位同步修正，同步开关信号，用于控制多机同步启停，系统的故障报警信号用于系统故障时控制关闭波形基准输出。

本实施例基准产生单元包括DDS控制模块和DDS模块，DDS控制模块接收同步模块输出的同步信号控制DDS模块根据波形参数设置合成波形基准。DDS控制模块根据输入的同步控制信号对DDS输出波形的状态，使能等控制，不同于对DDS的波形参数（频率，幅值，相位）的控制。如图5，为了保证多机间的同步，本DDS控制模块控制DDS波形输出的开始，结束以及波形转换的时间点，还有对波形持续时间的控制等等。

本实施例的控制单元采用DSP实现，同步模块、DDS控制模块和DDS模块采用FPGA实现。

本实施例交直流电源还包括基准选择模块，用于实现交、直流功率输出转换。基准选择模块可以以外部模拟量为参考基准，当输入交流基准时，电源输出交流功率，当输入为直流基准时，电源输出直流功率。

如图3所示，在多机串并联电源系统中，只需将多个交直流电源同步模块的同步信号输入、输出端顺次连接，即可实现多机同步的传递。同步模块之间的连接用DB25连接器实现。

实施例二

当多个交直流电源并联组成单相交流电源系统时，其中一个电源配置为主机，其余电源配置为从机。主机的同步触发信号来自本机的DSP，周期同步信号由波形基准经波形过零处理后产生，同步启闭信号来自上位机，系统的故障报警信号来自上位机。从机同步模块的同步信号输入端与主机同步模块的同步信号输出端相连，接收主机发送的同步信号。多机并联组成单相电源时，从机误差放大单元、功率放大模块之间的连接断开，从机功率放大模块输入来自主机误差放大单元的误差放大信号（通过可控开关实现）。

实施例三

当至少两个交流电源连接组成多相交流电源系统时，其中一个电源配置为主机，其余电源配置为从机；主机的同步触发信号来自本机DSP，周期同步信号由波形基准经波形过零处理后产生，同步启闭信号来自上位机，系统的故障报警信号来自上位机。从机同步模块的同步信号输入端与主机同步模块的同步信号输出端相连，接收主机发送的同步信号。

图4为多相交流电源系统同步控制流程图，包括如下步骤：

（1）接收同步开启信号；

（2）主、从机工作模式配置、初始化；

（3）主机配置内部时钟，输出同步时钟信号；从机配置外部时钟，输入主机提供的同步时钟信号；

（4）主机响应同步触发信号，根据波形参数设置合成并输出波形基准，同时输出同步触发信号；从机响应主机输出的同步触发信号，根据波形参数设置合成并输出波形基准；

（5）主机生成周期同步信号并输出；从机响应主机输出的周期同步信号，同步修正波形相位；

（6）主、从机保持波形输出，直到波形参数重置转步骤（7），或接收到同步关闭信号转步骤（8）；

（7）重新加载波形参数，重复步骤（4）~（6）；

（8）关闭波形基准输出。

控制时序图见图5，同步控制信号有四条控制线，其中ON/OFF IN/OUT是同步开关信号，主机接收来自上位机ON/OFF IN信号，使能DDS模块，输出波形基准，与主机连接的从机接收主机的ON/OFF OUT信号，并传递给其余从机，同时使能波形输出。SYN IN/OUT信号是周期同步信号，主机SYN IN信号由主机输出的波形基准DDS OUT 1经波形过零调整后产生。与主机连接的从机则接收主机提供的SYN OUT信号，修正波形基准DDS OUT 2到初始相位，图中设置为180°相位差,并将主机提供的周期同步信号传递给其余从机。TRIG IN/OUT是同步触发信号，主机接收来自本机DSP的 TRIG IN，与主机连接的从机接收主机给出的TRIG OUT，在上升沿处，重新加载新的一轮波形参数，输出新的波形，并将主机提供的同步触发信号传递给其余从机，如图，新加载的波形幅值和频率都改变了。FAIL IN/OUT信号是系统的故障报警信号，由上位机检测到故障后，发给主机，再依次传递给从机，该信号低电平有效，此时要关闭源输出。

以上仅以交直流电源组成的多机系统为例对多机系统的同步进行了详细的说明，对于其他的电子设备，比如可编程交直流电子负载中，同样存在波形基准产生单元，多机串并联时，基于同一时钟源、控制源同步控制波形基准产生单元输出的波形基准的方法同样适用于多电子负载组成的多机系统中，其具体实现系统及方法不再赘述。

Claims (10)

1.一种多机系统，由多个电子设备组成，其中一个电子设备配置为主机，其余电子设备配置为从机，其特征在于：所述电子设备包含同步模块及基准产生单元，基准产生单元接收同步模块的同步信号并输出波形基准，从机同步模块接收主机同步模块输出的同步信号。

2.如权利要求1所述的多机系统，其特征在于：所述同步模块包括信号滤波单元、PLL单元，所述同步信号分为两类，一类是同步时钟信号，另一类是同步控制信号， 所述同步时钟信号经隔离后输入PLL单元，一路经PLL单元倍频后输入所述基准产生单元，另一路经PLL单元锁频后隔离输出；所述同步控制信号经隔离后输入信号滤波单元，经滤波处理后一路输入所述基准产生单元，另一路经隔离后输出。

3.如权利要求2所述的多机系统，其特征在于：所述同步控制信号包括同步触发信号，用于控制所述波形基准产生单元的波形同步加载。

4.如权利要求2所述的多机系统，其特征在于：所述同步控制信号包括周期同步信号，用于控制所述波形基准产生单元的波形相位同步修正。

5.如权利要求4所述的多机系统，其特征在于：所述周期同步信号由所述波形基准过零调整后产生。

6.如权利要求2所述的多机系统，其特征在于：所述同步控制信号包括同步开关信号，用于控制多机同步启停。

7.如权利要求2所述的多机系统，其特征在于：所述同步控制信号包括系统的故障报警信号，用于系统故障时关闭所述波形基准输出。

8.如权利要求1所述的多机系统的同步方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）接收同步开启信号；

（2）主、从机工作模式配置、初始化；

（3）主机配置内部时钟，输出同步时钟信号；从机配置外部时钟，输入主机提供的同步时钟信号；

（4）主机响应同步触发信号，根据波形参数设置合成并输出波形基准，同时输出同步触发信号；从机响应主机输出的同步触发信号，根据波形参数设置合成并输出波形基准；

（5）主机生成周期同步信号并输出；从机响应主机输出的周期同步信号，同步修正波形相位；

（6）主、从机保持波形输出，直到波形参数重置转步骤（7），或接收到同步关闭信号转步骤（8）；

（7）重新加载波形参数，重复步骤（4）~（6）；

（8）关闭波形基准输出。

9.如权利要求8所述的多机系统同步方法，其特征在于：主机输出的波形基准做过零处理后，得到一个与主机波形同频同相的方波信号，并将此方波信号送给从机，作为周期同步信号。

10.一种电子设备，包含基准产生单元，其特征在于：所述电子设备还包含同步模块,基准产生单元接收同步模块的同步信号并输出波形基准。