CN104935394A - 时间信号发生器及时间测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明属于时间同步的技术领域。为了解决目前使用时间测试仪检测不同类型设备时过程较复杂的问题，本发明提出一种时间测试仪，该时间测试仪包括时间信号发生器和测试模块，该时间信号发生器包括频率模块、时间模块、时间基准模块、输出控制模块和输出模块；所述频率模块和所述时间模块均与所述时间基准模块连接；所述时间基准模块和所述输出模块均与所述输出控制模块连接；所述时间基准模块用于将产生的时间基准发送给所述输出控制模块；所述输出控制模块用于将接收到的时间基准转换为多种不同类型的时间信号，并由输出模块输出，所述输出模块与测试模块连接。本发明时间测试仪简化了检测不同设备的时间偏差的过程，使用更简单，更方便。

Description

时间信号发生器及时间测试仪

技术领域

本发明属于时间同步的技术领域，具体涉及一种时间信号发生器及时间测试仪。

背景技术

在电力、通信等行业，许多业务的正常运行都要求系统中不同设备之间时间同步。时间测试仪是用于检测设备的时间偏差的工具，为判断不同设备之间是否保持时间同步提供依据。目前时间测试仪通常以全球定位系统(GlobalPositioning System，以下简称GPS)作为时钟源，以获取GPS绝对时间，再通过铷钟获取基准振荡频率，然后时间测试仪将该基准振荡频率和获取的GPS绝对时间做进一步处理，以产生时间基准，时间测试仪根据该时间基准检测设备的时间偏差。在电力、通信等行业中，需要用时间测试仪检测的设备类型多种多样，而不同类型的被测设备的时间信号也不同，例如，被测设备的时间信号可能是IRIG-B(Inter Range Instrumentation Group，美国靶场仪器组)信号，可能是1PPS(pulse per second，秒脉冲)+TOD(Time of Day，日时间信息)信号，也可能是PTP(Precision Time Protocol，精确时间协议)或NTP(NetworkTime Protocol，网络时间协议)信号。而目前时间测试仪通常只输出频率标准或只输出一种时间信号，当检测不同类型设备时，时间测试仪的输出信号经常与被测设备的时间信号不一致，这时就需要对时间测试仪的输出信号进行转换或解码，使得检测过程较复杂。

发明内容

为了解决目前使用时间测试仪检测不同类型设备时过程较复杂的问题，本发明提出一种时间信号发生器及时间测试仪，以简化使用时间测试仪检测不同类型设备的过程，使得时间测试仪的使用更简单，更方便。

本发明时间信号发生器包括频率模块、时间模块、时间基准模块、输出控制模块和输出模块；所述频率模块和所述时间模块均与所述时间基准模块连接；所述频率模块用于向所述时间基准模块提供基准振荡频率；所述时间模块用于向所述时间基准模块提供时间信息；所述时间基准模块根据基准振荡频率和时间信息产生时间基准；所述时间基准模块和所述输出模块均与所述输出控制模块连接；所述时间基准模块用于将产生的时间基准发送给所述输出控制模块；所述输出控制模块用于将接收到的时间基准转换为不同类型的时间信号，该时间信号由所述输出模块输出。

其中，该时间信号发生器还包括判断模块，该判断模块与所述输出控制模块连接，用于判断被测设备时间信号的类型，并将被测设备的时间信号类型信息发送给所述输出控制模块，所述输出控制模块根据接收到的被测设备的时间信号类型信息，确定输出的时间信号的类型，以使输出的时间信号与被测设备的时间信号相对应。

其中，还包括显示模块，该显示模块与所述输出控制模块连接，用于显示所述输出控制模块的信息。

其中，所述显示模块为LCD。

其中，所述时间模块为GPS收发器。

其中,所述时间模块为BDS收发器。

其中，所述频率模块为铯钟。

其中,所述不同类型的时间信号为IRIG-B时间信号、1PPS+TOD时间信号、PTP时间信号或NTP时间信号。

本发明还提出一种包括上述任一种时间信号发生器的时间测试仪，该时间测试仪的测试模块与所述时间信号发生器的输出模块连接，所述输出模块将不同类型的时间信号发送给所述测试模块，该测试模块根据接收到的时间信号测量待测设备的时间偏差。

其中，所述待测设备为时频测量装置、B码输出装置或4G装置。

本发明时间信号发生器及时间测试仪具有如下的有益效果：

本发明的时间基准模块产生时间基准，输出控制模块将时间基准模块产生的时间基准转换为多种不同类型的时间信号，例如IRIG-B时间信号、1PPS+TOD时间信号、PTP时间信号或NTP时间信号，以与不同类型的被测设备相对应。本发明的输出控制模块通过判断模块检测被测设备时间信号的类型，然后根据被测设备时间信号的类型输出与被测设备时间信号的类型相对应的时间信号。本发明时间信号发生器能够输出多种不同类型的时间信号，以与被测设备的时间信号的类型相对应。在使用本发明包括时间信号发生器的时间测试仪检测设备的时间偏差时，将时间测试仪与被测设备连接，本发明时间测试仪会自动根据被测设备类型输出与被测设备相对应的时间信号，直接就可以检测被测设备的时间偏差，不需要对时间测试仪输出的时间信号再进行转换或解码，简化了检测不同设备的时间偏差的过程。本发明时间测试仪能够输出多种不同类型的时间信号，以与不同类型的设备相对应，使用本发明时间测试仪能够直接检测不同类型的设备的时间偏差，使用更简单，更方便。

附图说明

图1为本发明时间信号发生器的结构示意图；

图2为本发明时间信号发生器的工作流程图；

图3为本发明时间信号发生器的一种优选结构的示意图；

图4为本发明时间测试仪的结构示意图；

图5为PTP时间信号的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图介绍本发明的技术方案。

如图1所示，本发明时间信号发生器包括频率模块13、时间模块15、时间基准模块14、输出控制模块10、判断模块11和输出模块12。频率模块13与时间基准模块14连接，用于向时间基准模块14提供基准振荡频率。时间模块15与时间基准模块14连接，用于向时间基准模块14提供时间信息。时间基准模块14根据基准振荡频率和时间信息产生时间基准。时间基准模块14与输出控制模块10连接，用于将产生的时间基准发送给输出控制模块10。输出模块12与输出控制模块10连接，输出控制模块10用于将接收到的时间基准转换为不同类型的时间信号，该时间信号由输出模块12输出。判断模块11与输出控制模块10连接，用于判断被测设备时间信号的类型，并将被测设备的时间信号类型信息发送给输出控制模块10，输出控制模块10根据接收到的被测设备的时间信号类型信息，确定输出的时间信号的类型，以使输出的时间信号与被测设备的时间信号相对应。

下面详细介绍本发明的技术方案。

频率模块13与时间基准模块14连接，用于向时间基准模块14提供基准振荡频率，频率模块13可以为铯钟或铷钟，优选使用铯钟，因为铯钟产生的基准振荡频率精度更高，能够为时间基准模块14提供精度更高的基准振荡频率。时间模块15与时间基准模块14连接，用于向时间基准模块14提供时间信息，时间模块15可以是GPS收发器，这样时间模块15向时间基准模块14提供GPS精确绝对时间；时间模块15也可以是BDS(BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统)收发器，这样时间模块15向时间基准模块14提供BDS精确绝对时间；时间模块15也可以是提供相对时间的时钟源，时间模块15的类型根据实际需要而定。时间基准模块14对频率模块13提供的基准振荡频率和时间模块15提供的时间信息进行处理，以产生时间基准。

例如，频率模块13为铷钟，时间模块15为GPS收发器，时间模块15将GPS精确绝对时间信息发送给时间基准模块14，时间基准模块14获得GPS精确绝对时间信息；铷钟产生基准振荡频率，并将该基准振荡频率发送给时间基准模块14，时间基准模块14从铷钟获得基准振荡频率，然后将GPS精确绝对时间信息和基准振荡频率经过算法处理，处理完成后产生时间基准，该时间基准可以理解成一种时间信号，该时间信号携带GPS精确绝对时间信息，并由时间码元组成。

例如，频率模块13为铯钟，时间模块15为GPS收发器，时间模块15为时间基准模块14提供GPS精确绝对时间信息，时间基准模块14从时间模块15获得GPS精确绝对时间信息；铯钟能够产生精度更高的基准振荡频率，并将该基准振荡频率发送给时间基准模块14，时间基准模块14从铯钟获得基准振荡频率，然后将GPS精确绝对时间信息和基准振荡频率经过算法处理，处理完成后产生时间基准，该时间基准是指一种时间信号，该时间信号携带GPS精确绝对时间信息，并由时间码元组成。

例如，频率模块13为铷钟，时间模块15为BDS收发器，时间模块15将BDS精确绝对时间信息发送给时间基准模块14，BDS是由中国自主研发并投入运营导航系统,相比使用由美国军方控制的GPS，使用BDS更安全。时间基准模块14从时间模块15获得BDS精确绝对时间信息。铷钟属于原子时钟，用于产生基准振荡频率并将该基准振荡频率发送给时间基准模块14，时间基准模块14获得基准振荡频率，然后将BDS精确绝对时间信息和基准振荡频率经过算法处理，处理完成后产生时间基准，该时间基准可以理解成一种时间信号，该时间信号携带GPS精确绝对时间信息，并由时间码元组成。

例如,频率模块13为铯钟,时间模块15为BDS收发器，时间模块15将BDS精确绝对时间信息发送给时间基准模块14，BDS是由中国自主研发并投入运营导航系统,使用BDS更安全可靠。时间基准模块14从时间模块15获得BDS精确绝对时间信息。铯钟属于原子时钟，能够产生精度更高的基准振荡频率并将该基准振荡频率发送给时间基准模块14，时间基准模块14获得基准振荡频率，然后将BDS精确绝对时间信息和基准振荡频率经过算法处理，处理完成后产生时间基准，该时间基准可以理解成一种时间信号，该时间信号携带GPS精确绝对时间信息，并由时间码元组成。

时间基准模块14和输出模块12均与输出控制模块10连接，时间基准模块14用于将产生的时间基准发送给输出控制模块10，输出控制模块10用于将接收到的时间基准转换为多种不同类型的时间信号，例如IRIG-B时间信号、1PPS+TOD时间信号、PTP时间信号或NTP时间信号。

IRIG(Inter Range Instrumentation Group)是美国靶场仪器组的简称，IRIG码是美国靶场司令委员会制定的一种时间标准，现广泛应用于军事、商业、工业等诸多领域。IRIG码共有四种并行二进制时间码格式和六种串行二进制时间码格式，其中，最常用的是IRIG-B时间码格式。IRIG-B时间信号就是由IRIG-B码组成的时间信号，IRIG-B码是每秒一帧的串行时间码，每一帧包括100个IRIG-B时间码元，每个时间码元的宽度为10ms。按照IRIG-B码的标准定义，IRIG-B时间码元有3种类型，即P码元、1码元和0码元，P码元为标志位，1码元表示二进制的1，0码元表示二进制的0，IRIG-B码就是通过这三种码元的组合完成时间信息的传输。

目前使用的1PPS+TOD时间信号的参数为：TOD信息波特率默认为9600，无奇偶校验，1个起始位(用低电平表示)，1个停止位(用高电平表示)，空闲帧为高电平，8个数据位，应在1PPS上升沿1ms后开始传送TOD信息，并在500ms内传完，此TOD消息标示当前1PPS触发上升沿时间。TOD协议报文发送频率为每秒1次。TOD信号是ASCII(American Standard Code for InformationInterchange，美国标准信息交换代码)码的方式。对于1PPS秒脉冲，采用上升沿作为准时沿，上升时间应小于50ns，脉宽应为20ms～200ms。

应用了PTP协议的网络称为PTP域，PTP域包括主钟和从钟，从钟和主钟之间通过PTP时间信号进行时间同步。具体地，如图5所示，主钟周期性地向网络上广播发送同步Sync报文，与此同时，主钟监视并将上述同步报文实际发送的时间T1作为同步报文的精确时间戳，并在随后的Follow_Up报文中携带T1。从钟在收到Sync同步报文后，首先记下报文的精确到达时间T2，然后接收到Follow_Up报文，从Follow_Up报文中取出时间戳T1。为了得到主从钟的传输时延，网络中的从钟以单播方式向主钟发送延时请求Delay_Req报文，同时记录该报文在网络接口处的实际发送时间T3。相应地，主钟接收到延时请求报文时会记下此报文的精确到达时间T4，并在随后的Delay_Resp报文中发送T4给从钟，从钟接收到Delay_Resp报文后，从中取出时间戳T4。这样从钟便得到时间戳T1、T2、T3、T4，根据这四个时间值便可以计算出主从钟的偏移量offset和传输时延delay，从钟根据偏移量offset和传输时延delay调整自己的时间，从而可以实现主从钟同步。

NTP是用来在整个网络内发布精确时间的TCP/IP协议，其本身的传输基于UDP,保留端口号123。它可以使计算机或网络设备对其服务器或时钟源(如石英钟，GPS等等)做同步化，可以提供高精准度的时间校正(LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒)，且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。NTP提供准确时间，首先要有准确的时间来源，这一时间应该是国际标准时间UTC。NTP获得UTC的时间来源可以是原子钟、天文台、卫星，也可以从Internet上获取。这样就有了准确而可靠的时间源。

判断模块11与输出控制模块10连接，用于判断被测设备时间信号的类型，并将被测设备时间信号的类型信息发送给输出控制模块10。不同的时间信号，例如IRIG-B时间信号、1PPS+TOD时间信号、PTP时间信号或NTP时间信号，这些时间信号都有标准的定义，这些时间信号的时间码元以及时间码元的宽度都是不同的，例如IRIG-B时间信号包括3种类型的码元，即P码元、1码元和0码元，每个时间码元的宽度为10ms；1PPS+TOD时间信号的TOD信息采用ASCII码的方式，1PPS秒脉冲采用上升沿作为准时沿，上升时间应小于50ns，脉宽应为20ms～200ms，1PPS上升沿1ms后开始传送TOD信息，因此判断模块11根据时间码元的宽度及类型判断被测设备时间信号的类型。

不同类型的被测设备的时间信号也不同，所以检测出被测设备时间信号的类型后，就能够根据被测设备时间信号的类型输出与被测设备的时间信号相对应的时间信号。输出控制模块10根据接收到的被测设备时间信号的类型信息，确定要输出哪一种时间信号，并通过输出模块12将该时间信号输出，以使输出的时间信号与被测设备的时间信号相对应。例如，当被测设备的时间信号为IRIG-B时间信号时，判断模块11根据时间码元的类型及宽度判断出被测设备的时间信号为IRIG-B时间信号，然后将判断结果发送给输出控制模块10，输出控制模块10根据被测设备时间信号的类型确定要输出IRIG-B时间信号，并通过输出模块12将该IRIG-B时间信号输出，以检测被测设备的时间偏差。

如图2所示，本发明时间信号发生器的工作流程为：

步骤S1，频率模块13向时间基准模块14提供基准振荡频率，频率模块13可以为铯钟或铷钟，优选使用铯钟，因为铯钟产生的基准振荡频率精度更高，能够为时间基准模块14提供精度更高的基准振荡频率。时间基准模块14获得基准振荡频率。

步骤S2，时间模块15向时间基准模块14提供时间信息，时间模块15可以为GPS收发器或BDS收发器，以为时间基准模块14提供精确的GPS或BDS绝对时间，也就是将GPS或BDS的时间信号发送给时间基准模块14，时间基准模块14获得精确的GPS或BDS绝对时间信息。时间模块15也可以是提供相对时间的时钟源，时间模块15将相对时间信息发送给时间基准模块14，时间基准模块14获得相对时间信息。

步骤S3，时间基准模块14接收到频率模块13提供的基准振荡频率和时间模块15提供的时间信息，并对基准振荡频率和时间信息做进一步算法处理，处理完成后产生时间基准，该时间基准可以理解成一种时间信号，该时间信号携带GPS精确绝对时间信息，并由时间码元组成。

步骤S4，判断模块11判断被测设备时间信号的类型，并将被测设备时间信号的类型信息发送给输出控制模块10。不同的时间信号，例如IRIG-B时间信号、1PPS+TOD时间信号、PTP时间信号或NTP时间信号，这些都是现有的标准时间信号，但这些时间信号的时间码元以及时间码元的宽度是不同的，例如IRIG-B时间信号包括3种类型的码元，即P码元、1码元和0码元，每个时间码元的宽度为10ms；1PPS+TOD时间信号的TOD信息采用ASCII码的方式，1PPS秒脉冲采用上升沿作为准时沿，上升时间应小于50ns，脉宽应为20ms～200ms，1PPS上升沿1ms后开始传送TOD信息，因此判断模块11根据时间码元的宽度及类型判断被测设备时间信号的类型。

步骤S5，时间基准模块14将产生的时间基准发送给输出控制模块10，输出控制模块10将接收到的时间基准转换成多种不同类型的时间信号，例如IRIG-B时间信号、1PPS+TOD时间信号、PTP时间信号或NTP时间信号。输出控制模块10接收判断模块11发送的被测设备的时间信号类型信息，并根据接收到的被测设备时间信号的类型信息，确定输出与被测设备的时间信号类型相对应的时间信号，因为不同类型的被测设备的时间信号也不同，所以检测出被测设备时间信号的类型后，就能够根据被测设备时间信号的类型输出与被测设备的时间信号相对应的时间信号。例如判断模块11检测出待测设备时间信号的类型为1PPS+TOD时间信号，并将待测设备时间信号的类型信息发送给输出控制模块10，控制模块10根据接收到的待测设备时间信号的类型信息，确定输出1PPS+TOD时间信号，以使输出的时间信号与被测设备的时间信号相对应。

步骤S6，输出控制模块10通过输出模块12将与被测设备的时间信号相对应的时间信号输出。

图3为本发明时间信号发生器的一种优选结构的示意图，图3所示的时间信号发生器与图1所示的时间信号发生器不同的是还包括显示模块16，该显示模块16与输出控制模块10连接，用于显示输出控制模块10的信息。例如，显示输出控制模块10可以输出哪些类型的时间信号，显示判断模块11发送的被测设备的时间信号类型信息，显示当前输出控制模块10输出的时间信号类型。其中显示模块16可以是LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)。

本发明还提出一种时间测试仪，该时间测试仪包括测试模块和上述时间信号发生器，如图4所示，时间测试仪包括包括频率模块13、时间模块15、时间基准模块14、输出控制模块10、判断模块11、输出模块12和测试模块17。频率模块13与时间基准模块14连接，用于向时间基准模块14提供基准振荡频率。时间模块15与时间基准模块14连接，用于向时间基准模块14提供时间信息。时间基准模块14根据基准振荡频率和时间信息产生时间基准。时间基准模块14与输出控制模块10连接，用于将产生的时间基准发送给输出控制模块10。输出模块12与输出控制模块10连接，输出控制模块10用于将接收到的时间基准转换为不同类型的时间信号，该时间信号由输出模块12输出。判断模块11与输出控制模块10连接，用于判断被测设备时间信号的类型，并将被测设备的时间信号类型信息发送给输出控制模块10，输出控制模块10根据接收到的被测设备的时间信号类型信息，确定输出的时间信号的类型，以使输出的时间信号与被测设备的时间信号相对应。测试模块17与输出模块12连接，该输出模块12将与待测设备的时间信号类型相对应的时间信号发送给测试模块17，该测试模块接收输出模块12发送的时间信号，并根据接收到的时间信号测量待测设备的时间偏差。其中，待测设备可以为时频测量装置、B码输出装置或4G装置。

本发明时间信号发生器能够输出多种不同类型的时间信号，以与被测设备的时间信号类型相对应。在使用本发明包括时间信号发生器的时间测试仪测量设备的时间偏差时，将时间测试仪与被测设备连接，时间测试仪会自动根据被测设备类型输出与被测设备相对应的时间信号，直接就可以检测被测设备的时间偏差，不需要对时间测试仪输出的时间信号再进行转换或解码，简化了检测不同设备的时间偏差的过程。本发明时间测试仪能够输出多种不同类型的时间信号，以与不同类型的设备相对应，使用本发明时间测试仪能够直接检测不同类型的设备的时间偏差，使用更简单，更方便。

Claims (10)

1.一种时间信号发生器，其特征在于，包括频率模块、时间模块、时间基准模块、输出控制模块和输出模块；

所述频率模块和所述时间模块均与所述时间基准模块连接；所述频率模块用于向所述时间基准模块提供基准振荡频率；所述时间模块用于向所述时间基准模块提供时间信息；所述时间基准模块根据基准振荡频率和时间信息产生时间基准；

所述时间基准模块和所述输出模块均与所述输出控制模块连接；所述时间基准模块用于将产生的时间基准发送给所述输出控制模块；所述输出控制模块用于将接收到的时间基准转换为不同类型的时间信号，该时间信号由所述输出模块输出。

2.根据权利要求1所述的时间信号发生器，其特征在于，该时间信号发生器还包括判断模块，该判断模块与所述输出控制模块连接，用于判断被测设备时间信号的类型，并将被测设备的时间信号类型信息发送给所述输出控制模块，所述输出控制模块根据接收到的被测设备的时间信号类型信息，确定输出的时间信号的类型，以使输出的时间信号与被测设备的时间信号相对应。

3.根据权利要求1或2所述的时间信号发生器，其特征在于，还包括显示模块，该显示模块与所述输出控制模块连接，用于显示所述输出控制模块的信息。

4.根据权利要求3所述的时间信号发生器，其特征在于，所述显示模块为LCD。

5.根据权利要求1或2所述的时间信号发生器，其特征在于，所述时间模块为GPS收发器。

6.根据权利要求1或2所述的时间信号发生器，其特征在于,所述时间模块为BDS收发器。

7.根据权利要求1或2所述的时间信号发生器，其特征在于，所述频率模块为铯钟。

8.根据权利要求1或2所述的时间信号发生器,其特征在于,所述不同类型的时间信号为IRIG-B时间信号、1PPS+TOD时间信号、PTP时间信号或NTP时间信号。

9.一种包括权利要求1-8中任一项所述的时间信号发生器的时间测试仪，其特征在于，该时间测试仪的测试模块与所述时间信号发生器的输出模块连接，所述输出模块将不同类型的时间信号发送给所述测试模块，该测试模块根据接收到的时间信号测量待测设备的时间偏差。

10.根据权利要求9所述的时间测试仪，其特征在于，所述待测设备为时频测量装置、B码输出装置或4G装置。