CN111478745A - 时钟时间传递协议装置及其协议方法 - Google Patents

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CN111478745A CN202010271473.0A CN202010271473A CN111478745A CN 111478745 A CN111478745 A CN 111478745A CN 202010271473 A CN202010271473 A CN 202010271473A CN 111478745 A CN111478745 A CN 111478745A
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许文
管晓权
田永和
刘长羽
叶泂涛
闫波
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Abstract

本发明公开了时钟时间传递协议装置及其协议方法，其中时钟时间传递协议方法，包括步骤S1：将时钟信息合并成单线进行传递；骤S2：时钟信息通过调整占空比，携带1pps帧头并且使用占空比识别所携带的数据；步骤S3：时钟信息通过信号编码的方式进行传递。本发明公开的时钟时间传递协议装置及其协议方法，不仅减少板间通信总线数量，节约空间和成本，还减少接收侧相位同步的精度误差。

Description

时钟时间传递协议装置及其协议方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种时钟时间传递协议装置和一种时钟时间传递协议方法。
背景技术
在时钟时间传递中，现有技术将频率信号(clock)和相位信号(1pps1，Pulse PerSecond，秒脉冲)及时间信息(TOD，Time Of Departure，发送时间)分开传递，会导致以下问题：
1、同时占用3根板间通信总线，效率不高；
2、频率信号(clock)和相位信号(1pps)通过2根线传递，那么在接收端，需要对频率信号和相位信号同时解析并同步，而在频率信号和相位信号的传递过程中，经过路径的延时会有差异，导致接收同步时，会有精度损失，从而降低同步之后的精度，由于传输路径或者硬件差异，会导致△t的相位误差，而这个误差可能随着器件的固有误差和传输线误差及温度的影响，导致这个△t会发生一些变化，从而降低下级同步设备的同步精度。
授权公告号为：CN101014028B，主题名称为一种利用相位参考码元性质的频率粗同步方法的发明专利，其技术方案公开了“包括如下步骤：步骤1.通过对接收到的相位参考码元进行滑动去扰并对去扰后的数据分段相关，确定整数倍频偏的范围；步骤2.根据所述的整数倍频偏的范围，相关器利用相位参考码元特性寻找并确定精确的整数倍频偏，完成频率粗同步；其中，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：对接收到的相位参考码元进行傅立叶变换，得到频域相位参考码元；步骤1.2：对频域相位参考码元进行去扰运算；步骤1.3：将去扰后的相位参考码元分块相关；步骤1.4：通过门限检测器，检测出相关值的变化，并根据所述相关值的变化，判断频偏的大致方向和位置，给出滑动步进调整下一步的步进和方向；步骤1.5：重复步骤1.2、1.3、1.4直到找到超过门限的相关值，所述超过门限的相关值即进入了整数倍频偏的范围；所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：根据所述整数倍频偏范围，门限检测器输出使能信号，打开相关器；步骤2.2：相关器将未去扰的相位参考码元进行相关，并通过峰值检测器进行相关值峰值检测，检测到的最大相关值峰值滑动窗口位置即为整数倍频偏”。
以上述发明专利为例，其所解决的技术问题及方案是：PRS在去扰后有一定规律可循，因此可以通过滑动去扰、分段相关等操作来确定整数倍频偏的范围，并在此范围内进一步地确定精确的整数倍频偏，完成频率粗同步。其虽然提及了频率与相位的同步，但与本发明的技术方案不同。因此，针对上述问题，予以进一步改进。
发明内容
本发明的主要目的在于提供时钟时间传递协议装置及其协议方法，不仅减少板间通信总线数量，节约空间和成本，还减少接收侧相位同步的精度误差。
本发明的另一目的在于提供时钟时间传递协议装置及其协议方法，其通过三合一总线(3根线合并为单线)的方式调制频率信号、相位信号和时间信息来实现板间通信。
本发明的另一目的在于提供时钟时间传递协议装置及其协议方法，其利用信号编码结构提升高频时钟传递的可靠性。
为达到以上目的，本发明提供一种时钟时间传递协议方法，用于减小相位同步的精确误差，包括以下步骤：
步骤S1：将时钟信息合并成单线进行传递；
步骤S2：时钟信息通过调整占空比，携带1pps帧头并且使用占空比识别所携带的数据；
步骤S3：时钟信息通过信号编码的方式进行传递。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，时钟信息包括频率信号、相位信号和时间信息，时钟信息单线传递时将频率信号和相位信号进行边缘对齐。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：时钟信号不改变周期和上升沿；
步骤S2.2：时钟信号调整占空比进行携带1pps帧头；
步骤S2.3：时钟信号使用占空比识别所携带的时间信息。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2.3具体实施为以下步骤：
步骤S2.3.1：时钟信号将小于50％的占空比标识为0；
步骤S2.3.2：时钟信号将大于50％的占空比标识为1。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，时间信息的传递格式包括帧头、消息头、消息长度域、净负荷域和校验域，时间信息包括时间信息消息、时间状态消息和自定义消息。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：采用连续若干窄脉冲周期标识第一数据；
步骤S3.2：采用连续相同的若干宽脉冲周期标识第二数据。
为达到以上目的，本发明还提供一种时钟时间传递协议装置，包括：
将时钟信息合并成单线进行传递；
时钟信息通过调整占空比，携带1pps帧头并且使用占空比识别所携带的数据；
时钟信息通过信号编码的方式进行传递。
作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，时钟信息包括频率信号、相位信号和时间信息，时钟信息单线传递时将频率信号和相位信号进行边缘对齐。
附图说明
图1是本发明的传递方法示意图。
图2是现有的传递方法示意图。
图3是现有的传递方法的误差示意图。
图4是本发明的传输格式示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参见附图的图1，图1是本发明的传递方法示意图，图2是现有的传递方法示意图，图3是现有的传递方法的误差示意图，图4是本发明的传输格式示意图。
在本发明的优选实施例中，本领域技术人员应注意，本发明所涉及的宽脉冲周期、窄脉冲周期等可被视为现有技术。
优选实施例。
本发明公开了一种时钟时间传递协议方法，用于减小相位同步的精确误差，包括以下步骤：
步骤S1：将时钟信息合并成单线进行传递；
步骤S2：时钟信息通过调整占空比，携带1pps帧头并且使用占空比识别所携带的数据；
步骤S3：时钟信息通过信号编码的方式进行传递。
具体的是，时钟信息包括频率信号、相位信号和时间信息，时钟信息单线传递时将频率信号和相位信号进行边缘对齐(保证起始位置相同)。
更具体的是，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：时钟信号不改变周期和上升沿(因为下级使用时钟时，都是采用上升沿触发)；
步骤S2.2：时钟信号调整占空比进行携带1pps帧头；
步骤S2.3：时钟信号使用占空比识别所携带的时间信息。
进一步的是，步骤S2.3具体实施为以下步骤：
步骤S2.3.1：时钟信号将小于50％的占空比标识为0；
步骤S2.3.2：时钟信号将大于50％的占空比标识为1。
(值得一提的是，占空比例可灵活配置，不仅仅为50％，根据实际需求进行配置。)
更进一步的是，时间信息的传递格式包括帧头、消息头、消息长度域、净负荷域和校验域，时间信息包括时间信息消息、时间状态消息和自定义消息。(TOD消息使用完整的8bit一个字节的数据进行传输，采用校验和保护，使用消息类型和消息ID两级的方式对消息进行分类。bit0代表字节中的最低有效位(LSB)，每个字节发送时，bit0最先发送。对于超过一个字节的域(消息长度域和净负荷域)，需遵循Big Endian规范。)
TOD帧中：
1.帧头
由帧头1(SYNCCHAR1)和帧头2(SYNCCHAR2)两个字节组成；
SYNCCHAR1：一个字节固定数值0x53表示，表示ASCII码中“S”字符。
SYNCCHAR2：一个字节固定数值0x53表示，表示ASCII码中“S”字符。
2.消息头
由消息类(CLASS)和消息ID两个字节组成；
CLASS：消息类规定了TOD消息的基本分类，一字节长度。
ID：消息ID定义了具体TOD消息的编号，一字节长度。
3.消息长度域
由两个字节组成。；
消息长度域计算的有效范围只包括消息的净负荷(payload)，不包含帧头、消息头、消息长度域和校验域。
4.净负荷域
消息内容，由若干字节组成。
5.校验域
由一个字节组成；
检验范围包括消息头、消息长度域和帧校验序列域，不包含帧头。
帧校验序列的生成多项式为：
检验码初始值设置为0xFF，输入数据无需取反。校验算法采用右移算法，输出校验数据无需取反，校验字节发送时，最低有效位bit0最先发送，与数据字节一致。
TOD消息包括时间信息消息和时间状态消息两种，另外增加一种用户自定义消息类型，作为板间特殊信息传递的一个通道(增加安全性和稳定性)。
时间信息消息对应消息头CLASS：0x01 ID：0x01；
时间状态消息对应消息头CLASS：0x01 ID：0x02；
自定义消息对应消息头CLASS：0x53 ID：0x01(0x53表示，表示ASCII码中“S”字符)
优选地，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：采用连续若干窄脉冲周期标识第一数据；
步骤S3.2：采用连续相同的若干宽脉冲周期标识第二数据。
为提高1pps或者TOD数据的有效性，可以通过信号编码的方式进行传递，例如，连续采用4个窄脉冲周期标识1pps帧头或者TOD数据为0；用4个宽脉冲周期标识TOD数据为1；这个可以有效防止异常干扰导致的信号识别异常的情况，当然这种编码方式可以根据使用情况进行定义，例如用窄宽窄宽表示0，宽窄宽窄表示1或者用8bit甚至更多bit来编码，当然编码约复杂，可靠性越高，但是实现的复杂度也会提升，而且能够传输的内容也会变少。
本发明还提供一种时钟时间传递协议装置，适用于权利要求1-6任一项所述的一种时钟时间传递协议方法，包括：
将时钟信息合并成单线进行传递；
时钟信息通过调整占空比，携带1pps帧头并且使用占空比识别所携带的数据；
时钟信息通过信号编码的方式进行传递。
优选地，时钟信息包括频率信号、相位信号和时间信息，时钟信息单线传递时将频率信号和相位信号进行边缘对齐。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的宽脉冲周期、窄脉冲周期等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种时钟时间传递协议方法，用于减小相位同步的精确误差，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：将时钟信息合并成单线进行传递；
步骤S2：时钟信息通过调整占空比，携带1pps帧头并且使用占空比识别所携带的数据；
步骤S3：时钟信息通过信号编码的方式进行传递。
2.根据权利要求1所述的一种时钟时间传递协议方法，其特征在于，时钟信息包括频率信号、相位信号和时间信息，时钟信息单线传递时将频率信号和相位信号进行边缘对齐。
3.根据权利要求2所述的一种时钟时间传递协议方法，其特征在于，步骤S2具体实施为以下步骤：
步骤S2.1：时钟信号不改变周期和上升沿；
步骤S2.2：时钟信号调整占空比进行携带1pps帧头；
步骤S2.3：时钟信号使用占空比识别所携带的时间信息。
4.根据权利要求3所述的一种时钟时间传递协议方法，其特征在于，步骤S2.3具体实施为以下步骤：
步骤S2.3.1：时钟信号将小于50％的占空比标识为0；
步骤S2.3.2：时钟信号将大于50％的占空比标识为1。
5.根据权利要求4所述的一种时钟时间传递协议方法，其特征在于，时间信息的传递格式包括帧头、消息头、消息长度域、净负荷域和校验域，时间信息包括时间信息消息、时间状态消息和自定义消息。
6.根据权利要求5所述的一种时钟时间传递协议方法，其特征在于，步骤S3具体实施为以下步骤：
步骤S3.1：采用连续若干窄脉冲周期标识第一数据；
步骤S3.2：采用连续相同的若干宽脉冲周期标识第二数据。
7.一种时钟时间传递协议装置，适用于权利要求1-6任一项所述的一种时钟时间传递协议方法，其特征在于：
将时钟信息合并成单线进行传递；
时钟信息通过调整占空比，携带1pps帧头并且使用占空比识别所携带的数据；
时钟信息通过信号编码的方式进行传递。
8.根据权利要求7所述的一种时钟时间传递协议装置，其特征在于，时钟信息包括频率信号、相位信号和时间信息，时钟信息单线传递时将频率信号和相位信号进行边缘对齐。
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