CN111490867B - 一种面向分布式应用的采样时钟同步系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向分布式应用的采样时钟同步系统及方法，属于海洋仪器领域，所述系统包括第一时钟源、第二时钟源、基准秒脉冲、逻辑控制部分和采样时钟；所述的第一时钟源、第二时钟源分别提供与期望频率在给定温度范围内的误差绝对正偏和绝对负偏的两个时钟信号；所述的基准秒脉冲：作为同步参考基准，来自包括GPS、北斗等模块在内的秒脉冲输出；所述的逻辑控制部分：以基准秒脉冲为参考，对输出采样时钟进行动态跟踪调整，确保采样时钟频率持续无限接近期望理论值。本发明系统以基准秒脉冲为参考，通过对输出采样时钟进行脉冲级别的精确控制，确保长期工作状态下采样时钟频率无限接近期望理论值，从而实现分布式节点之间长时间持续同步采样。
Description
技术领域
本发明属于海洋仪器领域，具体为一种面向分布式应用的采样时钟同步系统及方法。
背景技术
水下声学目标定位与跟踪一直受到广泛的关注。随着水面无人艇、水下自主机器人、水下滑翔机、波浪滑翔器等无人自主平台的发展，基于多点的分布式水声检测、定位与跟踪成为研究的热点。然而对分布式的节点采集的水声信号进行相干处理，必须解决不同节点之间水声信号长时间持续同步采样的问题。
水声信号采样系统中，输出采样信号的数模变换器件A/D工作速率通常受采样时钟控制，经过若干个采样时钟周期会产生一个样点数据。采样时钟通常由晶振产生，由于受到生产工艺的限制，晶振的实际频率与理论期望值会有一定的偏差，偏差值通常约为0.5～20ppm。因此，分布式节点采用不同的晶振在连续采样的情况下，随着时间的推移分布式节点之间时间误差的积累会越来越大，对应样点的数量也会差得越来越多，使得采样信号同步变得非常困难，无法满足多节点信号相干处理的需求。
现有水声探测分布式节点之间采样时钟同步的方法包括：
1.采用高精度原子钟。原子钟的同步有效期短，只有2到3天，不适合长时间的工作；另外，原子钟还存在对钟流程繁琐、成本高以及功耗大等问题。
2.采用基于GPS驯服的压控振荡器。GPS的秒脉冲信号具备较好的长期稳定性，但是压控振荡器采用模拟电压的方式进行频率控制，受到电压精度和稳定性的限制，振荡器的输出频率无法精确调整。因此，随着时间的推移仍然会导致分布式节点之间采样数据在时间上的不可控偏差。
发明内容
本发明提出一种面向分布式应用的采样时钟同步系统及方法，所述方法基于基准秒脉冲(通常来自GPS或者北斗等模块的秒脉冲输出)、两个频率绝对误差反向偏离的时钟源并结合一定的逻辑控制，实现分布式节点之间采样数据的长时间持续同步。
一种面向分布式应用的采样时钟同步系统，所述系统包括第一时钟源、第二时钟源、基准秒脉冲、逻辑控制部分和采样时钟；
所述的第一时钟源、第二时钟源分别提供与期望频率在给定温度范围内的误差绝对正偏和绝对负偏的两个时钟信号，具体可以是普通有源晶振、温补晶振、恒温晶振以及其他时钟源等。
所述的基准秒脉冲：作为同步参考基准，来自包括GPS、北斗等模块在内的秒脉冲输出；
所述的逻辑控制部分：以基准秒脉冲为参考，对输出采样时钟进行动态跟踪调整，确保采样时钟频率持续无限接近期理论望值。逻辑控制部分包含硬件 FPGA以及对应的逻辑实现；
进一步，所述的逻辑控制部分包括3个模块，分别为选择器、相位同步单元和跟踪控制模块；
所述的选择器根据输入指示实现在两个时钟信号之间进行无缝切换，切换过程在两个时钟信号都为低电平的时候完成，确保不会出现多余脉冲、毛刺以及大幅度的相位抖动；
所述的相位同步单元包括锁相环、延时控制模块和两个延时器；第一时钟源的输入时钟信号经过锁相环生产一个高倍频时钟，作为延时控制模块的工作时钟；延时控制模块对第一时钟源和第二时钟源输入的时钟信号进行延时控制，当前被选择器选中输出的一路时钟信号相位固定不变，另外一路时钟信号的延时需要动态调整以跟随选中一路，两路输入到选择器的时钟脉冲信号下降沿始终接近对齐，从而确保选择器在低电平切换时不会产生多余脉冲及毛刺；
所述的跟踪控制模块包含脉冲计数器、通道切换控制器和误差消除计算器，脉冲计数器以基准秒脉冲为参考在一个计算周期(通常为若干个基准脉冲周期) 内对第一时钟源和第二时钟源的输出时钟的脉冲以及采样时钟的脉冲进行计数；由误差消除计算器根据当前周期的计数结果以及累计误差进行运算，决定下一个计算周期的时钟选择策略；最后由通道切换控制器在误差消除计算器给定的时间点完成选择器的具体路径切换，最终实现输出时钟信号频率以基准秒脉冲为参考无限接近期望理论值。
本发明还提供所述系统的运行方法，具体的工作流程描述如下：这里以计算周期为一个基准秒脉冲周期为例，给定一个期望频率F，则在一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数C满足C＝F；
通过筛选找到第一时钟源，其输出时钟频率正偏(F+δ1)，以及第二时钟源其输出时钟频率负偏(F-δ2)，两者也可以互换，即第一时钟源输出时钟频率负偏(F-δ2)，第二时钟源输出时钟频率正偏(F+δ1)，因此这两路时钟源在一个基准秒脉冲周期内理论输出脉冲个数为：
C(+)＝F+δ1——第一时钟源一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数
C(-)＝F-δ2——第二时钟源一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数
δ1、δ2为晶振的常规误差，其相对于F的比值一般小于20ppm。
如果将两路时钟源在一个基准秒脉冲周期内进行时间上线性组合，则最终输出采样时钟的脉冲个数为：
C(k)＝k*C(+)+(1-k)*C(-)
C(k)为脉冲个数，确定k值即可输出采样时钟脉冲数量实现精准控制，这里 k满足0≤k≤1，其实际意义为进行输出通道切换的时间点；当然由于时钟源的输出时钟频率是动态变化的，因此k值也需要根据当前的时钟频率和累计误差动态调整，从而实现采样时钟频率以基准秒脉冲为参考无限接近期望值F。
1)定义以下变量(假设系统从0时刻开始工作)：
C(+)n:第n个基准秒脉冲周期内第一时钟源的输出时钟脉冲个数；
C(-)n:第n个基准秒脉冲周期内第二时钟源的输出时钟脉冲个数；
Cn:第n个基准秒脉冲周期内采样时钟脉冲个数；
上述三个值在每一个基准秒脉冲周期结束时由脉冲计数器通过计数得到，因此第n个基准秒脉冲周期内采样时钟脉冲个数与期望值的偏差为：
△n＝Cn–C；C为采样时钟期望脉冲数
从0时刻起，采样时钟输出的脉冲个数与期望总数的累计偏差为：
2)通过C(+)1～C(+)n对C(+)n+1进行对下一个基准脉冲周期进行预测，通用的函数如下：C(+)’n+1＝f(C(+)1,C(+)2,…C(+)n)，C(+)’n+1表示第n+1基准脉冲周期内第一时钟源的输出时钟脉冲个数的预估值；
同样，对第二时钟源的输出时钟脉冲有如下预测：
C(-)’n+1＝f(C(-)1,C(-)2,…C(-)n)，C(-)’n+1表示第n+1基准脉冲周期内第二时钟源的输出时钟脉冲个数的预估值；
预测函数f(X1,X2,…,Xn)会根据有源晶振的类型以及环境因素进行相应的调整，一种通用的做法就是求平均值，其表达式如下：
X’n+1＝(1/n)(X1+X2+···+Xn)
3)根据△(n)、C(+)’n+1、C(-)’n+1可以确定下一个基准脉冲周期的切换策略，由于下一个基准脉冲周期输出的采样时钟脉冲需要抵消掉前面的误差，所以期望的采样时钟脉冲数应该是：
C‘n+1＝C-△(n),C‘n+1表示第n+1个基准秒脉冲周期期望的采样时钟脉冲数
根据C‘n+1个时钟脉冲应该持续一个基准秒脉冲周期的原则，可以得到如下的结果，如果第n个基准脉冲周期结束后选择器选通的是第一时钟源，那么第 n+1个基准脉冲周期的切换时刻为：
Sn+1＝C(+)’n+1*(C’n+1-C(-)’n+1)/(C(+)’n+1-C(-)’n+1)
Sn+1表示第n+1个基准脉冲周期内，经过Sn+1个采样时钟脉冲后，由通道切换控制器将选择器的开关切到第二时钟源；如果C’n+1<C(-)’n+1,表示在下一个基准脉冲周期的开始时刻立即执行切换；如果C’n+1>C(+)’n+1,则表示下一个基准脉冲周期无需执行切换；这两种情况都属于累计误差溢出，表明累计误差无法在下一个基准脉冲周期完全抵消掉，需要经过多个周期才能抵消；
同样，如果第n个基准脉冲周期结束后选择器的状态选通的是第二时钟源，那么第n+1个基准脉冲周期的切换时刻为：
Sn+1＝C(-)’n+1*(C(+)’n+1-C’n+1)/(C(+)’n+1-C(-)’n+1)
Sn+1表示第n+1个基准脉冲周期内，经过Sn+1个采样时钟脉冲后，由通道切换控制执行单元将选择器的开关切到第一时钟源。如果C’n+1>C(+)’n+1,表示在下一个基准脉冲周期的开始时刻立即执行切换；如果C’n+1<C(-)’n+1,则表示下一个基准脉冲周期无需执行切换。这两种情况都属于累计误差溢出，表明累计误差无法在下一个基准脉冲周期完全抵消掉，需要经过多个周期才能抵消。
本发明与现有技术相比的有益效果：
1.可实现对时钟脉冲数的精确控制，从而可确保分布式节点间采样数据的持续同步；
2.采用全数字化处理，算法具备灵活性和扩展性；
3.电路简单，用于功能实现的所有逻辑资源可依靠一颗极小规模的FPGA实现，因此整体代价非常低；
4.具备极低的系统功耗，实际用例中整体功耗不到50mW。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明系统内部原理框图；
图3为跟踪控制模块结构框图。
具体实施方式
下面通过实施例来对本发明的技术方案做进一步解释，但本发明的保护范围不受实施例任何形式上的限制。
一种面向分布式应用的采样时钟同步系统，如图1-3所示，所述系统包括第一时钟源、第二时钟源、基准秒脉冲、逻辑控制部分和采样时钟；
所述的第一时钟源、第二时钟源分别提供与期望频率在给定温度范围内的误差绝对正偏和绝对负偏的两个时钟信号，具体可以是普通有源晶振、温补晶振、恒温晶振以及其他时钟源等。
所述的基准秒脉冲：作为同步参考基准，来自包括GPS、北斗等模块在内的秒脉冲输出；
所述的逻辑控制部分：所述的逻辑控制部分包括3个模块，分别为选择器、相位同步单元和跟踪控制模块；以基准秒脉冲为参考，对输出采样时钟进行动态跟踪调整，确保采样时钟频率持续无限接近期理论望值。逻辑控制部分包含硬件FPGA以及对应的逻辑实现；
所述的选择器根据输入指示实现在两个时钟信号之间进行无缝切换，切换过程在两个时钟信号都为低电平的时候完成，确保不会出现多余脉冲、毛刺以及大幅度的相位抖动；
所述的相位同步单元包括锁相环、延时控制模块和两个延时器；第一时钟源的输入时钟信号经过锁相环生产一个高倍频时钟，作为延时控制模块的工作时钟；延时控制模块对第一时钟源和第二时钟源输入的时钟信号进行延时控制，当前被选择器选中输出的一路时钟信号相位固定不变，另外一路时钟信号的延时需要动态调整以跟随选中一路，两路输入到选择器的时钟脉冲信号下降沿始终接近对齐，从而确保选择器在低电平切换时不会产生多余脉冲及毛刺；
所述的跟踪控制模块包含脉冲计数器、通道切换控制器和误差消除计算器，脉冲计数器以基准秒脉冲为参考在一个计算周期(通常为若干个基准脉冲周期) 内对第一时钟源和第二时钟源的输出时钟的脉冲以及采样时钟的脉冲进行计数；由误差消除计算器根据当前周期的计数结果以及累计误差进行运算，决定下一个计算周期的时钟选择策略；最后由通道切换控制器在误差消除计算器给定的时间点完成选择器的具体路径切换，最终实现输出时钟信号频率以基准秒脉冲为参考无限接近期望理论值。
本发明还提供所述系统的运行方法，具体的工作流程描述如下：这里以计算周期为一个基准秒脉冲周期为例，给定一个期望频率F，则在一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数C满足C＝F；
通过筛选找到第一时钟源，其输出时钟频率正偏(F+δ1)，以及第二时钟源其输出时钟频率负偏(F-δ2)，两者也可以互换，即第一时钟源输出时钟频率负偏(F-δ2)，第二时钟源输出时钟频率正偏(F+δ1)，因此这两路时钟源在一个基准秒脉冲周期内理论输出脉冲个数为：
C(+)＝F+δ1——第一时钟源一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数
C(-)＝F-δ2——第二时钟源一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数
δ1、δ2为晶振的常规误差，其相对于F的比值一般小于20ppm。
如果将两路时钟源在一个基准秒脉冲周期内进行时间上线性组合，则最终输出采样时钟的脉冲个数为：
C(k)＝k*C(+)+(1-k)*C(-)
确定k值即可输出采样时钟脉冲数量实现精准控制，这里k满足0≤k≤1，其实际意义为进行输出通道切换的时间点；当然由于时钟源的输出时钟频率是动态变化的，因此k值也需要根据当前的时钟频率和累计误差动态调整，从而实现采样时钟频率以基准秒脉冲为参考无限接近期望值F。
4)定义以下变量(假设系统从0时刻开始工作)：
C(+)n:第n个基准秒脉冲周期内第一时钟源的输出时钟脉冲个数；
C(-)n:第n个基准秒脉冲周期内第二时钟源的输出时钟脉冲个数；
Cn:第n个基准秒脉冲周期内采样时钟脉冲个数；
上述三个值在每一个基准秒脉冲周期结束时由脉冲计数器通过计数得到，因此第n个基准秒脉冲周期内采样时钟脉冲个数与期望值的偏差为：
△n＝Cn–C；C为采样时钟期望脉冲数
从0时刻起，采样时钟输出的脉冲个数与期望总数的累计偏差为：
5)通过C(+)1～C(+)n对C(+)n+1进行对下一个基准脉冲周期进行预测，通用的函数如下：C(+)’n+1＝f(C(+)1,C(+)2,…C(+)n)，C(+)’n+1表示第n+1基准脉冲周期内第一时钟源的输出时钟脉冲个数的预估值；
同样，对第二时钟源的输出时钟脉冲有如下预测：
C(-)’n+1＝f(C(-)1,C(-)2,…C(-)n)，C(-)’n+1表示第n+1基准脉冲周期内第二时钟源的输出时钟脉冲个数的预估值；
预测函数f(X1,X2,…,Xn)会根据有源晶振的类型以及环境因素进行相应的调整，一种通用的做法就是求平均值，其表达式如下：
X’n+1＝(1/n)(X1+X2+···+Xn)
6)根据△(n)、C(+)’n+1、C(-)’n+1可以确定下一个基准脉冲周期的切换策略，由于下一个基准脉冲周期输出的采样时钟脉冲需要抵消掉前面的误差，所以期望的采样时钟脉冲数应该是：
C‘n+1＝C-△(n),C‘n+1表示第n+1个基准秒脉冲周期期望的采样时钟脉冲数
根据C‘n+1个时钟脉冲应该持续一个基准秒脉冲周期的原则，可以得到如下的结果，如果第n个基准脉冲周期结束后选择器选通的是第一时钟源，那么第 n+1个基准脉冲周期的切换时刻为：
Sn+1＝C(+)’n+1*(C’n+1-C(-)’n+1)/(C(+)’n+1-C(-)’n+1)
Sn+1表示第n+1个基准脉冲周期内，经过Sn+1个采样时钟脉冲后，由通道切换控制器将选择器的开关切到第二时钟源；如果C’n+1<C(-)’n+1,表示在下一个基准脉冲周期的开始时刻立即执行切换；如果C’n+1>C(+)’n+1,则表示下一个基准脉冲周期无需执行切换；这两种情况都属于累计误差溢出，表明累计误差无法在下一个基准脉冲周期完全抵消掉，需要经过多个周期才能抵消；
同样，如果第n个基准脉冲周期结束后选择器的状态选通的是第二时钟源，那么第n+1个基准脉冲周期的切换时刻为：
Sn+1＝C(-)’n+1*(C(+)’n+1-C’n+1)/(C(+)’n+1-C(-)’n+1)
Sn+1表示第n+1个基准脉冲周期内，经过Sn+1个采样时钟脉冲后，由通道切换控制执行单元将选择器的开关切到第一时钟源。如果C’n+1>C(+)’n+1,表示在下一个基准脉冲周期的开始时刻立即执行切换；如果C’n+1<C(-)’n+1,则表示下一个基准脉冲周期无需执行切换。这两种情况都属于累计误差溢出，表明累计误差无法在下一个基准脉冲周期完全抵消掉，需要经过多个周期才能抵消。
可以看到整个过程是完全闭环的，输出采样时钟的频率以基准秒脉冲为参考在期望值附近上下波动，随着时间的推移，平均频率无限接近于期望理论值，因此分布式节点之间的采样数据不会随着时间推移而拉大差距，可以保证节点之间采样数据的持续精确同步。
实际应用中，以16.384MHz作为输出采样时钟频率，利用GPS秒脉冲输出作为基准，计算周期为一个基准秒脉冲周期；第一时钟源和第二时钟源均采用有源晶振，其中第一时钟源在0～45℃偏差约为+5～10ppm，第二时钟源在0～45℃偏差约为-10～15ppm。持续运行时间到30天，输出采样时钟相对基准秒脉冲的累计误差时钟保持在±15个采样时钟周期以内，等效绝对误差约为1us。此误差对于1kHz信号以128KHz的采样率采集的应用而言，连续工作30天最大相位误差不超过0.3度。
Claims (2)
1.一种面向分布式应用的采样时钟同步系统，其特征在于所述系统包括第一时钟源、第二时钟源、基准秒脉冲、逻辑控制部分和采样时钟；
所述的第一时钟源、第二时钟源分别提供与期望频率在给定温度范围内误差绝对正偏和误差绝对负偏的两个时钟信号，具体可以是普通有源晶振、温补晶振、恒温晶振以及其他时钟源；
所述的基准秒脉冲：作为同步参考基准，来自包括GPS、北斗模块在内的秒脉冲输出；
所述的逻辑控制部分：以基准秒脉冲为参考，对输出采样时钟进行动态跟踪调整，确保采样时钟频率持续无限接近期理论望值；逻辑控制部分包含硬件FPGA以及对应的逻辑实现；
所述的逻辑控制部分包括3个模块，分别为选择器、相位同步单元和跟踪控制模块；
所述的选择器根据输入指示实现在两个时钟信号之间进行无缝切换，切换过程在两个时钟信号都为低电平的时候完成，确保不会出现多余脉冲、毛刺以及大幅度的相位抖动；
所述的相位同步单元包括锁相环、延时控制模块和两个延时器；第一时钟源的输入时钟信号经过锁相环生产一个高倍频时钟，作为延时控制模块的工作时钟；延时控制模块对第一时钟源和第二时钟源输入的时钟信号进行延时控制，当前被选择器选中输出的一路时钟信号相位固定不变，另外一路时钟信号的延时需要动态调整以跟随选中一路，两路输入到选择器的时钟脉冲信号下降沿始终对齐，从而确保选择器在低电平切换时不会产生多余脉冲及毛刺；
所述的跟踪控制模块包含脉冲计数器、通道切换控制器和误差消除计算器，脉冲计数器以基准秒脉冲为参考在一个计算周期内对第一时钟源和第二时钟源的输出时钟的脉冲以及采样时钟的脉冲进行计数；由误差消除计算器根据当前周期的计数结果以及累计误差进行运算，决定下一个计算周期的时钟选择策略；最后由通道切换控制器在误差消除计算器给定的时间点完成选择器的具体路径切换，最终实现输出时钟信号频率以基准秒脉冲为参考无限接近期望理论值。
2.权利要求1所述一种面向分布式应用的采样时钟同步系统的运行方法，具体的工作流程描述如下：以计算周期为一个基准秒脉冲周期为例，给定一个期望频率F，则在一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数C满足C＝F；
通过筛选找到第一时钟源，其输出时钟频率正偏为F+δ1，以及第二时钟源其输出时钟频率负偏为F-δ2，两者也可以互换，即第一时钟源输出时钟频率负偏为F-δ2，第二时钟源输出时钟频率正偏为F+δ1，因此，这两路时钟源在一个基准秒脉冲周期内理论输出脉冲个数为：
C(+)＝F+δ1——第一时钟源一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数
C(-)＝F-δ2——第二时钟源一个基准秒脉冲周期内的输出脉冲个数
δ1、δ2为晶振的常规误差，其相对于F的比值小于20ppm；
如果将两路时钟源在一个基准秒脉冲周期内进行时间上线性组合，则最终输出采样时钟的脉冲个数为：
C(k)＝k*C(+)+(1-k)*C(-)
其中，C(k)为脉冲个数，确定k值即可输出采样时钟脉冲数量实现精准控制，这里k满足0≤k≤1，其实际意义为进行输出通道切换的时间点；当然由于时钟源的输出时钟频率是动态变化的，因此k值也需要根据当前的时钟频率和累计误差动态调整，从而实现采样时钟频率以基准秒脉冲为参考无限接近期望值F；
1)假设系统从0时刻开始工作，定义以下变量：
C(+)n:第n个基准秒脉冲周期内第一时钟源的输出时钟脉冲个数；
C(-)n:第n个基准秒脉冲周期内第二时钟源的输出时钟脉冲个数；
Cn:第n个基准秒脉冲周期内采样时钟脉冲个数；
上述三个值在每一个基准秒脉冲周期结束时由脉冲计数器通过计数得到，因此第n个基准秒脉冲周期内采样时钟脉冲个数与期望值的偏差为：
△n＝Cn–C；C为采样时钟期望脉冲数
从0时刻起，采样时钟输出的脉冲个数与期望总数的累计偏差为：
2)通过C(+)1～C(+)n对C(+)n+1进行对下一个基准脉冲周期进行预测，通用的函数如下：C(+)’n+1＝f(C(+)1,C(+)2,…C(+)n)，C(+)’n+1表示第n+1基准脉冲周期内第一时钟源的输出时钟脉冲个数的预估值；
同样，对第二时钟源的输出时钟脉冲有如下预测：
C(-)’n+1＝f(C(-)1,C(-)2,…C(-)n)，C(-)’n+1表示第n+1基准脉冲周期内第二时钟源的输出时钟脉冲个数的预估值；
预测函数f(X1,X2,…,Xn)会根据有源晶振的类型以及环境因素进行相应的调整，预测函数f包括求平均值，其表达式如下：
X’n+1＝(1/n)(X1+X2+···+Xn)
3)根据△(n)、C(+)’n+1、C(-)’n+1确定下一个基准脉冲周期的切换策略，由于下一个基准脉冲周期输出的采样时钟脉冲需要抵消掉前面的误差，所以期望的采样时钟脉冲数应该是：
C‘n+1＝C-△(n),C‘n+1表示第n+1个基准秒脉冲周期期望的采样时钟脉冲数
根据C‘n+1个时钟脉冲应该持续一个基准秒脉冲周期的原则，得到如下的结果，如果第n个基准脉冲周期结束后选择器选通的是第一时钟源，那么第n+1 个基准脉冲周期的切换时刻为：
Sn+1＝C(+)’n+1*(C’n+1-C(-)’n+1)/(C(+)’n+1-C(-)’n+1)
Sn+1表示第n+1个基准脉冲周期内，经过Sn+1个采样时钟脉冲后，由通道切换控制器将选择器的开关切到第二时钟源；如果C’n+1<C(-)’n+1,表示在下一个基准脉冲周期的开始时刻立即执行切换；如果C’n+1>C(+)’n+1,则表示下一个基准脉冲周期无需执行切换；这两种情况都属于累计误差溢出，表明累计误差无法在下一个基准脉冲周期完全抵消掉，需要经过多个周期才能抵消；
同样，如果第n个基准脉冲周期结束后选择器的状态选通的是第二时钟源，那么第n+1个基准脉冲周期的切换时刻为：
Sn+1＝C(-)’n+1*(C(+)’n+1-C’n+1)/(C(+)’n+1-C(-)’n+1)
Sn+1表示第n+1个基准脉冲周期内，经过Sn+1个采样时钟脉冲后，由通道切换控制执行单元将选择器的开关切到第一时钟源；如果C’n+1>C(+)’n+1,表示在下一个基准脉冲周期的开始时刻立即执行切换；如果C’n+1<C(-)’n+1,则表示下一个基准脉冲周期无需执行切换；这两种情况都属于累计误差溢出，表明累计误差无法在下一个基准脉冲周期完全抵消掉，需要经过多个周期才能抵消。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112230710B (zh) * | 2020-10-10 | 2022-07-08 | 烽火通信科技股份有限公司 | 一种对任意时钟频率进行时钟计数的方法和装置 |
| CN114727379A (zh) * | 2021-01-04 | 2022-07-08 | 华为技术有限公司 | 一种同步方法、装置、存储介质和设备 |
| WO2022160283A1 (zh) * | 2021-01-29 | 2022-08-04 | 华为技术有限公司 | 一种采样方法、采样电路及分布式网络的时钟同步方法 |
| CN113098650B (zh) * | 2021-03-29 | 2023-07-25 | 大连市共进科技有限公司 | 时间偏差测量方法、装置、通信设备和可读存储介质 |
| CN113271121B (zh) * | 2021-04-06 | 2022-08-05 | 北京大学 | 一种电缆传输方法 |
| CN113886300B (zh) * | 2021-09-23 | 2024-05-03 | 珠海一微半导体股份有限公司 | 一种总线接口的时钟数据自适应恢复系统及芯片 |
| CN113884972B (zh) * | 2021-10-12 | 2024-07-23 | 内蒙古电力（集团）有限责任公司电力营销服务与运营管理分公司 | 一种基于大数据的智能电能表远程运行误差检测方法 |
| CN116132011A (zh) * | 2021-11-15 | 2023-05-16 | 深圳市中兴微电子技术有限公司 | 时钟同步系统及方法 |
| CN116137531A (zh) * | 2021-11-16 | 2023-05-19 | 深圳市中兴微电子技术有限公司 | 采样电路、采样电路的使用方法、存储介质、电子装置 |
| CN114363125A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-04-15 | 上海华虹集成电路有限责任公司 | 数字异步通信系统中采样脉冲的生成方法 |
| CN114609997B (zh) * | 2022-03-07 | 2023-06-27 | 南京国电南自维美德自动化有限公司 | 一种过程控制站模拟量输入变化速率保护实现方法 |
| CN115202182B (zh) * | 2022-07-07 | 2023-08-08 | 深圳市金科泰通信设备有限公司 | 一种秒脉冲信号输出方法、电路及芯片 |
| CN115037403B (zh) * | 2022-08-10 | 2022-11-22 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 一种多arm-fpga联合仿真时间同步方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5218314A (en) * | 1992-05-29 | 1993-06-08 | National Semiconductor Corporation | High resolution, multi-frequency digital phase-locked loop |
| CN1322075A (zh) * | 2000-04-04 | 2001-11-14 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 用任意频率的可用时钟产生时钟的装置和方法 |
| CN101126941A (zh) * | 2007-10-16 | 2008-02-20 | 北京天碁科技有限公司 | 时钟切换方法以及时钟切换装置 |
| EP1982488A1 (en) * | 2006-01-18 | 2008-10-22 | Marposs Societa' Per Azioni | Timing measurement for checking probes |
| CN102088287A (zh) * | 2009-12-03 | 2011-06-08 | 卡西欧电子工业株式会社 | 时钟信号生成装置、电子装置以及pll控制装置 |
| CN102165695A (zh) * | 2008-09-30 | 2011-08-24 | 拉姆伯斯公司 | 信号校准方法及装置 |
| CN102932084A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-02-13 | 航天科工深圳（集团）有限公司 | 采样时钟同步的方法及系统 |
| US8392746B2 (en) * | 2007-12-12 | 2013-03-05 | Mips Technologies, Inc. | Clock ratio controller for dynamic voltage and frequency scaled digital systems, and applications thereof |
| CN103713591A (zh) * | 2012-10-09 | 2014-04-09 | 阿尔特拉公司 | 通过时钟信号速率调整的信号流控制 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7797118B2 (en) * | 2006-10-03 | 2010-09-14 | Analog Devices, Inc. | Real-time clock calibration method and system |
| US9218018B2 (en) * | 2012-09-14 | 2015-12-22 | Oracle International Corporation | Method and apparatus for distributed generation of multiple configurable ratioed clock domains within a high speed domain |
-
2020
- 2020-04-26 CN CN202010339249.0A patent/CN111490867B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5218314A (en) * | 1992-05-29 | 1993-06-08 | National Semiconductor Corporation | High resolution, multi-frequency digital phase-locked loop |
| CN1322075A (zh) * | 2000-04-04 | 2001-11-14 | 德克萨斯仪器股份有限公司 | 用任意频率的可用时钟产生时钟的装置和方法 |
| EP1982488A1 (en) * | 2006-01-18 | 2008-10-22 | Marposs Societa' Per Azioni | Timing measurement for checking probes |
| CN101126941A (zh) * | 2007-10-16 | 2008-02-20 | 北京天碁科技有限公司 | 时钟切换方法以及时钟切换装置 |
| US8392746B2 (en) * | 2007-12-12 | 2013-03-05 | Mips Technologies, Inc. | Clock ratio controller for dynamic voltage and frequency scaled digital systems, and applications thereof |
| CN102165695A (zh) * | 2008-09-30 | 2011-08-24 | 拉姆伯斯公司 | 信号校准方法及装置 |
| CN102088287A (zh) * | 2009-12-03 | 2011-06-08 | 卡西欧电子工业株式会社 | 时钟信号生成装置、电子装置以及pll控制装置 |
| CN103713591A (zh) * | 2012-10-09 | 2014-04-09 | 阿尔特拉公司 | 通过时钟信号速率调整的信号流控制 |
| CN102932084A (zh) * | 2012-10-17 | 2013-02-13 | 航天科工深圳（集团）有限公司 | 采样时钟同步的方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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