CN112994817A - 基于同步机实现多台信号源同步的系统、方法及校准方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于同步机实现多台信号源同步的系统、方法及校准方法，通过一台同步机给每一台信号源提供同源校准信号和同源采样时钟，以使多台信号源同步输出，一台同步机可支持多达8台信号源的同步输出，即64通道同步输出，若扩展一台同步机的接口设计，一台同步机还可以支持更多台信号源的同步输出。并且，系统搭建完毕之后，不需要反复拆接线，用户可以反复上电配置，电脑主机会根据用户配置参数变化启动同步机校准模式，同步机自动实现多台信号源多通道同步校准输出。

Description

基于同步机实现多台信号源同步的系统、方法及校准方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更具体地说，涉及一种基于同步机实现多台信号源同步的系统、方法及校准方法。

背景技术

在电子信息产业高速发展中，各个行业对测试测量行业的要求越来越高。在大量的测试测量应用需求中，怎样实现信号源多达几十个通道的同步输出，是一个非常普遍的需求，比如无线通信中的MIMO通信、雷达阵列控制和量子计算机中量子比特控制等等。

但是，一般高端信号源设备大多只支持2/4/8通道，怎样实现多台信号源的同步输出，是本领域目前的技术难点之一。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于同步机实现多台信号源同步的系统、方法及校准方法，技术方案如下：

一种基于同步机实现多台信号源同步的系统，所述系统包括：同步机和多台信号源；

其中，所述同步机具有多个通信接口，每台所述信号源对应连接一个所述通信接口；

所述同步机用于对校准信号和采样时钟进行功分，以给每一台所述信号源提供同源校准信号和同源采样时钟，以使多台所述信号源同步输出。

优选的，在上述系统中，所述系统还包括：

电脑主机，所述电脑主机用于控制所述同步机和所述信号源的工作状态。

优选的，在上述系统中，所述通信接口包括：第一端口、第二端口和第三端口；

所述信号源包括：第四端口、第五端口和第六端口；

其中，所述第一端口和所述第四端口连接，所述第二端口和所述第五端口连接，所述第三端口和所述第六端口连接；

所述同步机通过所述第一端口向所述信号源发送所述同源采样时钟；

所述同步机通过所述第二端口向所述信号源发送所述同源校准信号；

所述同步机通过所述第三端口与所述信号源之间相互进行通信。

优选的，在上述系统中，所述同步机还用于配置多台所述信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源。

优选的，在上述系统中，所述主要信号源为所述同步机提供所述校准信号。

优选的，在上述系统中，所述主要信号源为所述同步机提供所述采样时钟；

或，所述同步机接收外部采样时钟。

一种基于同步机实现多台信号源同步的校准方法，所述校准方法包括：

同步机配置多台信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源；

所述同步机给所有所述信号源提供同源采样时钟；

所述主要信号源给所述同步机发送校准信号；

所述同步机将所述校准信号进行功分，给所有所述信号源提供同源校准信号；

每一台所述信号源接收到所述同源校准信号时，计算所述主要信号源到自身信号源的链路时延值，并定义所述链路时延值为自身信号源的时间基准；

任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时，并予以调整以使每一个通道的环路延时与所述时间基准一致。

优选的，在上述校准方法中，在所述同步机配置多台信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源之前，所述方法校准还包括：

电脑主机通过LAN总线控制所述同步机启动同步校准流程。

优选的，在上述校准方法中，所述同步机给所有所述信号源提供同源采样时钟，包括：

所述同步机接收所述主要信号源的采样时钟，或接收外部的采样时钟；

对所述采样时钟进行功分，给所有所述信号源提供同源采样时钟。

优选的，在上述校准方法中，所述任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时，并予以调整以使每一个通道的环路延时与所述时间基准一致，包括：

所述同步机控制所有所述信号源进入内部多通道同步校准模式；

任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时；

依据每一个通道的环路延时的计算结果进行分析对比；

依据对比结果调整每一个通道的环路延时以使其与所述时间基准一致。

一种基于同步机实现多台信号源同步的方法，所述方法包括上述任一项所述的校准方法；

当在所述校准方法执行完成后，切换至正常工作模式，以实现多台信号源的同步输出。

相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

该基于同步机实现多台信号源同步的系统，通过一台同步机给每一台信号源提供同源校准信号和同源采样时钟，以使多台信号源同步输出，一台同步机可支持多达8台信号源的同步输出，即64通道同步输出，若扩展一台同步机的接口设计，一台同步机还可以支持更多台信号源的同步输出。

并且，系统搭建完毕之后，不需要反复拆接线，用户可以反复上电配置，电脑主机会根据用户配置参数变化启动同步机校准模式，同步机自动实现多台信号源多通道同步校准输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为Agilent的N8241信号源同步方案的部分结构示意图；

图2为Agilent的N8241信号源同步方案的时序图；

图3为Tek的AWG7122C信号源同步方案的部分结构示意图；

图4为Tek的AWG70000信号源同步方案的一种连线示意图；

图5为Tek的AWG70000信号源同步方案的部分连线示意图；

图6为本发明实施例提供的一种基于同步机实现多台信号源同步的系统的部分结构示意图；

图7为本发明实施例提供的一种同步机的内部逻辑示意图；

图8为本发明实施例提供的一种基于同步机实现多台信号源同步的校准方法的流程示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种基于同步机实现多台信号源同步的校准方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

申请人发明创造过程中是基于目前现有技术中存在的几种技术方案，下面先对目前现有技术中存在的几种技术方案进行简单阐述。

一、Agilent的N8241信号源同步方案

参考图1，图1为Agilent的N8241信号源同步方案的部分结构示意图，参考图2，图2为Agilent的N8241信号源同步方案的时序图。

该方案通过共享采样时钟，用同步时钟和触发信号，建立多台信号源间的同步输出时序。

该方案用时钟和Trigger触发等延时设计方式实现，设计比较简单，但是对硬件连线和线路延时要求均很严格，包括时钟线和Trigger同步线要等长设计，另外每台设备都需要精确采集到时钟和Trigger信号的相位，该方案实现的不同精度一般有很大的局限，随着需要同步的设备数越来越多，该方案所能实现的同步精度也会越来越差。

在图1中，标号1表示：功分器；标号2表示：SMB适配三通头；标号3表示：10英寸SMA电缆组件；标号4表示：SMB电缆组件；标号5表示：转接器/适配器。

需要说明的是，该技术方案中，Master模块和Slave模块的CH1 Out端口的电缆线必须是等长，进而也体现出对连线的严格性。

二、Tek的AWG7122C信号源同步方案

参考图3，图3为Tek的AWG7122C信号源同步方案的部分结构示意图。

该方案用示波器测量2台信号源输出时延偏差，然后手动调整信号源输出时延，从而实现多台信号源通道同步输出。

但是，该方案需要借助高端的示波器设备，另外如果信号源通道过多时，也不方便校准，并且示波器的测量精度也不一定能满足精度要求。

三、Tek的AWG70000信号源同步方案

参考图4，图4为Tek的AWG70000信号源同步方案的一种连线示意图，参考图5，图5为Tek的AWG70000信号源同步方案的部分连线示意图。

该方案采用了同步机，实现多达4台AWG信号源同步输出，其主要是通过将每一台AWG信号源的CH1通道的输出连接到同步机，通过同步机上的相位时延检测电路，来计算4台AWG信号源之间的输出时延偏差，然后控制每一台AWG信号源调整相位输出。

实际上，该方案类似于用示波器检测多个设备之间的时延偏差，但该方案可通过命令接口控制每台AWG信号源调整输出时延，不需要用户去手动调整每台AWG信号源的时延。

但是，在用户需要使用CH1通道时，需要先将连接在同步机上的输出线拧下，然后连接到用户的测试设备上。并且，如果用户更改参数或者设备重启，均需要重新连线和校准，其操作比较复杂。

基于上述现有技术中存在的各个问题，本发明实施例提供了一种基于同步机实现多台信号源同步的系统及方法，实现多台信号源设备之间精确同步输出，支持多达8台信号源、64通道信号同步输出，所有通道输出Skew精度可达+/-20ps；并且通过扩展同步机的时钟输出端口、校准信号输出端口和命令接口，同步机可以支持更多台信号源设备同步输出，而且同步输出指标不会下降。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图6，图6为本发明实施例提供的一种基于同步机实现多台信号源同步的系统的部分结构示意图，参考图7，图7为本发明实施例提供的一种同步机的内部逻辑示意图。

所述系统包括：同步机和多台信号源；

其中，所述同步机具有多个通信接口，每台所述信号源对应连接一个所述通信接口；

所述同步机用于对校准信号和采样时钟进行功分，以给每一台所述信号源提供同源校准信号和同源采样时钟，以使多台所述信号源同步输出。

在该实施例中，信号源采用AWG信号源，所述同步机具有8个通信接口，编号依次为Port0、Port1、…、Port7，每个通信接口均与一台AWG信号源通信连接，即可连接8台AWG信号源，编号依次为AWG0、AWG1、…、AWG7，与同步机的8个Port号相对应。

需要说明的是，同步机具有的多个通信接口并非都需要接一台AWG信号源，具体需要接入多少台AWG信号源，需视情况而定。

在本发明实施例中，仅仅以8个通信接口相对应接8台AWG信号源为例进行说明。

每个AWG信号源均包括8个输出通道，图示为CH0、…、CH7。

其中，如图6所示，同步机与每一台AWG信号源之间，至少有3种与同步校准有关信号的连接。

具体的，所述通信接口包括：第一端口、第二端口和第三端口；

所述AWG信号源包括：第四端口、第五端口和第六端口；

其中，所述第一端口和所述第四端口连接，所述第二端口和所述第五端口连接，所述第三端口和所述第六端口连接；

所述同步机通过所述第一端口向所述AWG信号源发送所述同源采样时钟；

所述同步机通过所述第二端口向所述AWG信号源发送所述同源校准信号；

所述同步机通过所述第三端口与所述AWG信号源之间相互进行通信。

也就是说，同步机给每台AWG信号源提供同源校准信号和同源采样时钟，并且，同步机和每台AWG信号源之间都有双向指令线连接。

进一步的，基于本发明上述实施例，如图6所示，所述系统还可以包括：

电脑主机，所述电脑主机与所述同步机和所述AWG信号源通过LAN总线连接，用于控制所述同步机和所述AWG信号源的工作状态。

需要说明的是，所述电脑主机与所述同步机和所述信号源还可以通过其它通信方式进行通信连接，例如USB等。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述同步机还用于配置多台所述信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源。

在该实施例中，信号源采用AWG信号源，如图6所示，假设定义编号为AWG0的AWG信号源为主要AWG信号源，图示为AWG0 Master，其余编号的AWG信号源为辅助AWG信号源，图示为AWG1 Slave、…、AWG7 Slave。

其中，主要AWG信号源为所述同步机提供校准信号。

即，如图7所示，校准信号IN由主要AWG信号源为所述同步机提供。

进一步的，基于本发明上述实施例，如图6所示，所述主要AWG信号源还为所述同步机提供所述采样时钟。

但是，需要说明的是，采样时钟也可以由外部发送给同步机，在本发明实施例中并不作限定。

即，如图7所示，采样时钟IN由主要AWG信号源提供或由外部发送给同步机。

需要说明的是，图7中，Sync Clk Out信号表示同步时钟信号，采样时钟的分频时钟，提供给用户使用。

Trigger In1/Trigger In2，为外部触发信号的输入端口，SMA接口，用户通过该输入端口输入触发状态，进而控制同步机的工作状态。

Dynamic Jump In，为动态跳转指令的输入接口，为一组并行接口，用户通过该输入接口输入动态跳转命令。

通过上述描述可知，该基于同步机实现多台信号源同步的系统，通过一台同步机给每一台信号源提供同源校准信号和同源采样时钟，以使多台信号源同步输出，一台同步机可支持多达8台信号源的同步输出，即64通道同步输出，并且通过实验得知，所有通道同步输出偏差小于20ps，若扩展一台同步机的接口设计，一台同步机还可以支持更多台信号源的同步输出。

并且，系统搭建完毕之后，不需要反复拆接线，用户可以反复上电配置，电脑主机会根据用户配置参数变化启动同步机校准模式，同步机自动实现多台信号源多通道同步校准输出。

以及，同步机的采样时钟分发电路和校准信号分发电路，不要求8路信号严格等长，放宽了同步校准硬件电路的设计要求和难度，而多台信号源的同步输出偏差仍然可以小于20ps。

基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种基于同步机实现多台信号源同步的方法，参考图8，图8为本发明实施例提供的一种基于同步机实现多台信号源同步的校准方法的流程示意图。

所述校准方法包括：

S101：同步机配置多台信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源。

S102：所述同步机给所有所述信号源提供同源采样时钟。

S103：所述主要信号源给所述同步机发送校准信号。

S104：所述同步机将所述校准信号进行功分，给所有所述信号源提供同源校准信号。

S105：每一台所述信号源接收到所述同源校准信号时，计算所述主要信号源到自身信号源的链路时延值，并定义所述链路时延值为自身信号源的时间基准。

S106：任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时，并予以调整以使每一个通道的环路延时与所述时间基准一致。

进一步的，基于本发明上述实施例，参考图9，图9为本发明实施例提供的另一种基于同步机实现多台信号源同步的校准方法的流程示意图。

在所述同步机配置多台信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源之前，所述方法校准还包括：

S100：电脑主机通过LAN总线控制所述同步机启动同步校准流程。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述同步机给所有所述信号源提供同源采样时钟，包括：

所述同步机接收所述主要信号源的采样时钟，或接收外部的采样时钟；

对所述采样时钟进行功分，给所有所述信号源提供同源采样时钟。

进一步的，基于本发明上述实施例，所述任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时，并予以调整以使每一个通道的环路延时与所述时间基准一致，包括：

所述同步机控制所有所述信号源进入内部多通道同步校准模式；

任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时；

依据每一个通道的环路延时的计算结果进行分析对比；

依据对比结果调整每一个通道的环路延时以使其与所述时间基准一致。

需要说明的是，本发明提供的一种基于同步机实现多台信号源同步的校准方法与上述系统实施例的原理相同，在此不再赘述。

基于本发明上述全部实施例，在本发明另一实施例中还提供了一种基于同步机实现多台信号源同步的方法。

所述方法包括上述实施例提供的所述的校准方法；

当在所述校准方法执行完成后，切换至正常工作模式，以实现多台信号源的同步输出。

以上对本发明所提供的一种基于同步机实现多台信号源同步的系统、方法及校准方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种基于同步机实现多台信号源同步的系统，其特征在于，所述系统包括：同步机和多台信号源；

其中，所述同步机具有多个通信接口，每台所述信号源对应连接一个所述通信接口；

所述同步机用于对校准信号和采样时钟进行功分，以给每一台所述信号源提供同源校准信号和同源采样时钟，以使多台所述信号源同步输出。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

电脑主机，所述电脑主机用于控制所述同步机和所述信号源的工作状态。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述通信接口包括：第一端口、第二端口和第三端口；

所述信号源包括：第四端口、第五端口和第六端口；

其中，所述第一端口和所述第四端口连接，所述第二端口和所述第五端口连接，所述第三端口和所述第六端口连接；

所述同步机通过所述第一端口向所述信号源发送所述同源采样时钟；

所述同步机通过所述第二端口向所述信号源发送所述同源校准信号；

所述同步机通过所述第三端口与所述信号源之间相互进行通信。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述同步机还用于配置多台所述信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述主要信号源为所述同步机提供所述校准信号。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述主要信号源为所述同步机提供所述采样时钟；

或，所述同步机接收外部采样时钟。

7.一种基于同步机实现多台信号源同步的校准方法，其特征在于，所述校准方法包括：

同步机配置多台信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源；

所述同步机给所有所述信号源提供同源采样时钟；

所述主要信号源给所述同步机发送校准信号；

所述同步机将所述校准信号进行功分，给所有所述信号源提供同源校准信号；

每一台所述信号源接收到所述同源校准信号时，计算所述主要信号源到自身信号源的链路时延值，并定义所述链路时延值为自身信号源的时间基准；

任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时，并予以调整以使每一个通道的环路延时与所述时间基准一致。

8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，在所述同步机配置多台信号源，其中任意一台所述信号源为主要信号源，其余所述信号源为辅助信号源之前，所述方法校准还包括：

电脑主机通过LAN总线控制所述同步机启动同步校准流程。

9.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，所述同步机给所有所述信号源提供同源采样时钟，包括：

所述同步机接收所述主要信号源的采样时钟，或接收外部的采样时钟；

对所述采样时钟进行功分，给所有所述信号源提供同源采样时钟。

10.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，所述任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时，并予以调整以使每一个通道的环路延时与所述时间基准一致，包括：

所述同步机控制所有所述信号源进入内部多通道同步校准模式；

任意一台所述信号源计算每一个通道的环路延时；

依据每一个通道的环路延时的计算结果进行分析对比；

依据对比结果调整每一个通道的环路延时以使其与所述时间基准一致。

11.一种基于同步机实现多台信号源同步的方法，其特征在于，所述方法包括如权利要求7-10任一项所述的校准方法；

当在所述校准方法执行完成后，切换至正常工作模式，以实现多台信号源的同步输出。

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