CN1913422B - 时间服务器以及提高时间服务器输出精度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种时间服务器和提高时间服务器输出精度的方法，所述时间服务器包括时间接收器、时延控制器、串口时间生成器和电平转换器，其中时间接收器、时延控制器和串口时间生成器在逻辑器件或ASCII器件中实现，所述方法包括：所述时间接收器接收时间源的时间信息，经过处理后输出第一时间信号和第二时间信号，所述时延控制器对所述第一时间信号进行时延补偿，输出第三时间信号，所述串口时间生成器将所述第二时间信号和所述第三时间信号生成第四时间信号，所述电平转换器将所述第四时间信号转换为标准的串口时间信号。本发明采用逻辑器件或ASCII器件生成串口时间信号，同时采用消除时延补偿的方法消传输带来的延迟，可提高时间服务器输出的精度。

Description

时间服务器以及提高时间服务器输出精度的方法
技术领域
本发明涉及时间同步领域，尤其涉及一种时间服务器以及提高时间服务器串行口输出精度的方法。
背景技术
精确、可靠的时间在卫星、通信和航天等领域有着广泛的应用，对于某些应用来说，万分之一秒的误差也会造成严重影响。用于通信网络的计费系统，可减小计费信息的错误，提供不同运营商的网间结算的依据。时间同步最终的时间源是全球卫星定位系统(如GPS)，从时间源获得标准时间后，需要将时间信息通过局间/局内时间分配链路发送到各种需要时间同步的设备上。目前常用的时间信号格式主要有两种：时间码和网络时间协议(NetworkTime Protocol，NTP)。时间码有靶场时间组B型格式(Inter RangeInstrumentation Group-B，IRIG-B)、直流电平携带码(DC Level Shift，DCLS)、串行口ASCII字符串等。
串行口ASCII字符串采用的物理接口是RS232/RS422串行通讯口，通过此接口，将时间信息以ASCII码字符串方式进行编码，波特率一般为9600bps。RS232/RS422串行通讯口已经大量使用在各种设备上，所以保证时间服务器串行口ASCII字符串的输出精度就显得尤为关键。
现有时间服务器的串口时间信息输出如图1所示，时间服务器的时间接收模块接收卫星信号或IRIG时间信息并处理输出时间信息，控制器(CPU)将获取的时间信号写入到串口芯片中形成TTL电平的时间字符串，最后通过电平转换器将TTL电平转换成RS232或RS422的ASCII的时间字符串。由于获取到的时间信息通过控制写入到串口芯片中，CPU处理需要时间，同时每次CPU写入的时延也不固定，将会带来的时间上的延迟，一般有100us～1ms，此外串口发送时间信息时也具有时间的延迟，所以现有技术中时间服务器输出的串口时间信息的时间精度较低。
因此，有必要对现有技术进行改进以适应实际应用的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现高精度串口时间信息的时间服务器以及提高时间服务器输出精度的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种时间服务器，通过传输线将串口时间信号传输到设备，该时间服务器包括时间接收器、时延控制器、串口时间生成器和电平转换器，所述时间接收器接收时间源的时间信息，经过处理后输出第一时间信号和第二时间信号，所述时延控制器对所述第一时间信号进行时延补偿，输出第三时间信号，所述串口时间生成器将所述第二时间信号和所述第三时间信号生成第四时间信号，所述电平转换器将所述第四时间信号转换为标准的串口时间信号。
所述第一时间信号为绝对信号1PPS信号，所述第二时间信号为串口时间码。所述第三时间信号为经过时延控制器补偿后的1PPS信号，所述时延控制器补偿的时延根据时间服务器的串口时间信号传输到设备所经过的传输线长度确定。所述第四时间信号为具有串口格式的串口时间信号。
所述时间接收器、时延控制器、串口时间生成器在逻辑器件中实现。
所述时间接收器、时延控制器、串口时间生成器在ASCII器件中实现。
所述电平转换器采用TTL或LVTTL到RS232电平转换器件。
一种提高时间服务器输出精度的方法，该时间服务器通过传输线将串口时间信号传输到设备，其特征在于，包括以下步骤：S1、时间接收器接收时间源的时间信息，经过处理后输出第一时间信号和第二时间信号；S2、时延控制器对所述第一时间信号进行时延补偿，输出第三时间信号；S3、串口时间生成器将所述第二时间信号和所述第三时间信号生成第四时间信号；S4、电平转换器将所述第四时间信号转换为标准的串口时间信号。
本发明的有益效果如下：
采用逻辑器件或ASCII器件生成串口时间信号，逻辑是采用卫星输入的1PPS信号或IRIG-B的解码出的1PPS信号来触发逻辑的发送时间，同时，1PPS的精度为100ns左右，逻辑芯片的时延在10ns之内，两者相加的精度为也只有110ns的精度，相对于现有技术中通过控制写入到串口芯片带来的100us～1ms的延迟，采用逻辑器件的方法生成串口时间信息，大大提高了设备输出串口时间的精度。
时间服务器输出的串口时间信号一般经过传输线缆传输到达设备，输出存在一定的时延，根据固定线缆在一个串口波特率下的时延和长度成正比例关系，采用时延控制器在时间信号处理过程中进行时延补偿，消除传输带来的延迟，进一步提高时间服务器串行口输出的精度。
附图说明
图1是现有技术中时间服务器输出串口时间信息的示意图。
图2是本发明时间服务器输出串口时间信息的示意图。
图3是本发明时间服务器串口时间信息形成的流程图。
图4是本发明时间服务器串口时间信息形成的码流图。
具体实施方式
本发明的时间服务器包括时间接收器、时延控制器、串口时间生成器和电平转换器，其中时间接收器、时延控制器和串口时间生成器在逻辑器件中实现，该逻辑器件可采用可编程逻辑器件(EPLD)或现场可编程门阵列(FPGA)。逻辑是采用卫星输入的1PPS信号或IRIG-B的解码出的1PPS信号来触发逻辑的发送时间，同时，1PPS的精度为100ns左右，逻辑芯片的时延在10ns之内，两者相加的精度为也只有110ns的精度，所以采用逻辑器件的方法生成串口时间信息，可提高设备输出串口时间的精度。
时间接收器负责接收时间源(卫星信号或IRIG-B)的时间信息，进行处理以获取绝对信息1PPS(每秒输出1个脉冲)信号和串口时间码。1PPS的脉冲时间与世界协调时间(Universal Coordinated Time，UCT)的秒同步误差不超过0.1μs，串口时间码其中包括的时间信息用来说明前一个1PPS脉冲对应的UCT时间(年、月、日、时、分、秒)。
时延控制器负责对输入的绝对信息1PPS信号进行时延补偿。时间服务器输出的串口时间信号一般经过传输线缆传输到达设备，输出存在一定的时延，不同的线缆传递不同速率的信号，具有不同的时延，由于固定的线缆在一个串口波特率下的时延和长度成正比例关系，所以可以对不同的输出延时进行不同补偿。时延控制器的输入为绝对时刻1PPS信号，输出为补偿后生成的1PPS信号，两者的区别是补偿后的信号较输入的1PPS信号的上升沿前移，前移的距离为补偿的时延。
串口时间生成器负责生成串口时间信号。串口时间生成器将收到的时间信息，即将经过时延补偿器补偿后的高准确度1PPS信号和从时间接收器获取的准确的具体时间信息时间码，合成转换为具有串口格式的时间码流，保证发送的时间的精度。串口格式包括：串口的波特率、数据位的位数、有无奇偶校验位和停止位的个数等。
电平转换器负责将从串口时间生成器接收的串口时间信号转换生成标准的串口时间信号。在本发明中，电平转换器采用TTL(Transistor-TransistorLogic)或LVTTL(Low Voltage TTL)到RS232电平的转换器件，由于一般的逻辑器件输出的常用电平为3.3V(LVTTL逻辑电平定义的工作电压范围是3.0-3.6V)或5V(TTL逻辑电平的工作电压是5V)，而不同的串口信号为12V的串口电平信号，所以需要转换，将3.3V或5V的TTL电平转换成RS232的标准的串口电平。
结合上述时间服务器的架构，输出串口时间信息的实现过程如下：时间接收器接收时间源信号，进行处理后获得标准的1PPS信号t0(第一时间信号)和串口时间码t_code(第二时间信号)；标准的1PPS信号t0经过时延补偿器补偿后生成补偿后的1PPS信号t1(第三时间信号)；串口时间生成器将输入的补偿后的1PPS信号t1和时间码t_code转换生成串口时间信号t2(第四时间信号)；串口时间信号通过电平转换后生成标准的串口时间信号tout；以及串口时间信号tout经过传输线传输到达设备时为图中的tm。由于传输线存在一定时延，但是通过时延补偿后到达设备后的tm信号的绝对时刻和标准的1PPS信号t0的上升沿对齐。
上述时间服务器中的时间接收器、时延控制器、串口时间生成器和电平转换器也可在ASCII器件中实现，具体的实现原理和在逻辑器件中实现相同，故在此不赘述。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种时间服务器，通过传输线将串口时间信号传输到设备，该时间服务器包括时间接收器和电平转换器，所述时间接收器接收时间源的时间信息，经过处理后输出绝对信号1PPS信号和串口时间码，其特征在于：还包括时延控制器和串口时间生成器，所述时延控制器对所述绝对信号1PPS信号进行时延补偿，输出经过补偿后的1PPS信号，所述串口时间生成器将所述串口时间码和所述经过补偿后的1PPS信号生成具有串口格式的串口时间信号，电平转换器将所述具有串口格式的串口时间信号转换为标准的串口时间信号。
2.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于：所述时延控制器补偿的时延根据时间服务器的串口时间信号传输到设备所经过的传输线长度确定。
3.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于：所述时间接收器、时延控制器、串口时间生成器在逻辑器件中实现。
4.根据权利要求1所述的时间服务器，其特征在于：所述时间接收器、时延控制器、串口时间生成器在ASCII器件中实现。
5.一种提高时间服务器输出精度的方法，该时间服务器通过传输线将串口时间信号传输到设备，其特征在于，包括以下步骤：
S1、时间接收器接收时间源的时间信息，经过处理后输出绝对信号1PPS信号和串口时间码；
S2、时延控制器对所述绝对信号1PPS信号进行时延补偿，输出经过补偿后的1PPS信号；
S3、串口时间生成器将所述串口时间码和所述经过补偿后的1PPS信号生成具有串口格式的串口时间信号；
S4、电平转换器将所述具有串口格式的串口时间信号转换为标准的串口时间信号。
6.根据权利要求5所述的提高时间服务器输出精度的方法，其特征在于：所述时延控制器补偿的时延根据时间服务器的串口时间信号传输到设备所经过的传输线长度确定。
7.根据权利要求5所述的提高时间服务器输出精度的方法，其特征在于：所述时间接收器、时延控制器、串口时间生成器在逻辑器件中实现。
8.根据权利要求5所述的提高时间服务器输出精度的方法，其特征在于：所述时间接收器、时延控制器、串口时间生成器在ASCII器件中实现。
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