CN201556051U - 一种多输入扩展时钟 - Google Patents

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王以诚
邱祖雄
朱亚
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NS communication technology (Shanghai) Co., Ltd.
Shanghai Taitan Communication Engineering Co.Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种多输入扩展时钟，包括控制单元，其特征在于，控制单元分别连接时间保持单元、液晶显示及键盘输入单元、IRIG-B处理单元、时间输出单元及背板总线，背板总线连接电源、多路外参考输入、串口、脉冲电路、时间报文以及交流IRIG-B单元和直流IRIG-B单元。本实用新型的优点是：通过FPGA芯片实现对多路外参考时间输入的处理，充分发挥FPGA速度快的优势，能够时间基站的高精度；对多路外参考输入时间信号进行优选；充分保证了外参考时间基准的可靠性；不仅支持传统的IRIG-B时间基准，还支持NTP和PTP网络时间输入。

Description

一种多输入扩展时钟
技术领域
本实用新型涉及一种多路外参考输入的扩展时钟装置，它以接收到的外参考时间信号为基准，输出足够数量、各种类型的时间信号，满足各种时间同步应用的场合，属于通信技术领域。
背景技术
随着电子通信技术的迅速发展，许多行业对时间精度的要求越来越高。特别是在通信、电力、交通、金融等领域，精确的时间信号是各种自动化设备正常运行的必要保障，毫秒甚至微秒级的时间偏差都有可能导致系统工作异常，造成无法挽回的损失。
目前针对这一问题普遍的解决方案是建立时间同步系统。即通过GPS或其它卫星系统获得绝对时间UTC(Universal Time Coordinated，世界协调时)，再将该系统时间应用于各系统，使得该系统内有时间标记需求的设备都使用同一个时间参照体系，从而实现各类设备时间的一致。
当前应用最成熟的是GPS卫星对时技术。GPS是美国的全球卫星导航系统，由24颗在空间运行的GPS卫星和地面控制站组成。在地球表面任意地点、任何时间GPS卫星信号接收器都可收到足够数量(至少四颗)的GPS卫星信号。精确计算接收器所在当前空间位置和时间，其时间精度相对UTC时间误差可达纳秒级。GPS时钟是一个非常精确的时间源，绝大多数的时间同步网络都把它作为基准时间源。
在一个时间同步系统内，一般将直接以GPS或其它卫星为基准的时钟称为主时钟，它也是该系统内的时间基准。通常情况下，主时钟所能输出的时间信号类型和数量都非常有限，当用户有大量客户端需要时间同步时，就需要增加扩展时钟。此时，扩展时钟接收主时钟的时间基准，输出各种类型、足够数量的时间信号到客户端。
由于大量的客户端直接与扩展时钟进行时间同步，扩展时钟的时间精度和可靠性就显得极为重要。扩展时钟要尽可能地采用系统冗余的设计思想。外参考输入是最直接影响扩展时钟精度的一个环节，如果扩展时钟只能接收一路外参考输入，则一旦接收外参考输入的单元发生故障或外参考本身出现异常，扩展时钟的时间精度就会迅速下降。
目前扩展时钟可从主时钟接收到的时间信号类型一般为B码(即IRIG-B，一种精度可达纳秒级的数字信号)。尽管对B码的应用技术已经非常成熟，但随着通信技术特别是以太网技术的迅速发展和普遍应用，基于TCP/IP的网络对时方式NTP(Network Time Protocol)和PTP(Precision Time Protocol，也称为IEEE1588)必将成为主流的对时方式。扩展时钟也必须与时俱进才能适应技术发展的需求，这就要求它不仅能接收B码时间基准，还要能够接收NTP或PTP时间基准，且精度为纳秒级。但是，目前为止并没有满足要求的扩展时钟。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种多路外参考输入的扩展时钟装置。
为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种多输入扩展时钟，包括控制单元，其特征在于，控制单元分别连接时间保持单元、液晶显示及键盘输入单元、IRIG-B处理单元、时间输出单元及背板总线，背板总线连接电源、多路外参考输入、串口、脉冲电路、时间报文以及交流IRIG-B单元和直流IRIG-B单元。
进一步，所述控制单元为FPGA。
本实用新型通过FPGA芯片对接收到的外参考时间进行处理。FPGA为大规模可编程逻辑芯片，具有逻辑单元灵活、集成度高等特点，可对多路外参考输入时间信号进行处理，判断外参考输入信号的质量，并对多路信号的精度进行比较。本实用新型内置晶体振荡器作为时间保持单元，通过FPGA控制对其进行“训练”，FPGA同时接收该晶体振荡器的频率输出，并进一步输出高精度的时钟信号给IRIG-B处理单元、时间输出单元等。
本实用新型可通过背板总线上的串口进行控制访问，对其进行各种状态查询、参数设置等，非常方便实际应用。其输出的脉冲时间信号可根据实际需求软件调整为秒脉冲、分脉冲、时脉冲等。本实用新型还默认输出一个串口时间报文方便用户使用。
本实用新型的优点是：
1、通过FPGA芯片实现对多路外参考时间输入的处理，充分发挥FPGA速度快的优势，能够确保时间的高精度；
2、对多路外参考输入时间信号进行优选；
3、充分保证了外参考时间基准的可靠性；
4、不仅支持传统的IRIG-B时间基准，还支持NTP和PTP网络时间输入。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种多输入扩展时钟的连接示意图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本实用新型。
实施例
如图1所示，为本实用新型提供的一种多输入扩展时钟，包括控制单元，控制单元分别连接时间保持单元、液晶显示及键盘输入单元、IRIG-B处理单元、时间输出单元及背板总线，背板总线连接电源、多路外参考输入、串口、脉冲电路、时间报文以及交流IRIG-B单元和直流IRIG-B单元，其中，控制单元为FPGA。
FPGA(Field-Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input OutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚，FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。对于高精度纳秒的时间处理，FPGA处理速度快的优势得到了充分的施展。速度快的优势来源于FPGA的硬逻辑方式。由于FPGA的逻辑功能全部用硬件电路实现，故所有的延迟只来源于门电路，而一般门电路的延迟都在ns级别。
FPGA含有大量的软件算法，它可以对所输入的多路时间通才进行优选，并且当其中某路出现异常时给出告警。
时间保持单元，即振荡器，是系统的另一个核心部件。FPGA对所接收到的外参考时间进行处理后，通过相应算法对振荡器进行调整。本实用新型采用恒温晶体振荡器OCXO，该振荡器采用温度控制电路来保持晶体及关键电路工作在一个精确恒温的环境。FPGA通过相应算法，对OCXO进行控制，确保OCXO频率输出的稳定性。
本实用新型可通过背板总线上串口进行控制访问，对其进行各种状态查询、参数设置等，非常方便实际应用。其输出的脉冲时间信号可根据实际需求软件调整为秒脉冲、分脉冲、时脉冲等。本实用新型还默认输出一个串口时间报文方便用户使用。液晶显示用来显示各种状态信号，键盘输入方便用户对设备进行参数的设置。
本实用新型扩展时钟可同时接收多路外参考时间信号，不仅确保了外参考时间基准的可靠性，还可以对多路输入进行优先选择，同时当某一路外参考出现异常时还能给出告警。其输出的时间信号囊括了目前用户可能使用到的全部类型。

Claims (2)

1.一种多输入扩展时钟，包括控制单元，其特征在于，控制单元分别连接时间保持单元、液晶显示及键盘输入单元、IRIG-B处理单元、时间输出单元及背板总线，背板总线连接电源、多路外参考输入、串口、脉冲电路、时间报文以及交流IRIG-B单元和直流IRIG-B单元。
2.如权利要求1所述的一种多输入扩展时钟，其特征在于，所述控制单元为FPGA。
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