CN207835468U - 时频统一装置、机箱和服务器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种时频统一装置，包括背板、时间源板卡和时钟板卡。背板用于装设时间源板卡和时钟板卡，以及各个待进行时频统一的业务板卡。时间源板卡和时钟板卡通信连接。时间源板卡用于向时钟板卡发送校准秒脉冲信号。时钟板卡用于通过校准秒脉冲信号校准后，输出基准时钟和基准秒脉冲信号到各个业务板卡。还公开一种应用上述时频统一装置的机箱以及一种服务器。通过时间源板卡和时钟板卡的设计，由时间源板卡获取卫星系统时后提供给时钟板卡进行校准，从而通过背板分发给各个业务板卡，解决了时频统一精度不高的问题，达到高精度时间和频率统一的效果。上述机箱和服务器的时频统一精度较高，可靠性更好。

Description

时频统一装置、机箱和服务器

技术领域

本实用新型涉及工业机箱领域，特别涉及一种时频统一装置、机箱和服务器。

背景技术

随着近年来通信导航、人工智能等技术的快速发展，“多网融合”和“数据多源融合”等融合的概念也被人们越来越多地提及和关注。多个不同类型的网络或数据平台要实现融合，决定了其技术实现要具有开放性、分布化等特点，网络通信平台和数据交换的设计、时间统一、时钟同步是其中的关键技术。2005年，在ATCA(先进电信计算架构)的基础上提出的MTCA(微型电信计算架构)规范，解决了网络平台和数据交换的设计。多系统、多网络之间精确的时间和时钟同步技术可以保持各数据源采集同步、精确运算。前述的技术实现使得各道独立数据源可以MTCA标准板卡形式存在机箱中，进行数据交换和融合，达到高精度的时钟同步和时间统一。

在传统的MTCA通信导航网络平台架构中，如果需要单机实现时间同步，则要依靠外界进行网络授时，并且机箱内各板卡没有时间同步的机制，存在着时频统一精度不高的问题。

发明内容

基于上述传统的工业机箱存在的问题，本实用新型提供一种时频统一装置、一种机箱以及一种服务器。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用以下技术方案：

一方面，本实用新型实施例提供一种时频统一装置，包括背板、时间源板卡和时钟板卡，所述背板用于装设所述时间源板卡和所述时钟板卡，以及各个待进行时频统一的业务板卡，所述时间源板卡和所述时钟板卡通信连接；

所述时间源板卡用于向所述时钟板卡发送校准秒脉冲信号，所述时钟板卡用于通过所述校准秒脉冲信号校准后，输出基准时钟和基准秒脉冲信号到各个所述业务板卡。

在其中一个实施例中，所述时间源板卡包括卫星导航板卡或罗兰C定位板卡。

在其中一个实施例中，所述卫星导航板卡为GPS/BD接收机板卡。

在其中一个实施例中，所述时钟板卡包括PCB板以及设置在所述PCB板上的FPGA、时钟晶振、时差测量芯片和处理器，所述FPGA、所述时钟晶振、所述时差测量芯片和所述处理器依次通信连接，所述时差测量芯片分别通信连接所述FPGA和所述时钟晶振；

所述FPGA用于接收所述校准秒脉冲信号和所述时钟晶振输出的秒脉冲信号，以及分别输出粗同步后的秒脉冲信号到所述时钟晶振和所述时差测量芯片；

所述时差测量芯片用于输出信号时差到所述处理器；所述处理器用于输出所述信号时差的滤波结果到所述时钟晶振；所述时钟晶振用于输出细同步后的所述基准时钟和所述基准秒脉冲信号。

在其中一个实施例中，所述处理器为浮点处理器。

在其中一个实施例中，还包括装设在所述背板上的守时板卡，所述守时板卡分别通信连接所述时间源板卡和所述时钟板卡；

所述守时板卡用于接收所述校准秒脉冲信号或细同步后的所述基准秒脉冲信号，并输出守时秒脉冲信号到所述时钟板卡。

在其中一个实施例中，所述守时板卡包括PCB板以及设置在所述PCB板上的恒温晶振或原子钟；

所述恒温晶振或原子钟用于在所述校准秒脉冲信号或细同步后的所述基准秒脉冲信号校准后，输出所述守时秒脉冲信号。

另一方面，还提供一种机箱，包括箱体和所述的时频统一装置，所述时频统一装置内置于所述箱体。

再一方面，还提供一种服务器，包括所述的机箱和内置于所述机箱的多个待进行时频统一的业务板卡，各所述业务板卡装设在所述背板上。

在其中一个实施例中，所述业务板卡包括通信板卡和/或定位板卡。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

通过时间源板卡和时钟板卡的设计，由时间源板卡获取卫星系统时后提供给时钟板卡进行校准，从而通过背板分发给各个连接到背板上的业务板卡，时间源板卡可独立运行，实现装置本身即可充当高精度时间源；有效避免了外界网络授时的不稳定因素，解决了时频统一精度不高的问题，达到高精度时间和频率统一的效果。应用上述时频统一装置的机箱和服务器，时频统一精度较高，运行可靠性更好。

附图说明

图1为一个实施例中时频统一装置第一简要结构示意图；

图2为一个实施例中时频统一装置第二简要结构示意图；

图3为一个实施例中时钟板卡的内部简要结构示意图；

图4为一个实施例中于时频统一装置第三简要结构示意图；

图5为一个实施例中时频统一装置第四简要结构示意图；

图6为一个实施例中机箱的简要结构示意图；

图7为一个实施例中服务器的简化示意图；

图8为一个实施例中定位导航系统的简化结构示意图。

具体实施方式

下面将结合较佳实施例及附图对本实用新型的内容作进一步详细描述。显然，下文所描述的实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在ATCA(先进电信计算架构)的基础上提出的MTCA(微型电信计算架构)规范，解决了网络平台和数据交换的设计等关键技术后，多系统、多网络之间精确的时间和时钟同步技术可以保持各数据源采集同步、运算精确，从而使得MTCA标准机箱在各种通信系统、定位系统以及其他电子信息系统中应用广泛。然而，发明人在实现本实用新型技术方案的过程中，发现传统的MTCA标准机箱一般依赖网络时间源进行时频统一授时，其能够对系统局部的某些设备进行时间同步，而无法对相互独立的不同网络内的设备进行时间同步。网络时间源本身会受到软件部分的稳定性和健壮性影响，也会受到网络传播延迟等的影响，这在时间同步精度上有较大局限性，往往不利于较好地实现高速同步采集和融合数据的目的。此外MTCA标准机箱在单机工作状态中，其内的各业务板卡的时间同步也会受到制约，存在着时频统一精度不高的问题。基于上述发现的问题：

请参阅图1，本实用新型实施例提供一种时频统一装置100，包括背板12、时间源板卡14和时钟板卡16。背板12用于装设时间源板卡14和时钟板卡16，以及各个待进行时频统一的业务板卡19。时间源板卡14和时钟板卡16通信连接。时间源板卡14用于向时钟板卡16发送校准秒脉冲信号。时钟板卡16通过校准秒脉冲信号校准后，输出基准时钟和基准秒脉冲信号到各个业务板卡19。

可以理解，时频统一装置100可以包含但不限于上述的背板12、时间源板卡14和时钟板卡16，而且背板12可以包括各种尺寸、形状、厚度、材质等规格的背板12，具体规格可以根据时频统一装置100的应用场合选定，本说明中不做限定。时间源板卡14和时钟板卡16在背板12上的装设方式可以是可拆卸的，例如可以是但不限于可拔插的形式，也可以是不可拆卸的。校准秒脉冲信号可以是但不限于卫星系统时的秒脉冲信号，基准秒脉冲信号可以是一种秒脉冲信号。其中，图1种的PPS1表示校准秒脉冲信号和PPS2表示基准秒脉冲信号，CLK表示基准时钟。

具体的，背板12可以提供时间源板卡14和时钟板卡16之间的所需的通信连接的介质，例如时间源板卡14和时钟板卡16可以分别通过但不限于插入到背板12上的对应端口，以实现通信连接。背板12还可以提供需要进行时频统一的各类业务板卡19接入时的各个通信端口，例如在定位系统中，由各时频统一装置100搭载各个通信、定位等业务板卡19组成的各个定位服务器。时间源板卡14可以向时钟板卡16发送校准秒脉冲信号，时钟板卡16从而可以通过接收校准秒脉冲信号完成校准。校准后的时钟板卡16可以通过背板12上的通信端口向各个接入的业务板卡19分发统一的基准时钟和基准秒脉冲信号。

如此，通过上述的在背板12上的时间源板卡14和时钟板卡16的设计，由时间源板卡14获取校准秒脉冲信号后，例如卫星系统时的秒脉冲信号，提供给时钟板卡16进行校准，从而通过背板12分发给各个连接到背板12上待进行时频统一的业务板卡19。时间源板卡14可独立运行，无需运维人员进行专门维护，实现时频统一装置100本身即可充当高精度的时间源，有效避免外界网络授时的不稳定因素的影响，解决了时频统一精度不高的问题，达到高精度时间和频率统一的效果。

在其中一个实施例中，时间源板卡14包括卫星导航板卡或罗兰C定位板卡。

可以理解，时间源板卡14充当时频统一装置100内部的时间源，用于直接向时频统一装置100内的时钟板卡16提供时间源，以实现时钟板卡16的时间校准，其可以是卫星导航板卡，如此，可以通过接收卫星导航信号来获得卫星系统时，并发送给时钟板卡16，从而可以使时钟板卡16根据卫星系统时进行时间校准。时间源板卡14也可以是罗兰C定位板卡，也即集成罗兰C接收机的时间源板卡14，如此，也可以利用独立的无线电导航系统提供时钟板卡16所需要的时间源。通过卫星导航板卡或罗兰C定位板卡，均可以实现高精度时间源的获得，还可以有效避免网络授时中，网络软件时间源需要运维人员定时检查服务器状态、以太网连接状态以及软件运行状态以确保网络软件时间源的可用性，增加运维人员的工作量、网络易受外界攻击等影响工作安全的问题。

请参阅图2，在其中一个实施例中，卫星导航板卡为GPS/BD接收机板卡。

可以理解，卫星导航板卡可以是集成GPS/BD双模接收机的板卡，其可以接收GPS卫星导航信号，也可以是接收BD(北斗导航系统)的卫星导航信号。

如此，通过GPS/BD接收机板卡作为时间源板卡14，可以使时频统一装置100获取主流卫星导航系统，例如GPS导航系统或北斗导航系统，提供的卫星系统时，从而提供给时钟板卡16进行时间校准。时间源的精度较高且稳定性好，还可有效降低系统的运维成本。

请参阅图3和图4，在其中一个实施例中，时钟板卡16包括PCB板以及设置在PCB板上的FPGA162、时钟晶振164、处理器166和时差测量芯片168，FPGA162、时钟晶振164、处理器166和时差测量芯片168依次通信连接。时差测量芯片分别通信连接FPGA162和时钟晶振164。FPGA162用于接收校准秒脉冲信号和时钟晶振164输出的秒脉冲信号，以及分别输出粗同步后的秒脉冲信号到时钟晶振164和时差测量芯片168。时差测量芯片168用于输出信号时差到处理器166。处理器166用于输出信号时差的滤波结果到时钟晶振164。时钟晶振164用于输出细同步后的基准时钟和基准秒脉冲信号。

可以理解，时钟板卡16可以通过在PCB板上设置FPGA162、时钟晶振164、处理器166和时差测量芯片168等主要元件以及其他辅助元件，从而封装后构成。FPGA162(Field－Programmable Gate Array)，也即现场可编程门阵列芯片。时钟晶振164可以是输出高精度基准时钟信号和基准秒脉冲信号的各种高精度时钟晶振，可以根据设计精度的需要进行选择。信号时差即可以是粗同步后的秒脉冲信号和细同步后的基准秒脉冲信号之间的时间相位间隔。其中，需要说明的是，图3仅为示意性的，且UART表示信号时差，PPS_OUT表示细同步后的基准秒脉冲信号，也即上述实施例中的分发到各个业务板卡的PPS2基准秒脉冲信号。

具体的，时间源板卡14输出校准秒脉冲信号到时钟板卡16后，以卫星系统时的秒脉冲信号为例，FPGA162接收到该卫星系统时的秒脉冲信号后，可以快速完成与时钟晶振164的时间粗同步，即可以是通过FPGA162内部固有的同步方式快速完成卫星系统时的秒脉冲信号与时钟晶振164输出的秒脉冲信号之间的粗同步。而后FPGA162输出粗同步后的秒脉冲信号到时钟晶振164和时差测量芯片168。

时差测量芯片168接收到FPGA162输出的粗同步后的秒脉冲信号和时钟晶振164输出的基准秒脉冲信号后，测量出该两种信号的信号时差并发送给处理器166。处理器166接收到该信号时差后，可以对其采用本技术领域中常规的滤波处理方法，进行滤波处理，例如可以进行卡尔曼滤波处理，得到滤波结果输出给时钟晶振164。其中，可以通过本技术领域中的各种常用的校准方法，例如可以根据时钟晶振164的信号输入要求，输入滤波结果以使时钟晶振164完成时间校准，也即完成信号的细同步。

如此，通过时间源板卡14对时钟晶振164提供时间源，进行时间校准后，时钟晶振164可以通过背板12向各个业务板卡19分发高精度的基准时钟和基准秒脉冲信号；基准时钟例如可以是但不限于10MHz的基准时钟；实现时频统一装置100内部的高精度的时间和频率统一。

在其中一个实施例中，时钟晶振164可以通过背板12上的差分授时端口，形成以时钟板卡16为核心的心型拓扑时频统一架构，利用常规的时间分发技术，将高精度的基准时钟和基准秒脉冲信号分发给各业务板卡19，实现其高精度时间和频率统一。

在其中一个实施例中，时钟晶振164还可以将高精度的基准时钟和基准秒脉冲信号输出到背板12上的外部接口，从而可以实现对连接到外部接口的、需要进行时频统一的各种外部设备30或者外部网络的进行时间同步。同步精度和效率较高。

在其中一个实施例中，处理器166为浮点处理器166。可以理解，上述的处理器166可以采用但不限于浮点处理器166，从而可以更高效率的完成上述实施例中的信号细同步过程。浮点处理器166的具体型号可以根据时频统一装置100所应用的定位系统或通信系统的具体类型和时频统一的精度需求进行选配。

请参阅图5，在其中一个实施例中，时频统一装置100还可以包括装设在背板12上的守时板卡18。守时板卡18分别通信连接时间源板卡14和时钟板卡16。守时板卡18用于接收校准秒脉冲信号或细同步后的基准秒脉冲信号，并输出守时秒脉冲信号到时钟板卡16。

可以理解，守时板卡18也可以通过背板12上的通信端口分别与时间源板卡14和时钟板卡16通信连接，从而可以接收时间源板卡14输出的校准秒脉冲信号或者时钟板卡16输出的基准秒脉冲信号。守时秒脉冲信号可以是在设定时间段内，例如时间源板卡工作异常时段内，用于维持时钟板卡16守时精度的秒脉冲信号。

具体的，守时板卡18可以在时间源板卡14正常工作时接收校准秒脉冲信号进行时间校准，以实现校准后的自持工作。守时板卡18也可以在时间源板卡14正常工作时接收来自时钟晶振164的基准秒脉冲信号，完成上述的时间校准。如此，当时间源板卡14工作异常，例如卫星信号丢失时，通过守时板卡18的自持工作，可以输出守时秒脉冲信号到时钟晶振164，方便时钟晶振164进行校准，以维持时钟晶振164的时间精确度，确保时间源板卡14无法正常提供时间源的状况下，可长时间保持时频统一装置100所应用的系统稳定可靠工作。

如此，通过守时板卡18的设置，可以向时钟晶振164提供临时的守时秒脉冲信号，维持时钟晶振164的时间精确度，提高时频统一装置100的时频统一稳定性以及其所应用的系统的稳定可靠性。

在其中一个实施例中，守时板卡18包括PCB板以及设置在PCB板上的恒温晶振或原子钟。恒温晶振或原子钟用于在校准秒脉冲信号或细同步后的基准秒脉冲信号校准后，输出守时秒脉冲信号。

可以理解，守时板卡18可以是在其内部的PCB板上集成有恒温晶振作为守时元件的板卡，也可以是由原子钟作为守时元件的板卡。一般的，恒温晶振经过时间校准后可以在较长时间段内保持较高的时间精度运行，其成本相对与原子钟较低。原子钟经过时间校准后，也可以是在较长时间段内保持相对于恒温晶振更高的时间精度运行，相应的，其成本也相较于恒温晶振高；因此，守时板卡18可以根据时频统一装置100的成本和守时精度等设计需要，选定采用恒温晶振或者原子钟来作为守时元件。

具体的，以恒温晶振作为守时元件的守时板卡18为例，守时板卡18可以在时间源板卡14正常工作时，通过接收校准秒脉冲信号进行时间校准。守时板卡18也可以是通过接收时钟晶振164经过校准后输出的基准秒脉冲信号来完成时间校准。当卫星信号丢失使时间源板卡14无法正常提供校准秒脉冲信号时，守时板卡18可以向时钟晶振164提供临时的守时秒脉冲信号，充当校准秒脉冲信号来完成时钟晶振164的时间校准，以维持卫星信号丢失时段内时钟晶振164的时间精确度。

如此，通过对守时板卡18的设置，可以确保较高守时精度的同时，例如守时精度可以达到5us/天，也可以有效降低时频统一装置100的制造成本。

在其中一个实施例中，上述各实施例中的PCB板也可以通过其他适合搭载各板卡相应元件的基板替代，只要能够实现各板卡相应元件的搭载及其功能实现即可。

请参阅图6，提供一种机箱200，包括箱体22和上述的时频统一装置100。时频统一装置100内置于箱体22。

可以理解，时频统一装置100的背板12可以与箱体22结构连接，例如可以是可拆卸的结构连接，背板12在箱体22内的位置形态可以是但不限于固定、可滑动或转动的，例如可以是但不限于卡接和铆接；背板12与箱体22也可以是不可拆卸的固定连接，例如可以是但不限于与箱体22一体化连接。背板12与箱体22还可以是通过中间件的间接的结构连接关系。时频统一装置100的各个板卡可以但不限于与箱体22也结构连接。时频统一装置100的各个部件与箱体22之间的连接关系可以根据机箱200的设计和应用需要来设定，只要能够实现时频统一装置100的在机箱200中的可靠装设即可。

如此，应用上述时频统一装置100的机箱200，可以应用于各种需要提供高精度时频统一的系统，例如通信系统、定位导航系统或其他的数据处理系统。机箱200的适用性好，时频统一精度高。

请参阅图7和图8还提供一种服务器300，包括上述的机箱200和内置于机箱200的多个待进行时频统一的业务板卡19，各业务板卡19分别装设在背板12上。

其中，服务器300可以是定位服务器、导航服务器和/或其他通信服务器。可以理解，服务器300可以由上述实施例中包含有时频统一装置100的机箱200以及各个业务板卡19组成。各个业务板卡19可以装设在背板12上，例如各个业务板卡19可以拔插到背板12上的各相应端口，从而实现与时钟板卡16之间的通信连接，以及实现各业务板卡19之间所需要的通信连接。

如此，对于应用上述机箱200的服务器300可实现独立运行在局域网内时，可以同时给其它网内设备进行时间校准。单机运行时，服务器300相对于基准时间也可以达到纳秒级的时间精度。此外，通过差分授时端口，利用本领域已有的时间分发技术，分发统一的高精度基准时钟和基准秒脉冲信号给各业务板卡19，达到服务器300及其所在系统的高效率且高精度的时间和频率统一，运行可靠性更好。

在其中一个实施例中，上述各实施例中的机箱200可以是基于MTCA标准的各种类型的机箱。机箱200的适用性更好。

在其中一个实施例中，业务板卡19包括通信板卡和/或定位板卡。

也即是说，上述各个实施例中的各个业务板卡19中，可以包含有通信板卡和定位板卡，也可以包含通信板卡或定位板卡中，具体板卡类型可以根据服务器300的类型选定。如此，通过选配上述的各业务板卡19，可以搭建出应用上述时频统一装置100的各种类型的服务器300，例如如图8所述的卫星定位导航系统示例；提升服务器300的时频统一精度和稳定性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形、实施例组合和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种时频统一装置，其特征在于，包括背板、时间源板卡和时钟板卡，所述背板用于装设所述时间源板卡和所述时钟板卡，以及各个待进行时频统一的业务板卡，所述时间源板卡和所述时钟板卡通信连接；

所述时间源板卡用于向所述时钟板卡发送校准秒脉冲信号，所述时钟板卡用于通过所述校准秒脉冲信号校准后，输出基准时钟和基准秒脉冲信号到各个所述业务板卡。

2.根据权利要求1所述的时频统一装置，其特征在于，所述时间源板卡包括卫星导航板卡或罗兰C定位板卡。

3.根据权利要求2所述的时频统一装置，其特征在于，所述卫星导航板卡为GPS/BD接收机板卡。

4.根据权利要求1至3任一项所述的时频统一装置，其特征在于，所述时钟板卡包括PCB板以及设置在所述PCB板上的FPGA、时钟晶振、时差测量芯片和处理器，所述FPGA、所述时钟晶振、所述时差测量芯片和所述处理器依次通信连接，所述时差测量芯片分别通信连接所述FPGA和所述时钟晶振；

所述FPGA用于接收所述校准秒脉冲信号和所述时钟晶振输出的秒脉冲信号，以及分别输出粗同步后的秒脉冲信号到所述时钟晶振和所述时差测量芯片；

所述时差测量芯片用于输出信号时差到所述处理器；所述处理器用于输出所述信号时差的滤波结果到所述时钟晶振；所述时钟晶振用于输出细同步后的所述基准时钟和所述基准秒脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的时频统一装置，其特征在于，所述处理器为浮点处理器。

6.根据权利要求5所述的时频统一装置，其特征在于，还包括装设在所述背板上的守时板卡，所述守时板卡分别通信连接所述时间源板卡和所述时钟板卡；

所述守时板卡用于接收所述校准秒脉冲信号或细同步后的所述基准秒脉冲信号，并输出守时秒脉冲信号到所述时钟板卡。

7.根据权利要求6所述的时频统一装置，其特征在于，所述守时板卡包括PCB板以及设置在所述PCB板上的恒温晶振或原子钟；

所述恒温晶振或原子钟用于在所述校准秒脉冲信号或细同步后的所述基准秒脉冲信号校准后，输出所述守时秒脉冲信号。

8.一种机箱，其特征在于，包括箱体和权利要求1至7任一项所述的时频统一装置，所述时频统一装置内置于所述箱体。

9.一种服务器，其特征在于，包括权利要求8所述的机箱和内置于所述机箱的多个待进行时频统一的业务板卡，各所述业务板卡装设在所述背板上。

10.根据权利要求9所述的服务器，其特征在于，所述业务板卡包括通信板卡和/或定位板卡。