一種時間戳電路和實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種時間戳電路，包括：GPS模塊、頻率參考模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、幀分頻計時模塊、采樣數(shù)據(jù)FIFO、時間FIFO和CPLD模塊。本發(fā)明的高精度時間戳電路，保證了數(shù)據(jù)采集時刻的同步，也保證了采樣時刻對應(yīng)的時間信息的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)帶有時間戳標(biāo)記后，可以通過網(wǎng)絡(luò)等接口發(fā)送出去，實現(xiàn)異步的一體化處理；通過時間戳技術(shù)，可以解決分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的同步傳輸問題。
【專利說明】—種時間戳電路和實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種時間戳電路，還涉及一種時間戳的實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]時間戳是一種標(biāo)識采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確時刻的方法，在測向及信號監(jiān)測設(shè)備中非常重要。對于一臺獨立儀器，監(jiān)測信號的具體時刻對于用戶研究干擾信號的出現(xiàn)及變化規(guī)律，尤其是復(fù)雜調(diào)制多變的信號很有必要。很多跳頻信號I秒鐘5千跳，如果時間精度小于0.2ms,則無法監(jiān)測到信號的時間變化規(guī)律，更無法獲取其跳變規(guī)律及特征。對于分散在多個地方的多臺設(shè)備組成的監(jiān)測測向系統(tǒng)，如果時間精度比較差，每臺儀器獲取的數(shù)據(jù)幀無法與其它儀器運算比對或相關(guān)，則多臺測向設(shè)備組成的定位系統(tǒng)也就無法對信號源進行交叉定位了。
[0003]目前，帶有GPS秒脈沖的微波測試儀器，僅僅使儀器內(nèi)部時鐘鎖相到GPS秒脈沖，做到一般的相位相干，無法實現(xiàn)統(tǒng)一的時間，更無法使幀數(shù)據(jù)帶有準(zhǔn)確的時間戳，數(shù)據(jù)最終上傳到主機后也無時間標(biāo)記，因而缺少該幀數(shù)據(jù)對應(yīng)的時間信息，無法實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確時間信息，因而對于分布于不同地方儀器采集的數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)時間相關(guān)的信號分析或相關(guān)運算，從而無法進行系統(tǒng)級的數(shù)據(jù)及信號處理，無法獲取更多的信號規(guī)律及信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種時間戳電路和實現(xiàn)方法，解決了現(xiàn)有同步儀器僅僅能使內(nèi)部參考信號鎖相到外部的GPS秒脈沖上，對于分布于不同地方的儀器采集的數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)時間相關(guān)的信號分析或相關(guān)運算的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0006]一種時間戳電路，包括:GPS模塊、頻率參考模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、幀分頻計時模塊、采樣數(shù)據(jù)FIFO、時間FIFO和CPLD模塊；
[0007]所述GPS模塊通過外接GPS天線接收太空中的GPS衛(wèi)星信號，輸出GPS秒脈沖和時間信息，GPS秒脈沖鎖定到GPS衛(wèi)星的高精度時鐘上；
[0008]所述頻率參考模塊包括恒溫晶振，GPS正常時，恒溫晶振鎖相到GPS秒脈沖上，所述頻率參考模塊產(chǎn)生通用的參考時鐘，該參考時鐘鎖定在GPS模塊產(chǎn)生的秒脈沖上，無GPS情況下，恒溫晶振提供各時鐘信號；
[0009]所述幀分頻計時模塊接收頻率參考模塊輸出的采樣時鐘，根據(jù)用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)幀的大小設(shè)置分頻比，當(dāng)達到一幀的計數(shù)時，輸出幀同步時鐘到A/D轉(zhuǎn)換模塊，并將計時脈沖輸出到時間FIFO;
[0010]所述A/D轉(zhuǎn)換模塊接收所述頻率參考模塊輸出的采樣時鐘和所述幀分頻計時模塊輸出的幀同步時鐘，將儀器的模擬中頻輸入信號轉(zhuǎn)換為高速數(shù)字信號，再傳輸?shù)讲蓸訑?shù)據(jù)FIFO進行緩存；[0011]所述時間FIFO存儲每一個數(shù)據(jù)幀開始的時間信息；
[0012]所述CPLD模塊讀取采樣數(shù)據(jù)FIFO和時間FIFO的內(nèi)容，并根據(jù)用戶設(shè)置幀的大小打包形成數(shù)據(jù)幀輸出。
[0013]可選地，所述參考時鐘為IOMHz。
[0014]本發(fā)明還提供了一種時間戳實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0015]步驟(a)，GPS模塊初始化搜索GPS衛(wèi)星信號，輸出GPS秒脈沖和授時信息；
[0016]步驟(b)，頻率參考模塊內(nèi)部檢測單元檢測到GPS秒脈沖，則使恒溫晶振鎖相到GPS秒脈沖，否則恒溫晶振自由振蕩輸出采樣時鐘和其它參考時鐘；
[0017]步驟(C)，幀分頻計時模塊以采樣時鐘作為時鐘源，根據(jù)用戶設(shè)置的幀的大小，產(chǎn)生中貞同步時鐘計數(shù)個數(shù)，每當(dāng)開始或計數(shù)到一巾貞的個數(shù)時，輸出巾貞同步時鐘到A/D轉(zhuǎn)換模塊觸發(fā)一幀或連續(xù)多幀采樣，并把幀頭的時間信息輸出到時間FIFO緩存；A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣時鐘由頻率參考模塊提供，幀同步時鐘觸發(fā)一幀采樣或連續(xù)多幀的采樣開始；
[0018]步驟(d)，CPLD模塊把一幀數(shù)據(jù)與幀的采樣時刻進行打包處理，并進行緩沖輸出到主機CPU或后續(xù)其它數(shù)據(jù)處理單元。
[0019]可選地，在所述步驟(a)之前，還包括在儀器開機后將時間差的校準(zhǔn)信息寫入CPLD的寄存器中的步驟。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:保證了數(shù)據(jù)采集時刻的同步，也保證了采樣時刻對應(yīng)的時間信息的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)帶有時間戳標(biāo)記后，可以通過網(wǎng)絡(luò)等接口發(fā)送出去，實現(xiàn)異步的一體化處理；通過時間戳技術(shù)，可以使分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)儀器數(shù)據(jù)的異步傳輸處理，可以使分布于不同地方的儀器獲取的信號數(shù)據(jù)進行相關(guān)信號運算。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為本發(fā)明一種時間戳電路的控制框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明一種時間戳實現(xiàn)方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的時間戳電路包括:GPS模塊10、頻率參考模塊20、A/D轉(zhuǎn)換模塊30、幀分頻計時模塊40、采樣數(shù)據(jù)FIF050、時間FIF060和CPLD模塊70。GPS模塊10通過外接GPS天線11接收太空中的GPS衛(wèi)星信號，輸出GPS秒脈沖時鐘信號和時間信息，GPS秒脈沖鎖定到GPS衛(wèi)星的高精度時鐘上。頻率參考模塊20是儀器中的各個頻率基準(zhǔn)信號的來源，內(nèi)部包括高穩(wěn)定恒溫晶振，在無GPS情況下，依靠高穩(wěn)定恒溫晶振提供各時鐘信號，GPS正常時，內(nèi)部高穩(wěn)定恒溫晶振鎖相到GPS秒脈沖上；頻率參考模塊20產(chǎn)生通用的IOMHz參考時鐘，該參考時鐘鎖定在GPS模塊10產(chǎn)生的秒脈沖上，從而使整個儀器所用的時鐘信號完全相關(guān)且鎖定到GPS衛(wèi)星上。幀分頻計時模塊40接收頻率參考模塊20輸出的采樣時鐘，根據(jù)用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)幀的大小，設(shè)置分頻比，當(dāng)達到一幀的計數(shù)時，輸出幀同步時鐘到A/D轉(zhuǎn)換模塊30，并將計時脈沖輸出到時間FIF060。A/D轉(zhuǎn)換模塊30接收頻率參考模塊20輸出的采樣時鐘和幀分頻計時模塊40輸出的幀同步時鐘，將儀器的模擬中頻輸入信號轉(zhuǎn)換為高速數(shù)字信號，再傳輸?shù)讲蓸訑?shù)據(jù)FIF050進行緩存。時間FIF060存儲每一個數(shù)據(jù)幀開始的時間信息，由于計數(shù)時刻跟采樣數(shù)據(jù)都是同一個時鐘，因此能保證時間信息的高精度。CPLD模塊70讀取采樣數(shù)據(jù)FIF050和時間FIF060的內(nèi)容，并根據(jù)用戶設(shè)置幀的大小打包形成數(shù)據(jù)幀輸出。
[0026]本發(fā)明的高精度時間戳電路通過恒溫晶振鎖相到GPS秒脈沖，獲取時鐘周期數(shù)表示的時刻，并通過時間編碼，將時間信息加入數(shù)據(jù)幀中，并對數(shù)據(jù)幀進行包處理，這樣每個數(shù)據(jù)幀都帶有采樣時刻的時間信息，每一幀數(shù)據(jù)都帶有所對應(yīng)的準(zhǔn)確采樣時刻，處于不同地方的儀器的數(shù)據(jù)可以匯集到系統(tǒng)中心，進行進一步的信號相關(guān)等運算，從而獲得信號的變化規(guī)律及地理位置信息。
[0027]如圖2所示，本發(fā)明還提出了一種高精度時間戳的實現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0028]步驟(a)，GPS模塊初始化搜索GPS衛(wèi)星信號，輸出GPS秒脈沖和授時信息；
[0029]步驟(b)，頻率參考模塊內(nèi)部檢測單元檢測到GPS秒脈沖，則使恒溫晶振鎖相到GPS秒脈沖，否則恒溫晶振自由振蕩輸出，輸出采樣時鐘和其它參考時鐘。這樣，多臺儀器輸出的幀數(shù)據(jù)不用進行拆包處理，在采樣起始時刻上就能對應(yīng)起來，方便了以幀為單位的數(shù)據(jù)處理。
[0030]步驟(C)，幀分頻計時模塊以采樣時鐘作為時鐘源，根據(jù)用戶設(shè)置的幀的大小，產(chǎn)生中貞同步時鐘計數(shù)個數(shù)，每當(dāng)開始或計數(shù)到一巾貞的個數(shù)時，輸出巾貞同步時鐘到A/D轉(zhuǎn)換模塊觸發(fā)一幀或連續(xù)多幀采樣，并把幀頭的時間信息輸出到時間FIFO緩存；A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣時鐘由頻率參考模塊提供，幀同步時鐘觸發(fā)一幀采樣或連續(xù)多幀的采樣開始。其中，采樣時鐘具體頻率設(shè)置根據(jù)儀器的具體功能要求確定。
[0031]步驟(d)，CPLD模塊把一幀數(shù)據(jù)與幀的采樣時刻進行打包處理，并進行緩沖輸出到主機CPU或后續(xù)其它數(shù)據(jù)處理單元。
[0032]優(yōu)選地，在上述步驟(a)之前，還包括在儀器開機后將時間差的校準(zhǔn)信息寫入CPLD的寄存器中的步驟。
[0033]本發(fā)明高精度時間戳的實現(xiàn)方法輸出的每一幀數(shù)據(jù)不僅有絕對的時間精度，而且數(shù)據(jù)幀中的每個數(shù)據(jù)點根據(jù)采樣點數(shù)偏移，都可以計算出該點所對應(yīng)的時刻。主機啟動采樣工作時，獲取GPS的基準(zhǔn)授時信息，每一幀的數(shù)據(jù)中的時間戳表示基準(zhǔn)授時后的時鐘個數(shù)，主機把數(shù)據(jù)幀中的每個時間戳加上基準(zhǔn)授時信息就可以獲得絕對的時刻了。
[0034]為了更詳細地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面給出一具體實施例。
[0035]在單通道接收機中，頻率參考模塊產(chǎn)生IOOMHz的采樣時鐘，頻率參考模塊內(nèi)部有合成振蕩器單元，其采用IOMHz的恒溫晶振，當(dāng)有GPS秒脈沖信號時，該恒溫晶振自動鎖相同步到GPS秒脈沖，否則處于高穩(wěn)的自由振蕩狀態(tài)。用戶設(shè)置數(shù)據(jù)幀大小為2048，幀分頻計數(shù)模塊以IOOMHz為基準(zhǔn)時鐘，每滿2048個基準(zhǔn)時鐘，就輸出一個幀同步脈沖，該脈沖同步觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換模塊采樣開始和脈沖個數(shù)存儲到時間FIFO中，當(dāng)觸發(fā)采樣開始時，主機同步獲取GPS的授時信息，知道采樣開始的絕對時間,主機CPU把收到的每個數(shù)據(jù)幀的時間戳加上GPS的基準(zhǔn)授時信息，就使數(shù)據(jù)幀中每個時間戳都表示絕對時間了。
[0036]本發(fā)明的高精度時間戳電路和實現(xiàn)方法，形成以幀為單位的信號數(shù)據(jù)具有精確的時間信息，可以應(yīng)用于以接收分析信號為主的測試儀器中。
[0037]本發(fā)明的高精度時間戳電路和實現(xiàn)方法，保證了數(shù)據(jù)采集時刻的同步，也保證了采樣時刻對應(yīng)的時間信息的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)帶有時間戳標(biāo)記后，可以通過網(wǎng)絡(luò)等接口發(fā)送出去，實現(xiàn)異步的一體化處理；通過時間戳技術(shù)，可以使分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)儀器數(shù)據(jù)的異步傳輸處理，可以使分布于不同地方的儀器獲取的信號數(shù)據(jù)進行相關(guān)信號運算。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種時間戳電路，其特征在于，包括=GPS模塊、頻率參考模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、幀分頻計時模塊、采樣數(shù)據(jù)FIFO、時間FIFO和CPLD模塊； 所述GPS模塊通過外接GPS天線接收太空中的GPS衛(wèi)星信號，輸出GPS秒脈沖和時間信息，GPS秒脈沖鎖定到GPS衛(wèi)星的高精度時鐘上； 所述頻率參考模塊包括恒溫晶振，GPS正常時，恒溫晶振鎖相到GPS秒脈沖上，所述頻率參考模塊產(chǎn)生通用的參考時鐘，該參考時鐘鎖定在GPS模塊產(chǎn)生的秒脈沖上，無GPS情況下，恒溫晶振提供各時鐘信號； 所述幀分頻計時模塊接收頻率參考模塊輸出的采樣時鐘，根據(jù)用戶設(shè)置的數(shù)據(jù)幀的大小設(shè)置分頻比，當(dāng)達到一幀的計數(shù)時，輸出幀同步時鐘到A/D轉(zhuǎn)換模塊，并將計時脈沖輸出到時間FIFO ； 所述A/D轉(zhuǎn)換模塊接收所述頻率參考模塊輸出的采樣時鐘和所述幀分頻計時模塊輸出的幀同步時鐘，將儀器的模擬中頻輸入信號轉(zhuǎn)換為高速數(shù)字信號，再傳輸?shù)讲蓸訑?shù)據(jù)FIFO進行緩存； 所述時間FIFO存儲每一個數(shù)據(jù)幀開始的時間信息； 所述CPLD模塊讀取采樣數(shù)據(jù)FIFO和時間FIFO的內(nèi)容，并根據(jù)用戶設(shè)置幀的大小打包形成數(shù)據(jù)幀輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的時間戳電路，其特征在于，所述參考時鐘為10MHz。
3.一種時間戳實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟(a)，GPS模塊初始化搜索GPS衛(wèi)星信號，輸出GPS秒脈沖和授時信息； 步驟(b)，頻率參考模塊內(nèi)部檢測單元檢測到GPS秒脈沖，則使恒溫晶振鎖相到GPS秒脈沖，否則恒溫晶振自由振蕩輸出采樣時鐘和其它參考時鐘； 步驟(c)，幀分頻計時模塊以采樣時鐘作為時鐘源，根據(jù)用戶設(shè)置的幀的大小，產(chǎn)生幀同步時鐘計數(shù)個數(shù)，每當(dāng)開始或計數(shù)到一幀的個數(shù)時，輸出幀同步時鐘到A/D轉(zhuǎn)換模塊觸發(fā)一幀或連續(xù)多幀采樣，并把幀頭的時間信息輸出到時間FIFO緩存；A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣時鐘由頻率參考模塊提供，幀同步時鐘觸發(fā)一幀采樣或連續(xù)多幀的采樣開始； 步驟(d)，CPLD模塊把一幀數(shù)據(jù)與幀的采樣時刻進行打包處理，并進行緩沖輸出到主機CPU或后續(xù)其它數(shù)據(jù)處理單元。
4.如權(quán)利要求3所述的時間戳實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟(a)之前，還包括在儀器開機后將時間差的校準(zhǔn)信息寫入CPLD的寄存器中的步驟。
【文檔編號】G04R20/04GK103592843SQ201310571683
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】王保銳, 江煒寧, 劉丹, 楊東營 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所