專利名稱：一種網(wǎng)絡(luò)時間信號轉(zhuǎn)直流時間碼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種網(wǎng)絡(luò)時間信號轉(zhuǎn)直流時間碼裝置，用于將精密網(wǎng)絡(luò)時間信號 PTP (Precision Time Protocol)轉(zhuǎn)換成為DCLS時間信號，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電子通信技術(shù)的迅速發(fā)展，許多行業(yè)對時間精度的要求越來越高。特別是在 通信、電力、交通、金融等領(lǐng)域，精確的時間信號是各種自動化設(shè)備正常運行的必要保障，毫 秒甚至微秒級的時間偏差都有可能導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常，造成無法挽回的損失。目前針對這一問題普遍的解決方案是建立時間同步系統(tǒng)。即通過GPS或其它衛(wèi)星 系統(tǒng)獲得絕對時間UTC，再將該系統(tǒng)時間應(yīng)用于各系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)內(nèi)有時間標記需求的設(shè) 備都使用同一個時間參照體系，從而實現(xiàn)各類設(shè)備時間的一致。當前應(yīng)用最成熟的是GPS衛(wèi)星對時技術(shù)。GPS是美國的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由24 顆在空間運行的GPS衛(wèi)星和地面控制站組成。在地球表面任意地點、任何時間GPS衛(wèi)星信 號接收器都可收到足夠數(shù)量(至少四顆)的GPS衛(wèi)星信號。精確計算接收器所在當前空間 位置和時間，其時間精度相對UTC時間誤差可達納秒級。GPS時鐘是一個非常精確的時間 源，絕大多數(shù)的時間同步網(wǎng)絡(luò)都把它作為基準時間源。時間同步的信號類型包括通過普通電纜傳輸?shù)拿}沖、IRIG-B(其中直流的IRIG-B 稱為DCLS)、串口報文和基于TCP/IP雙向傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)對時協(xié)議NTP和PTP等。脈沖、IRIG-B 和串口報文的對時方式已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、電力等很多領(lǐng)域，已經(jīng)是非常成熟的對時技 術(shù)。NTP也已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，其突出優(yōu)勢在于其可以在任意IP網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)時間同 步，而其劣勢則表現(xiàn)在其對時精度只有毫秒級。而PTP不僅具有NTP雙向時延自動補償?shù)?能力，更重要的是其精度為納秒級。而納秒級的對時精度已經(jīng)可以滿足幾乎所有領(lǐng)域的對 時要求。PTP (Precision Time Protocol)協(xié)議，也稱為IEEE 1588，該標準在提出之初是致 力于工控和測量的精密時鐘同步協(xié)議標準，目標是提供亞微秒的同步精度應(yīng)用。后來該標 準受到于自動化領(lǐng)域尤其是分布式運動控制領(lǐng)域的關(guān)注，并且國際上在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用已 經(jīng)起步，遠程通信和電力系統(tǒng)等相關(guān)組織也對其表現(xiàn)出濃厚的興趣。更加值得注意的是，PTP協(xié)議是一種基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)無以倫比 的靈活性已使其成為各領(lǐng)域最主要的通信方式。傳統(tǒng)的脈沖、IRIG-B等硬對時方式只能局 限于很小領(lǐng)域的時間同步，且不易管理，它必將被基于數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸?shù)腜TP對時方式所取代。 隨著PTP對時網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，大量傳統(tǒng)的基于DCLS的對時設(shè)備要接入PTP網(wǎng)絡(luò)，就必須 首先完成PTP向DCLS的轉(zhuǎn)換。但是，目前為止并沒有一種成熟的完成PTP向DCLS轉(zhuǎn)換的
直ο
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種可實現(xiàn)PTP時間信號向傳統(tǒng)DCLS信號轉(zhuǎn)換的設(shè)備。[0009]為了達到上述目的，本實用新型的產(chǎn)品技術(shù)方案是提供了一種網(wǎng)絡(luò)時間信號轉(zhuǎn)直 流時間碼裝置，包括控制單元，其特征在于，控制單元分別連接物理層收發(fā)器、MAC控制器、 微控制器、振蕩器、過濾器及驅(qū)動電路、驅(qū)動電路及LED指示燈，物理層收發(fā)器連接RJ45接 口，MAC控制器及微控制器分別通過USB集線器連接外置的微處理器模塊，微控制器連接 FPGA配置控制器、并通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接振蕩器。進一步，所述控制單元為FPGA。本實用新型通過FPGA芯片對接收到的PTP網(wǎng)絡(luò)時間進行處理。FPGA為大規(guī)模可 編程邏輯芯片，具有邏輯單元靈活、集成度高等特點，可直接處理PTP信號，而無需采用復(fù) 雜的電路對PTP信號進行轉(zhuǎn)化，從而能夠保證從接收到的PTP報文中恢復(fù)出精確的時間。本 實用新型內(nèi)置晶體振蕩器，通過FPGA控制對其進行“訓(xùn)練”，F(xiàn)PGA同時接收該晶體振蕩器的 頻率輸出，并進一步輸出高精度的時鐘信號給驅(qū)動電路、物理層收發(fā)器、MAC控制器等。本實用新型的優(yōu)點是(1)通過FPGA芯片實現(xiàn)對PTP時標的處理，而無需采用復(fù)雜的電路，能夠保證對 PTP時間輸入的精準提取；(2)PTP端口同時可以作為該裝置的管理口 ；(3)設(shè)備外形和接口可根據(jù)被對時設(shè)備的要求進行定制；(4)自動計算電纜時延補償，精度高，應(yīng)用方便。

圖1為本實用新型提供的一種網(wǎng)絡(luò)時間信號轉(zhuǎn)直流時間碼裝置的連接示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合實施例來具體說明本實用新型。實施例如圖1所示，為本實用新型提供的一種網(wǎng)絡(luò)時間信號轉(zhuǎn)直流時間碼裝置，包括控 制單元，在本實施例中控制單元采用FPGA，F(xiàn)PGA分別連接物理層收發(fā)器、MAC控制器、微控 制器、振蕩器、過濾器及驅(qū)動電路、驅(qū)動電路及LED指示燈，物理層收發(fā)器連接RJ45接口， MAC控制器及微控制器分別通過USB集線器連接外置的微處理器模塊，微控制器連接FPGA 配置控制器、并通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接振蕩器。 PTP是基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)對時協(xié)議，本設(shè)備采用通用RJ45接口。PTP與傳統(tǒng) 的NTP(Network Time Protocol) 一個不同之處在于，PTP是在物理層打時標，精度遠高于 在應(yīng)用層打時標的NTP技術(shù)，PTP精度達到的納秒級。物理層收發(fā)器對接收到的PTP報文 進行時標提取，并將所獲得的時標信息傳送到FPGA，由FPGA進行處理。由于PTP時一種雙 向協(xié)議，物理層收發(fā)器同時還會把FPGA輸出的時間信息打時標到PTP協(xié)議中進行傳輸。RJ45 口除可以進行PTP的傳輸之外，同時還可以進行網(wǎng)管信息的傳輸。FPGA (Field-Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列。FPGA 采用 了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB(Configurable Logic Block)、輸出輸入模塊 IOB(Input OutputBlock)和內(nèi)部連線 (Interconnect)三個部分。FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和1/0引腳，F(xiàn)PGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。對于高精度納秒的時間處理，F(xiàn)PGA處理速度快的 優(yōu)勢得到了充分的施展。速度快的優(yōu)勢來源于FPGA的硬邏輯方式。由于FPGA的邏輯功能 全部用硬件電路實現(xiàn)，故所有的延遲只來源于門電路，而一般門電路的延遲都在ns級別。FPGA含有大量的軟件算法，可以消除上游傳輸下來的PTP所含有的抖動。一般情 況下，用于PTP傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)并非工作于理想狀態(tài)，它包含許多不規(guī)劃的抖動，這些抖動對于 PTP的精度具有重要的影響。因此，F(xiàn)PGA需要根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)的情況，提供相應(yīng)的軟算法，從 而確保其能夠恢復(fù)出高精度的時間。 振蕩器是系統(tǒng)的另一個核心部件。FPGA對PTP進行處理后，通過微控制器對振蕩 器進行調(diào)整。本實用新型采用恒溫晶體振蕩器0CX0，該振蕩器采用溫度控制電路來保持晶 體及關(guān)鍵電路工作在一個精確恒溫的環(huán)境。FPGA和微控制器協(xié)同工作，對OCXO進行控制， 確保OCXO頻率輸出的穩(wěn)定性。本實用新型將PTP網(wǎng)絡(luò)時間轉(zhuǎn)換為DCLS時間輸出，DCLS是一種具有固定編碼格式 的數(shù)字編碼信號，該信號的編碼通過FPGA生成，通過驅(qū)動電路輸出。除可以輸出DCLS外，根 據(jù)用戶的實際要求，本設(shè)備還可以輸出交流IRIG-B碼。同時，由FPGA直接輸出的IOMHz和 IPPS信號具有極高的精度，IPPS可以直接用來反映該設(shè)備的實際精度，供用戶檢測使用。
權(quán)利要求一種網(wǎng)絡(luò)時間信號轉(zhuǎn)直流時間碼裝置，包括控制單元，其特征在于，控制單元分別連接物理層收發(fā)器、MAC控制器、微控制器、振蕩器、過濾器及驅(qū)動電路、驅(qū)動電路及LED指示燈，物理層收發(fā)器連接RJ45接口，MAC控制器及微控制器分別通過USB集線器連接外置的微處理器模塊，微控制器連接FPGA配置控制器、并通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接振蕩器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種網(wǎng)絡(luò)時間信號轉(zhuǎn)直流時間碼裝置，其特征在于，所述控制 單元為FPGA。
專利摘要本實用新型涉及一種網(wǎng)絡(luò)時間信號轉(zhuǎn)直流時間碼裝置，包括控制單元，其特征在于，控制單元分別連接物理層收發(fā)器、MAC控制器、微控制器、振蕩器、過濾器及驅(qū)動電路、驅(qū)動電路及LED指示燈，物理層收發(fā)器連接RJ45接口，MAC控制器及微控制器分別通過USB集線器連接外置的微處理器模塊，微控制器連接FPGA配置控制器、并通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接振蕩器。本實用新型的優(yōu)點是通過FPGA芯片實現(xiàn)對PTP時標的處理，而無需采用復(fù)雜的電路，能夠保證對PTP時間輸入的精準提?。籔TP端口同時可以作為該裝置的管理口；設(shè)備外形和接口可根據(jù)被對時設(shè)備的要求進行定制；自動計算電纜時延補償，精度高，應(yīng)用方便。
文檔編號H04L12/24GK201557123SQ200920211700
公開日2010年8月18日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者王以誠, 蘇金廣, 邱祖雄 申請人:上海泰坦通信工程有限公司