專利名稱：一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量?jī)x，用于精確測(cè)量多種時(shí)間碼的精度， 并詳細(xì)記錄該測(cè)量過(guò)程的各種信息，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(duì)時(shí)間精度的要求越來(lái)越高。特別是在 通信、電力、交通、金融等領(lǐng)域，精確的時(shí)間信號(hào)是各種自動(dòng)化設(shè)備正常運(yùn)行的必要保障，毫 秒甚至微秒級(jí)的時(shí)間偏差都有可能導(dǎo)致系統(tǒng)工作異常，造成無(wú)法挽回的損失。目前針對(duì)這一問(wèn)題普遍的解決方案是建立時(shí)間同步系統(tǒng)。即通過(guò)GPS或其它衛(wèi)星 系統(tǒng)獲得絕對(duì)時(shí)間UTC，再將該系統(tǒng)時(shí)間應(yīng)用于各系統(tǒng)，使得該系統(tǒng)內(nèi)有時(shí)間標(biāo)記需求的設(shè) 備都使用同一個(gè)時(shí)間參照體系，從而實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備時(shí)間的一致。當(dāng)前應(yīng)用最成熟的是GPS衛(wèi)星對(duì)時(shí)技術(shù)。GPS是美國(guó)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由24 顆在空間運(yùn)行的GPS衛(wèi)星和地面控制站組成。在地球表面任意地點(diǎn)、任何時(shí)間GPS衛(wèi)星信 號(hào)接收器都可收到足夠數(shù)量(至少四顆)的GPS衛(wèi)星信號(hào)。精確計(jì)算接收器所在當(dāng)前空間 位置和時(shí)間，其時(shí)間精度相對(duì)UTC時(shí)間誤差可達(dá)納秒級(jí)。GPS時(shí)鐘是一個(gè)非常精確的時(shí)間 源，絕大多數(shù)的時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)都把它作為基準(zhǔn)時(shí)間源。時(shí)間同步的信號(hào)類型包括通過(guò)普通電纜傳輸?shù)拿}沖、IRIG-B、串口報(bào)文和基于 TCP/IP雙向傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)協(xié)議NTP和PTP等。脈沖、IRIG-B和串口報(bào)文的對(duì)時(shí)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(duì)時(shí)技術(shù)。NTP也已被廣泛應(yīng)用于許 多領(lǐng)域，其突出優(yōu)勢(shì)在于其可以在任意IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步，而其劣勢(shì)則表現(xiàn)在其對(duì)時(shí) 精度只有毫秒級(jí)。而PTP不僅具有NTP雙向時(shí)延自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪芰?，更重要的是其精度為納 秒級(jí)。而納秒級(jí)的對(duì)時(shí)精度已經(jīng)可以滿足幾乎所有領(lǐng)域的對(duì)時(shí)要求。PTP (Precision Time Protocol)協(xié)議，也稱為IEEE 1588，該標(biāo)準(zhǔn)在提出之初是致 力于工控和測(cè)量的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是提供亞微秒的同步精度應(yīng)用。后來(lái)該標(biāo) 準(zhǔn)受到了自動(dòng)化領(lǐng)域尤其是分布式運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的關(guān)注，并且國(guó)際上在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用已 經(jīng)起步，遠(yuǎn)程通信和電力系統(tǒng)等相關(guān)組織也對(duì)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(wú)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(duì)時(shí)方式只能局 限于很小領(lǐng)域的時(shí)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(duì)時(shí)方式所取代。 特別是隨著3G通信的到來(lái)，PTP技術(shù)的應(yīng)用將得到空前發(fā)展。PTP同步精度主要受三方面的影響PTP主時(shí)鐘輸出的PTP精度、TCP/IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 抖動(dòng)以及PTP客戶端自身性能。其中PTP主時(shí)鐘輸出精度的重要性不言而喻。數(shù)據(jù)網(wǎng)較 SDH等專網(wǎng)而言抖動(dòng)較大，這種抖動(dòng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)精度是一種致命損傷。PTP經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) 傳輸后要想能夠達(dá)到滿足要求的精度，就必須通過(guò)相應(yīng)算法將數(shù)據(jù)網(wǎng)抖動(dòng)引起的時(shí)間偏差 進(jìn)行消除。因此，精確測(cè)量數(shù)據(jù)網(wǎng)的抖動(dòng)非常重要。在確保PTP主時(shí)鐘精度和對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)抖 動(dòng)規(guī)律已經(jīng)明確掌握的情況下，PTP客戶端需要最優(yōu)化的算法來(lái)實(shí)現(xiàn)盡可能高的精度。[0009]由此可知，PTP主時(shí)鐘輸出的PTP精度、數(shù)據(jù)網(wǎng)對(duì)PTP精度的影響以及PTP客戶端 同步后的精度這三組數(shù)據(jù)非常重要。對(duì)PTP客戶端通過(guò)PTP同步后的精度一般通過(guò)測(cè)其 1PPS輸出即可，所用儀表通過(guò)示波器即可完成。而測(cè)量PTP主時(shí)鐘輸出的PTP精度以及經(jīng) 數(shù)據(jù)網(wǎng)傳輸后的PTP精度就必須借助PTP測(cè)量?jī)x來(lái)完成。但是目前并沒(méi)有一種成熟的PTP 測(cè)量?jī)x。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠用來(lái)測(cè)量PTP主時(shí)鐘輸出的PTP精度以及經(jīng)數(shù) 據(jù)網(wǎng)傳輸后的PTP精度的PTP測(cè)量?jī)x。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量 儀，其特征在于，包括GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊，GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊分別連接GPS 全球定位系統(tǒng)、內(nèi)置銣鐘、系統(tǒng)主芯片模塊及高分辨率PTP測(cè)量模塊，系統(tǒng)主芯片模塊連接
顯不器。進(jìn)一步，所述GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊包括可編程邏輯芯片，可編程邏輯芯片 分別與GPS接收卡板、第一微控制器、所述的高分辨率PTP測(cè)量模塊、第一脈沖界面、第二脈 沖界面和第二微控制器連接，第一微控制器分別連接GPS接收卡板及所述的系統(tǒng)主芯片， 第二微控制器分別連接第一脈沖界面及交流B碼。所述系統(tǒng)主芯片模塊包括主控制器，主控制器分別連接所述的GPS參考時(shí)間間隔 測(cè)量模塊、第一 USB接口、第二 USB接口、所述的顯示器及揚(yáng)聲器接口，第二 USB接口連接所 述的高分辨率PTP測(cè)量模塊。本實(shí)用新型通過(guò)FPGA芯片實(shí)現(xiàn)PTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)信號(hào)的直接測(cè)量，F(xiàn)PGA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(diǎn)，可直接處理PTP信號(hào)，而無(wú)需采用復(fù) 雜的電路對(duì)PTP信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而能夠保證測(cè)量的精度。本實(shí)用新型采用高精準(zhǔn)度的銣 原子鐘作為內(nèi)部時(shí)鐘，并將其信號(hào)與GPS衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，將GPS長(zhǎng)穩(wěn)好的優(yōu)點(diǎn)與原子鐘 短穩(wěn)好的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，得到更高精度、更穩(wěn)定的基準(zhǔn)參考時(shí)鐘信號(hào)，進(jìn)一步確保了測(cè)量結(jié)果 的精確性。其本身還可以用作一臺(tái)高性能的基準(zhǔn)時(shí)鐘，提供時(shí)間及頻率基準(zhǔn)輸出。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1、通過(guò)FPGA芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)PTP、NTP、IRIG-B碼、脈沖等多種時(shí)間信號(hào)的直接測(cè)量； FPGA可直接處理PTP信號(hào)，而無(wú)需采用復(fù)雜的電路對(duì)PTP信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而能夠保證測(cè)量 的精度；2、對(duì)PTP的測(cè)量數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄了 PTP時(shí)標(biāo)，便于用戶分析；3、擁有真彩觸摸屏和Windows操作系統(tǒng)，并易于攜帶；4、內(nèi)置存儲(chǔ)模塊，以Excel格式記錄任意長(zhǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，便于分析。
圖1為本實(shí)用新型提供的一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量?jī)x的連接示意圖；圖2為GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊示意圖；圖3為系統(tǒng)主芯片模塊示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例來(lái)具體說(shuō)明本實(shí)用新型。實(shí)施例如圖1所示，為本實(shí)用新型提供的一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量?jī)x，包括GPS參考時(shí)間 間隔測(cè)量模塊，GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊分別連接GPS全球定位系統(tǒng)、內(nèi)置銣鐘、系統(tǒng)主 芯片模塊及高分辨率PTP測(cè)量模塊，系統(tǒng)主芯片模塊連接顯示器，在本實(shí)施例中顯示器選 用液晶屏。如圖2所示，為GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊示意圖，包括可編程邏輯芯片，可編程 邏輯芯片分別與GPS接收卡板、第一微控制器、所述的高分辨率PTP測(cè)量模塊、第一脈沖界 面、第二脈沖界面和第二微控制器連接，第一微控制器分別連接GPS接收卡板及所述的系 統(tǒng)主芯片，第二微控制器分別連接第一脈沖界面及交流B碼。GPS接收卡板利用GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號(hào)并進(jìn)行解析，提供1路脈沖信號(hào)送 入第一微控制器，1路脈沖信號(hào)送入可編程邏輯芯片；同時(shí)銣鐘提供1路10MHz標(biāo)準(zhǔn)參考信 號(hào)給可編程邏輯芯片，經(jīng)可編程邏輯芯片處理后生成2路10MHz和1PPS脈沖標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信 號(hào)，1路直接輸出為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可單獨(dú)作為高性能基準(zhǔn)時(shí)鐘使用，1路送入高分辨PTP測(cè)量模 塊作為時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)。交流B碼經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，串口時(shí)間信號(hào)經(jīng)過(guò)9針串口分別接入第二 微控制器處理后送入可編程邏輯芯片；秒脈沖、分脈沖，時(shí)脈沖和DCF77時(shí)間信號(hào)經(jīng)過(guò)第一 脈沖界面和第二脈沖界面送入可編程邏輯芯片，該可編程邏輯芯片對(duì)多路時(shí)間輸入信號(hào)處 理分析，將待測(cè)信號(hào)與基準(zhǔn)秒脈沖和10MHz標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比、計(jì)算和處理，再將時(shí)間測(cè)量 結(jié)果通過(guò)第一微控制器，1路傳送至系統(tǒng)主芯片模塊，經(jīng)處理后顯示在液晶屏上，從而實(shí)現(xiàn) 對(duì)IRIG-B、秒脈沖等模擬或數(shù)字信號(hào)形式的時(shí)間信息的精確測(cè)量；1路送至高精度網(wǎng)絡(luò)測(cè) 量系統(tǒng)模塊，作為參考信號(hào)。如圖3所示，為系統(tǒng)主芯片模塊示意圖，包括主控制器，主控制器分別連接所述的 GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模、第一 USB接口、第二 USB接口、所述的顯示器及揚(yáng)聲器接口，第二 USB接口連接所述的高分辨率PTP測(cè)量模塊。該模塊采用集成芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，可實(shí)現(xiàn)WINDOWS操作界面。通過(guò)液 晶觸摸屏可將指令送入系統(tǒng)主芯片模塊，經(jīng)PXA255芯片處理后將控制信號(hào)送入的第一微 控制器實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便的操作。同時(shí)由GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊生成的時(shí)間測(cè)量結(jié)果信號(hào) 經(jīng)PXA255芯片處理后，1路通過(guò)第一 USB接口送入設(shè)備前面板的USB端口，通過(guò)移動(dòng)存儲(chǔ)器 就可以方便地記錄測(cè)量數(shù)據(jù)以供分析 ’另1路測(cè)量結(jié)果信號(hào)經(jīng)過(guò)第二 USB接口送入高分辨 率PTP測(cè)量模塊以供處理。同時(shí)PXA255芯片還可將處理后的異常信號(hào)通過(guò)外置揚(yáng)聲器進(jìn) 行報(bào)警。所述的高分辨率PTP測(cè)量模塊為FPGA處理芯片。待測(cè)的PTP信號(hào)由GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊中的前面板RJ45接口接入本模塊， 同GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量系統(tǒng)提供的秒脈沖時(shí)間信號(hào)一起送入本模塊中的FPGA芯片。該 芯片是PTP測(cè)量系統(tǒng)的核心部分，可對(duì)以上信號(hào)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，并將對(duì)比后生成的精確網(wǎng) 絡(luò)時(shí)間信號(hào)通過(guò)串口送至PTP測(cè)量?jī)x系統(tǒng)主芯片模塊，通過(guò)液晶屏直接顯示，同時(shí)測(cè)量結(jié) 果還可以通過(guò)第二 USB端口直接輸出。工作時(shí)，在GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊中，從天線接收下來(lái)的GPS信號(hào)通過(guò)GPS接
5收卡板送入第一微處理器行處理，然后送入可編程邏輯芯片。設(shè)備內(nèi)置銣鐘提供IOMHz的標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)作為邏輯芯片的處理參考。包括IRIG-B在內(nèi)的多種時(shí)間碼信號(hào)通過(guò)輸入接 口接入第二微控制器，再經(jīng)過(guò)可編程邏輯芯片處理生成標(biāo)準(zhǔn)IOMHz和IPPS時(shí)間參考信號(hào)， 分別送入設(shè)備后端口和高分辨率網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)作為參考信號(hào)。上游接入的PTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間信 號(hào)送入高分辨率PTP測(cè)量模塊，經(jīng)模塊中的關(guān)鍵部件——FPGA專用集成電路芯片處理后， 送入系統(tǒng)主芯片模塊進(jìn)行處理，通過(guò)外設(shè)在IXD顯示屏中直接顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PTP信號(hào)的 直接測(cè)量。
權(quán)利要求一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊，GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊分別連接GPS全球定位系統(tǒng)、內(nèi)置銣鐘、系統(tǒng)主芯片模塊及高分辨率PTP測(cè)量模塊，系統(tǒng)主芯片模塊連接顯示器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述GPS參考時(shí)間間 隔測(cè)量模塊包括可編程邏輯芯片，可編程邏輯芯片分別與GPS接收卡板、第一微控制器、所 述的高分辨率PTP測(cè)量模塊、第一脈沖界面、第二脈沖界面和第二微控制器連接，第一微控 制器分別連接GPS接收卡板及所述的系統(tǒng)主芯片，第二微控制器分別連接第一脈沖界面及 交流B碼。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述系統(tǒng)主芯片模 塊包括主控制器，主控制器分別連接所述的GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模、第一 USB接口、第二 USB接口、所述的顯示器及揚(yáng)聲器接口，第二 USB接口連接所述的高分辨率PTP測(cè)量模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多功能時(shí)間綜合測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊，GPS參考時(shí)間間隔測(cè)量模塊分別連接GPS全球定位系統(tǒng)、內(nèi)置銣鐘、系統(tǒng)主芯片模塊及高分辨率PTP測(cè)量模塊，系統(tǒng)主芯片模塊連接顯示器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)FPGA芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)PTP、NTP、IRIG-B碼、脈沖等多種時(shí)間信號(hào)的直接測(cè)量；FPGA可直接處理PTP信號(hào)，而無(wú)需采用復(fù)雜的電路對(duì)PTP信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而能夠保證測(cè)量的精度；對(duì)PTP的測(cè)量數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄了PTP時(shí)標(biāo)，便于用戶分析；擁有真彩觸摸屏和Windows操作系統(tǒng)，并易于攜帶；內(nèi)置存儲(chǔ)模塊，以Excel格式記錄任意長(zhǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，便于分析。
文檔編號(hào)G04F10/00GK201556048SQ20092021170
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者張強(qiáng), 李鳳軍, 邱祖雄 申請(qǐng)人:上海泰坦通信工程有限公司