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您的系統時間準確嗎?

2013-06-25
作者:Austin Lesea
來源:賽靈思實驗室首席工程師
關鍵詞: FPGA 系統時間

Symmetricom公司推出的微型GPS用振蕩器能方便地替換系統設計中的原子鐘。該振蕩器搭配賽靈思Zynq SoC,就能構建NTP服務器。

 

這款評估板的主板上采用RS232USB芯片,能轉換TCXO/出接口和GPS接收器裝置。唯一需要做的或許就是安裝支持USB的軟件,當然也要找一個安放磁鐵座的地方,讓GPS天線能接收空中衛(wèi)星信號。

 

蜂窩基站、無線電系統和計算機系統工作均需要精確計時或精確頻率。采用固定GPS系統的一大優(yōu)勢在于,因為它不移動,因此相對非固定系統而言,能提供更好的頻率參考,更精確的定位和時間信息。如果是移動應用,可能會在一定程度上影響精確度,但采用TCXO,仍可確保設計出真的非常棒的系統。

什么才叫精確?

    原子鐘其實不是真正的時鐘,而是帶有源或無源微波激射器的原子振蕩器。銫原子鐘是作為“主參考”典型頻率源,能提供精確的頻率,誤差不超過1E-11。典型的銫原子鐘參考精確度甚至可能達到1E-12,不過自身也有大約+/-100納秒的延遲(wander)(但沒有漂移(drift))。這樣的參考有時被稱作Stratum 1時鐘。

GPS衛(wèi)星網絡包括空間軌道中的許多類似高精度時鐘(主要是銣時鐘源,有些漂移(drift),但沒有延遲(wander)),全球最穩(wěn)定的時鐘源可定期對時糾偏。通過復雜的數學程序,全球“投票選出”約200個最精確的時鐘,據此確定30天前的時間,并在此基礎上校準。

 

這樣,GPS用系列10MHz溫度補償型晶體振蕩器就能作為高精度Stratum 1時間/頻率/位置參考,它鎖定于衛(wèi)星,如果丟失衛(wèi)星信號就會發(fā)生漂移(drift)。不過,在了解漂移記錄并掌握溫度的情況下,這種漂移可以預見也可以消除(溫度補償不是完美無缺的,在操作中可以很容易觀察到)。

下面談談極小的數字問題

   我的這塊小板工作了一個月,大多數時間插在辦公室的臺式機中,有時候在家里插進我的筆記本電腦,現在它已經進入常規(guī)工作狀態(tài)。首次啟動時,誤差在+/-1E-10之內,幾周后,它會表現出內在明顯的漂移,誤差約為3.031E-12,通過補償,實際誤差小于3E-12阿倫方差[v]6小時,這個方差用于測量時鐘、振蕩器和放大器的頻率穩(wěn)定性),參見圖1。它的表現比銫原子鐘強3倍,銫原子鐘的延遲(wander)較高,不過不出故障的情況下漂移為零。由于晶體會老化,所以TCXO的漂移不是恒定的。6個月后,漂移現在為3.029E-12。

 

如果不能接收衛(wèi)星信號,那么還有一個辦法,那就是采用網絡時間協議(NTP)。NTP提供了因特網時間戳功能。


 

   圖1 - 另一設備測試運行時的阿倫方差


 

 

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