《電子技術(shù)應(yīng)用》
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您的系統(tǒng)時(shí)間準(zhǔn)確嗎?

2013-06-25
作者:Austin Lesea
來(lái)源:賽靈思實(shí)驗(yàn)室首席工程師
關(guān)鍵詞: FPGA 系統(tǒng)時(shí)間

Symmetricom公司推出的微型GPS用振蕩器能方便地替換系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的原子鐘。該振蕩器搭配賽靈思Zynq SoC,就能構(gòu)建NTP服務(wù)器。

 

這款評(píng)估板的主板上采用RS232轉(zhuǎn)USB芯片,能轉(zhuǎn)換TCXO進(jìn)/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(dāng)然也要找一個(gè)安放磁鐵座的地方,讓GPS天線能接收空中衛(wèi)星信號(hào)。

 

蜂窩基站、無(wú)線電系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工作均需要精確計(jì)時(shí)或精確頻率。采用固定GPS系統(tǒng)的一大優(yōu)勢(shì)在于,因?yàn)樗灰苿?dòng),因此相對(duì)非固定系統(tǒng)而言,能提供更好的頻率參考,更精確的定位和時(shí)間信息。如果是移動(dòng)應(yīng)用,可能會(huì)在一定程度上影響精確度,但采用TCXO,仍可確保設(shè)計(jì)出真的非常棒的系統(tǒng)。

什么才叫精確?

    原子鐘其實(shí)不是真正的時(shí)鐘,而是帶有源或無(wú)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(guò)1E-11。典型的銫原子鐘參考精確度甚至可能達(dá)到1E-12,不過(guò)自身也有大約+/-100納秒的延遲(wander)(但沒(méi)有漂移(drift))。這樣的參考有時(shí)被稱(chēng)作Stratum 1時(shí)鐘。

GPS衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)包括空間軌道中的許多類(lèi)似高精度時(shí)鐘(主要是銣時(shí)鐘源,有些漂移(drift),但沒(méi)有延遲(wander)),全球最穩(wěn)定的時(shí)鐘源可定期對(duì)時(shí)糾偏。通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)程序,全球“投票選出”約200個(gè)最精確的時(shí)鐘,據(jù)此確定30天前的時(shí)間,并在此基礎(chǔ)上校準(zhǔn)。

 

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

下面談?wù)剺O小的數(shù)字問(wèn)題

   我的這塊小板工作了一個(gè)月,大多數(shù)時(shí)間插在辦公室的臺(tái)式機(jī)中,有時(shí)候在家里插進(jìn)我的筆記本電腦,現(xiàn)在它已經(jīng)進(jìn)入常規(guī)工作狀態(tài)。首次啟動(dòng)時(shí),誤差在+/-1E-10之內(nèi),幾周后,它會(huì)表現(xiàn)出內(nèi)在明顯的漂移,誤差約為3.031E-12,通過(guò)補(bǔ)償,實(shí)際誤差小于3E-12阿倫方差[v]6小時(shí),這個(gè)方差用于測(cè)量時(shí)鐘、振蕩器和放大器的頻率穩(wěn)定性),參見(jiàn)圖1。它的表現(xiàn)比銫原子鐘強(qiáng)3倍,銫原子鐘的延遲(wander)較高,不過(guò)不出故障的情況下漂移為零。由于晶體會(huì)老化,所以TCXO的漂移不是恒定的。6個(gè)月后,漂移現(xiàn)在為3.029E-12。

 

如果不能接收衛(wèi)星信號(hào),那么還有一個(gè)辦法,那就是采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(NTP)。NTP提供了因特網(wǎng)時(shí)間戳功能。


 

   圖1 - 另一設(shè)備測(cè)試運(yùn)行時(shí)的阿倫方差


 

 

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