本地時鐘

本地時鐘

本地時鐘是位於相關設備附近,並與設備有直接關係的時鐘源。 通訊設計中為了獲得準確的頻率和定時信號,無不用到時鐘。這個時鐘通常是石英晶體振盪器所產生的振盪信號,其頻率準確度與穩定度非常號,而價格比較低。大型通訊系統產品都需要有系統時鐘(一般通過時鐘板實現)和各板上時鐘電路,如果按照源來分有兩種:本地時鐘和外部時鐘。

概述

在通訊領域裡信息的傳遞和交換是通過頻率承載和時分復用完成的,一個號的設計不能沒有一個好的時鐘系統,正如一個健全的人不能沒有一個健全的心臟一樣。因此頻率和定時的準確度無論是對傳輸效率還是傳輸的質量來說都是至關重要的。所以在所有的通訊設計中為了獲得準確的頻率和定時信號,無不用到時鐘。這個時鐘通常是石英晶體振盪器所產生的振盪信號,其頻率準確度與穩定度非常號,而價格比較低。大型通訊系統產品都需要有系統時鐘(一般通過時鐘板實現)和各板上時鐘電路,如果按照源來分有兩種:本地時鐘和外部時鐘。本地時鐘一般是晶振產生的連續時鐘,相位特性和占空比性都比較好;外部時鐘是從別的系統傳遞過來,比如E1的線路解耦時鐘,乙太網線路解耦時鐘,一般要經過晶片間,甚至板間才能進入系統,所以這些時鐘在源上可能會存在一些毛刺。

產品射頻輻射強度與邏輯器件的翻轉速度(即上升沿、下降沿)直接相關,可以通過公示來去頂系統最高的射頻頻率。

其中,f(max)為射頻最大頻率;pi為π;t(r)為脈衝上升時間。

例如一個2ns邊沿典型的時鐘,可能產生高達160MHz的射頻頻率,其可能的諧波頻譜可能達到10倍以上,即達到1.6GHz。

基本原理

在通信系統數字電路中,時鐘產生電路一般採用成品的振盪模組,或積體電路內嵌振盪電路,只需安裝一個晶體即可。但時鐘產生電路對系統十分重要,並且對產品電磁兼容性較大。晶體必須與相應的放大電路組成正反饋電路才能起振,並且通過串聯的電阻、電容、二極體等元器件來微調振盪頻率,其電容隨所施加的電壓而變化。

由於利用晶體產生時鐘,一般只能達到幾十兆,如果要得到更高的頻率,就要利用鎖相環技術,鎖相環是通信系統中十分重要的基礎技術,廣泛用於頻率源、倍頻、調製、同步等電路系統的設計。由於通信系統參考時鐘要求高,以及時鐘輸出類型較多,時鐘輸入的選擇靈活,監控實現較複雜,加上需要靈活控制等,因此,通信系統一般採用數字鎖相環,並且採用主備結構以提高可靠性 。

網路時鐘源秒以上的時間刻度由GPS接收機提供,秒以下的刻度依靠本地時鐘單元自身走時產生。一個普通的時鐘單元是由晶體振盪器和計數器組成,計數器通過晶體振盪器的驅動進行計數,通過簡單的計數產生時間信息,比如:晶體振盪器的頻率為50 MHz,當計數器計了50000000次,時鐘系統完成了1秒的走時。但在實際情況中,由於晶體振盪器老化率等因素的影響,晶振的實際頻率不是50 MHz,這會使時鐘單元走時產生很大誤差。尤其是當GPS信號不可用時,時鐘源進入守時狀態,秒以上時間刻度和秒以下時間刻度都由本地時鐘單元產生,誤差將會累計,最後造成很大的誤差,將會嚴重影響同步的精度。所以,網路時鐘源要能進行高精度的時間同步,必須解決兩個問題:一是要解決晶體振盪器的偏差給本地時鐘單元帶來的走時不準,不能供準確的時間刻度問題;二是解決當GPS不可用時,本地時鐘單元仍然能維持準確的走時,繼續提供準確可靠的時間刻度問題。

解決以上兩個問題可以有兩種方法:

(1)從晶體振盪器進行考慮,採用馴服晶體振盪器的方法,使晶體振盪器輸出的頻率保持很高的準確度和穩定度,這樣就可以消除晶振老化造成的偏差給時鐘系統帶來的影響。

(2)從時鐘本身考慮,改造這種簡單計數的時鐘,尋找更好的解決法。

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