一種高精度ntp時間戳標(biāo)記硬件裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電力電站監(jiān)控裝置，具體涉及一種高精度ΝΤΡ時間戳標(biāo)記硬件裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段的電站監(jiān)控設(shè)備中，普遍采用的時間戳標(biāo)記事件的方法較為簡單，直接從時頻設(shè)備輸出的IRIG-B碼(“美國靶場儀器組碼”的一種，每秒一次頻率的Β型時間碼)信號，獲取以秒為間隔精度的ΝΤΡ時間。但對秒與秒之內(nèi)發(fā)生的事件進(jìn)行時間標(biāo)記，則往往依靠晶振計數(shù)估值的方法獲得，時間戳標(biāo)記電路普遍精度不高。
[0003]電站監(jiān)控裝置普遍使用時頻設(shè)備輸出的IRIG-B碼信號作時間參考，獲取ΝΤΡ時間。由于IRIG-B碼信號周期為1秒，在每個時間秒，發(fā)出帶有幀頭信號的時間編碼，則每秒幀頭脈沖到達(dá)時，ΝΤΡ時間是準(zhǔn)確無誤的。在兩個秒脈沖之內(nèi)發(fā)生的任一運(yùn)維事件要得到一個準(zhǔn)確的時間戳進(jìn)行標(biāo)記，則可以用插值，估計等算法，描述如下:
[0004]使用本地晶振，如頻率25Μ晶振計數(shù)，計數(shù)器Α從每個B碼信號秒脈沖點(diǎn)開始清0，累加計數(shù)。當(dāng)運(yùn)維事件發(fā)生時，記錄下計數(shù)器A的值tl，然后計數(shù)器A繼續(xù)從0開始計數(shù)，直到下一個秒脈沖的到達(dá)，記錄下計數(shù)器B的值t2。解析B碼信息，得到這兩個秒脈沖時間點(diǎn)NTP時間，TS1，TS2，通常32位數(shù)值表示，年月日時分秒納秒皮秒。利用插值，估計等算法，可以得到事件發(fā)生點(diǎn)的時間戳。
[0005]由于B碼信號周期為1秒，每秒發(fā)出帶有幀頭信號的時間編碼，則每秒幀頭脈沖到達(dá)時，NTP時間是準(zhǔn)確無誤的。在兩個秒脈沖之內(nèi)的任一時間發(fā)生的事件要得到一個時間戳，則必須用插值，估計等算法，這個依賴于本地晶振的時鐘精度，頻率是否足夠高，以及算法的可靠性。另外，輸入的B碼，由于時頻設(shè)備精度影響，本身有各種頻率成分的相位噪音。這些因素使得到的NTP時間戳不容易達(dá)到納秒級的精度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)很難使NTP時間戳達(dá)到納秒級精度的問題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，包括IRIG-B接口模塊，與IRIG-B接口模塊相連的可編程邏輯硬件電路FPGA，分別與可編程邏輯硬件電路FPGA相連的8X PHY芯片、物理芯片PHY和晶振0SC25M，與8X PHY芯片相連的8X光模塊接口，以及與物理芯片PHY相連的2X上聯(lián)服務(wù)器RG45 口。
[0009]進(jìn)一步地，所述可編程邏輯硬件電路FPGA包括分別與IRIG-B接口模塊相連的幀同步電路和提取國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時間NTP電路，分別與幀同步電路相連的計數(shù)器模塊和數(shù)字鎖相環(huán)電路，與計數(shù)器模塊相連的精確時間合成電路，所述數(shù)字鎖相環(huán)電路還與計數(shù)器模塊相連，所述提取國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時間NTP電路還與精確時間合成電路相連，所述8X PHY芯片與計數(shù)器模塊和精確時間合成電路相連，所述精確時間合成電路還與物理芯片PHY相連，所述晶振0SC25M與數(shù)字鎖相環(huán)電路相連。
[0010]再進(jìn)一步地，所述數(shù)字鎖相環(huán)電路包括依次相連的第二斜坡發(fā)生器、鑒相器模塊、自適應(yīng)濾波器、增益模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)控振蕩器、第一斜坡發(fā)生器，以及與數(shù)控振蕩器相連鎖相環(huán)模塊；所述幀同步電路與第二斜坡發(fā)生器相連；所述數(shù)控振蕩器還與計數(shù)器模塊相連，所述晶振0SC25M與鎖相環(huán)模塊相連；所述第一斜坡發(fā)生器還與鑒相器模塊相連。
[0011]更進(jìn)一步地，所述IRIG-B碼接口模塊由同軸頭和RS422/485轉(zhuǎn)TTL芯片組成。
[0012]另外，本實(shí)用新型還包括與8X PHY芯片相連的8X光模塊接口，以及與物理芯片PHY相連的2X上聯(lián)服務(wù)器RG45 口。
[0013]值得說明的是，本實(shí)用新型所采用的電路、模塊均為現(xiàn)有技術(shù)，故而不在此贅述。
[0014]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0015]本實(shí)用新型可以得到精確的時間戳信息，其精確度可以達(dá)到100ns的量級；而且可以準(zhǔn)確及時的把相關(guān)事件的對應(yīng)時間戳信息打包到事件的數(shù)據(jù)包里，便于上聯(lián)服務(wù)器對于事件的記錄和相關(guān)處理。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，本實(shí)用新型的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例
[0018]如圖1所示，一種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，包括IRIG-B接口模塊，與IRIG-B接口模塊相連的可編程邏輯硬件電路FPGA，分別與可編程邏輯硬件電路FPGA相連的8X PHY芯片、物理芯片PHY和晶振0SC25M，與8X PHY芯片相連的8X光模塊接口，以及與物理芯片PHY相連的2X上聯(lián)服務(wù)器RG45 口。另外，還包括與8X PHY芯片相連的8X光模塊接口，以及與物理芯片PHY相連的2X上聯(lián)服務(wù)器RG45 口。其中，所述IRIG-B碼接口模塊由同軸頭和RS422/485轉(zhuǎn)TTL芯片組成。
[0019]具體地，所述可編程邏輯硬件電路FPGA包括分別與IRIG-B接口模塊相連的幀同步電路和提取國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時間NTP電路，分別與幀同步電路相連的計數(shù)器模塊和數(shù)字鎖相環(huán)電路，與計數(shù)器模塊相連的精確時間合成電路，所述數(shù)字鎖相環(huán)電路還與計數(shù)器模塊相連，所述提取國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時間NTP電路還與精確時間合成電路相連，所述8X PHY芯片與計數(shù)器模塊和精確時間合成電路相連，所述精確時間合成電路還與物理芯片PHY相連，所述晶振0SC25M與數(shù)字鎖相環(huán)電路相連。
[0020]具體地，所述數(shù)字鎖相環(huán)電路包括依次相連的第二斜坡發(fā)生器、鑒相器模塊、自適應(yīng)濾波器、增益模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)控振蕩器、第一斜坡發(fā)生器，以及與數(shù)控振蕩器相連鎖相環(huán)模塊；所述幀同步電路與第二斜坡發(fā)生器相連；所述數(shù)控振蕩器還與計數(shù)器模塊相連，所述晶振0SC25M與鎖相環(huán)模塊相連；所述第一斜坡發(fā)生器還與鑒相器模塊相連。
[0021]本實(shí)用新型各部件的作用以及相應(yīng)的操作流程:
[0022]另外，相關(guān)的時間信息數(shù)據(jù)通過本實(shí)用新型的8X光模塊接口輸入到8XPHY芯片，經(jīng)過該8XPHY芯片處理后將數(shù)據(jù)傳輸給可編程邏輯硬件電路FPGA。
[0023]然而本實(shí)用新型的可編程邏輯硬件電路FPGA輸出的插有時間戳后的事件數(shù)據(jù)包是通過物理芯片PHY傳輸至2X上聯(lián)服務(wù)器RG45 口，然后傳入上聯(lián)服務(wù)器。
[0024]IRIG-B碼接口模塊接收GPS/北斗時頻設(shè)備送來的IRIG-B碼信號，轉(zhuǎn)換為TTL信號送入可編程邏輯硬件電路FPGA，這是參考時間B碼信號輸入。
[0025]然而，輸入到可編程邏輯硬件電路FPGA的B碼信號由幀同步電路解出1PPS的秒脈沖，從而得到國際統(tǒng)一時間NTP，隨后數(shù)字鎖相環(huán)電路會跟蹤1PPS秒脈沖信號，得到一個頻率為50MHz的數(shù)控振蕩器的輸出時鐘，這個時鐘與1PPS的秒脈沖同頻率。用這個數(shù)控振蕩器輸出的50MHz時鐘通過計數(shù)器模塊進(jìn)行計時，那么時間精度可以做到100ns，因?yàn)樗遣粩嘣诟?PPS秒脈沖信號的。
[0026]本實(shí)用新型的自適應(yīng)濾波器的3db寬帶在0.01Hz?10Hz區(qū)間變換，極大地過濾了時頻設(shè)備由于自身精度和傳輸時鐘漂移等影響所帶來的各種頻率成分的相位噪音。
[0027]本實(shí)用新型的計數(shù)器模塊使用數(shù)控振蕩器的輸出時鐘50MHz來進(jìn)行計數(shù)，從每個B碼信號秒脈沖起始點(diǎn)開始清零，然后每個時鐘周期進(jìn)行累加計數(shù)，當(dāng)監(jiān)控口進(jìn)來事件發(fā)生時，記錄下計數(shù)器模塊的值tl事件，則此事件發(fā)生時的國際統(tǒng)一時間為上一個秒脈沖到達(dá)時國際統(tǒng)一時間TS1加上tl*20ns。具體公式為:TSl+tl*20ns ;其中，20ns是因?yàn)楸緦?shí)用新型的計數(shù)器模塊采用的是50MHz的時鐘進(jìn)行計算的，因此時鐘的每個周期是20ns，則對應(yīng)的時間是計數(shù)值*20ns。
[0028]本實(shí)用新型的精確時間合成電路，可將合成出的精確時間戳(精度可以達(dá)到100ns)加到事件包上，經(jīng)過格式封裝，發(fā)送給物理芯片PHY。通過物理芯片PHY再通過2X上聯(lián)服務(wù)器RG45 口將相關(guān)信息傳輸至上聯(lián)服務(wù)器。
[0029]按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。值得說明的是，基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提下，為解決同樣的技術(shù)問題，即使在本實(shí)用新型上做出的一些無實(shí)質(zhì)性的改動或潤色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本實(shí)用新型一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，其特征在于，包括IRIG-B接口模塊，與IRIG-B接口模塊相連的可編程邏輯硬件電路FPGA，分別與可編程邏輯硬件電路FPGA相連的8X PHY芯片、物理芯片PHY和晶振0SC25M，與8X PHY芯片相連的8X光模塊接口，以及與物理芯片PHY相連的2X上聯(lián)服務(wù)器RG45 口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，其特征在于，所述可編程邏輯硬件電路FPGA包括分別與IRIG-B接口模塊相連的幀同步電路和提取國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時間NTP電路，分別與幀同步電路相連的計數(shù)器模塊和數(shù)字鎖相環(huán)電路，與計數(shù)器模塊相連的精確時間合成電路，所述數(shù)字鎖相環(huán)電路還與計數(shù)器模塊相連，所述提取國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)時間NTP電路還與精確時間合成電路相連，所述8X PHY芯片與計數(shù)器模塊和精確時間合成電路相連，所述精確時間合成電路還與物理芯片PHY相連，所述晶振0SC25M與數(shù)字鎖相環(huán)電路相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，其特征在于，所述數(shù)字鎖相環(huán)電路包括依次相連的第二斜坡發(fā)生器、鑒相器模塊、自適應(yīng)濾波器、增益模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)控振蕩器、第一斜坡發(fā)生器，以及與數(shù)控振蕩器相連鎖相環(huán)模塊；所述幀同步電路與第二斜坡發(fā)生器相連；所述數(shù)控振蕩器還與計數(shù)器模塊相連，所述晶振0SC25M與鎖相環(huán)模塊相連；所述第一斜坡發(fā)生器還與鑒相器模塊相連。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，其特征在于，所述IRIG-B碼接口模塊由同軸頭和RS422/485轉(zhuǎn)TTL芯片組成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，其特征在于，還包括與8X PHY芯片相連的8X光模塊接口，以及與物理芯片PHY相連的2X上聯(lián)服務(wù)器RG45 口。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高精度NTP時間戳標(biāo)記硬件裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)很難使NTP時間戳達(dá)到納秒級精度的問題。本實(shí)用新型包括IRIG-B接口模塊，與IRIG-B接口模塊相連的可編程邏輯硬件電路，分別與可編程邏輯硬件電路相連的8XPHY芯片、物理芯片PHY和晶振OSC25M，與8X？PHY芯片相連的8X光模塊接口，以及與物理芯片PHY相連的2X上聯(lián)服務(wù)器RG45口。本實(shí)用新型可以得到精確的時間戳信息，其精確度可以達(dá)到100ns的精度；而且可以準(zhǔn)確及時的把相關(guān)事件的對應(yīng)時間戳信息打包到事件的數(shù)據(jù)包里，便于上聯(lián)服務(wù)器對于事件的記錄和相關(guān)處理。
【IPC分類】H03L7/18, G06F13/38
【公開號】CN205068379
【申請?zhí)枴緾N201520827605
【發(fā)明人】李煜, 楊勇, 吳琦
【申請人】成都芯程科技有限責(zé)任公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年10月23日