一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法和裝置制造方法
【專利摘要】一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法和裝置，系統(tǒng)內終端之間通路連接，各終端分別最終通過信號記錄單元與時鐘源通信連接，時鐘源向網(wǎng)絡上發(fā)出一個標定信號，信號記錄單元記錄標定信號當前的發(fā)出時間T(0)，各終端由于相隔時鐘源的距離不同，會依次收到該標定信號，并將信號返回，返回信號沿著網(wǎng)絡依次先后返回到信號記錄單元，信號記錄單元再依次記錄各個返回信號的時間T(n)，這樣，信號記錄單元就能測量各個終端與時鐘源信號的延時，將此延時作為校正參數(shù)可保證終端處于完全一致的時間基準，且這樣設置對各終端到時鐘源的時鐘連接線的長度不用控制，無需特別考慮時鐘走線，避免了大量的連線帶來系統(tǒng)組裝、校正、維護、擴展的困難。
【專利說明】一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法和裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于時間測試測量【技術領域】，涉及一種基準時間確定方法，尤其是全局時間的確定方法。

【背景技術】
[0002]全局時鐘應用在多個領域，保證系統(tǒng)中各個部件有完全相同的時間基準，例如在核探測領域、在飛行時間應用領域，多個終端組成系統(tǒng)往往需要完全一致的時間基準來滿足精準的時間測量。通過多個終端之間的時間戳通信來獲取通信延時并校正的方法在通信領域中被廣泛采用，但是這種同步方法僅局限在利用現(xiàn)成通信協(xié)議達到精度不高的全局時鐘同步，如ms或者亞ms級別，這種方法的精度最終依賴于時鐘的速度即翻轉頻率，不會達到比時鐘周期更短的同步精度。所以傳統(tǒng)方法只能如圖1所示，是在系統(tǒng)中設置唯一的一個時鐘源，然后將所有需要時鐘的終端與時鐘源連接，構建一個星狀網(wǎng)絡，并精確保證所有的連線(從時鐘源到各終端)具有完全相等的長度，從而保證各個終端能獲得完全一致的同步的時鐘信號。這樣在超大規(guī)模終端組成的復雜系統(tǒng)中需要特別考慮時鐘走線，并且大量的連線帶來系統(tǒng)組裝、校正、維護、擴展的困難，例如采用傳統(tǒng)方法如果需要新增一個終端，需要在時鐘源處增加一個扇出，這必然需要改變已經(jīng)確定的硬件，且由于在特定領域中，例如掃描成像系統(tǒng)，其內的多個(幾個到幾千個)探測器(即終端)均需要統(tǒng)一的時間基準來滿足全局統(tǒng)一的時鐘，且各個探測器需要皮秒(ps)級別的時間測量裝置以使得整個儀器系統(tǒng)要求較高的時間分辨率，對時間的同步的精度要求在ps級別，所以對線長等長的要求需要在微米(um)級別，現(xiàn)有的全局時鐘的設計無法達到該要求。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于公開了一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法和裝置，所述方法和裝置通過確定從時鐘源到終端的延時，并將此延時作為校正參數(shù)保證所有終端處于完全一致的時間基準，且由于采用高精度的信號記錄單元的配合可完成從時鐘源到終端的延時的精確測量，且對時鐘源的翻轉頻率要求不高，使其可用于對同步精度要求高的場合，同時，本發(fā)明所述的一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法和裝置對各終端到時鐘源的時鐘連接線的長度不用控制，無需特別考慮時鐘走線，避免了大量的連線帶來系統(tǒng)組裝、校正、維護、擴展的困難。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0005]本發(fā)明公開了一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，所述系統(tǒng)內包括至少兩個終端，所述各終端之間通路連接，包括以下步驟:
[0006](I)產(chǎn)生標定信號，所述標定信號被分發(fā)至系統(tǒng)內各終端處，記錄所述標定信號的發(fā)出時間T(O)；
[0007]所述步驟(I)前還包括確定一作為基準的時鐘源的步驟，由所述作為基準的時鐘源產(chǎn)生標定信號。
[0008]優(yōu)選的，所述時鐘源為一時鐘控制器或包括一時鐘控制器以及接受時鐘控制器控制的時鐘發(fā)生器；
[0009]優(yōu)選的，所述標定信號為所述時鐘控制器直接發(fā)出的一個電脈沖形成或者所述時鐘發(fā)生器接受所述時鐘控制器驅動發(fā)出的一段時鐘信號；
[0010]優(yōu)選的，所述作為基準的時鐘源為任意一各終端內部的本地時鐘或外置的時鐘源。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟(I)中，由一與作為基準的時鐘源相配合的信號記錄單元記錄所述標定信號的發(fā)出時間T(O)；
[0012]進一步的，所述步驟(I)中，由所述與作為基準的時鐘源相配合的信號記錄單元將所述標定信號分發(fā)至系統(tǒng)內各終端處。
[0013]優(yōu)選的，作為基準的時鐘源以及與所述作為基準的時鐘源相配合的信號記錄單元屬于其中一終端。
[0014]優(yōu)選的，所述信號記錄單元的最小時間測量刻度小于作為基準的時鐘源的時鐘周期的1/2 ；
[0015]優(yōu)選的，所述信號記錄單元的最小時間測量刻度在Ins以內；
[0016](2)所述標定信號到達所述各終端，所述各終端分別返回信號，記錄所述返回信號的到達時間T (η),確定所述各終端的絕對偏移Delay (η)；
[0017]優(yōu)選的，由一與作為基準的時鐘源相配合的信號記錄單元接收并記錄所述返回信號的到達時間T(η)。
[0018]優(yōu)選的，所述返回信號為所述各終端分別發(fā)出的應答信號或所述標定信號分別返回
[0019]優(yōu)選的，(I)若所述應答信號返回，則Delay (η) = (Τ (η) _T (O) - Δ η)/2,其中Δη為各終端應答反應時間；
[0020](II)若所述標定信號返回，則 Delay (η) = (Τ (η) _T (O))/2。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟(I)中，所述Λη為系統(tǒng)預設值；或所述Λη由各終端內的信號記錄單元確定，所述各終端收到標定信號后，所述各終端內信號記錄單元記錄該時間為tnl，所述各終端分別發(fā)出應答信號后，所述各終端內信號記錄單元記錄該時間為tn2則所述Λη—tn2_tnl。
[0022](3)根據(jù)所述絕對偏移調整各終端處的時間以形成全局時鐘。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟(3)中，經(jīng)由與信號記錄單元或者所述終端的處理器或者外置處理器確定所述各終端的絕對偏移，同時調整各終端處的時間以形成全局時鐘。
[0024]同時，本發(fā)明還公開了一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，包括至少一時鐘源，至少兩終端，所述各終端之間通路連接，其還包括一與所述時鐘源相配合的信號記錄單元，所述信號記錄單元與所述時鐘源通路連接、所述每一個終端均經(jīng)由所述信號記錄單元與所述時鐘源通信以確定各終端到所述時鐘源之間的時間絕對偏移。
[0025]優(yōu)選的，所述終端之間依次通信連接以形成線狀網(wǎng)絡結構，且與所述時鐘源相配合的信號記錄單元與所述線狀網(wǎng)絡結構中的一終端之間通信連接。
[0026]進一步的，與所述時鐘源相配合的信號記錄單元和所述線狀網(wǎng)絡結構中位于端點處的一終端之間通信連接。
[0027]進一步的，所述終端之間、所述信號記錄單元與所述終端之間為雙向通信連接。
[0028]進一步的，所述信號記錄單元與時鐘源之間、所述信號記錄單元與所述終端之間、所述終端之間為有線連接。
[0029]進一步的，所述各終端內分別設有信號記錄單元以確定各終端的應答反應時間。
[0030]進一步的，至少設置一條所述線狀網(wǎng)絡。
[0031]優(yōu)選的，所述每一個終端分別與所述信號記錄單元之間通信連接以形成星狀網(wǎng)絡結構。
[0032]進一步的，所述每一個終端分別與所述信號記錄單元之間雙向通信連接。
[0033]進一步的，時鐘源與所述信號記錄單元之間、所述信號記錄單元與所述各終端之間為有線連接。
[0034]進一步的，所述各終端內分別設有信號記錄單元以確定各終端的應答反應時間。
[0035]所述信號記錄單元的最小時間測量刻度小于作為基準的時鐘源的時鐘周期的1/2。
[0036]優(yōu)選的，所述信號記錄單元包括一控制器以及與所述控制器通信連接以接受所述控制器驅動的時間轉換器，所述時間轉換器的時間精度在Ins以內。
[0037]優(yōu)選的，所述時間轉換器為TDC或者TAC，所述TDC或者TAC的時間精度在10ps以內。
[0038]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0039]1、本發(fā)明所公開的一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法和裝置，系統(tǒng)內終端之間通路連接，各終端與分別通過不同路徑后最終通過信號記錄單元與預先確定的時鐘源通信連接，時鐘源向網(wǎng)絡上發(fā)出一個標定信號，信號記錄單元記錄標定信號當前的發(fā)出時間T(O)，掛在網(wǎng)絡上的各終端由于相隔時鐘源的距離不同，會依次收到該標定信號，并將信號返回(可為標定信號主動返回或者各終端應答后發(fā)送應答信號的被動返回)，返回信號沿著網(wǎng)絡依次先后返回到信號記錄單元，信號記錄單元再依次記錄各個返回信號的時間T (η)，這樣，信號記錄單元就能測量各個終端與時鐘源信號的延時，在實際系統(tǒng)中，可以將此延時作為校正參數(shù)保證所有終端處于完全一致的時間基準。
[0040]2、通過高精度信號記錄單元的加入，使得時間的同步精度提高。在時鐘源處設置高精度的信號記錄單元(信號記錄單元的最小時間測量刻度小于作為基準的時鐘源的時鐘周期的1/2)，如時間數(shù)字轉換器(TDC)或者時間模擬轉換器(TAC)，由該時間數(shù)字轉換器(TDC)或者時間模擬轉換器(TAC)來確定信號的發(fā)送和返回時間，可精確確定各終端與時鐘源之間的時間絕對偏移以形成全局時鐘。以TDC為例，TDC能不完全依賴主時鐘頻率，通過電路延時追趕電路來計時，測量比時鐘周期更短的時間長度，計時精度可以達到10ps。這樣可以滿足時間的同步精度在ps級別的要求，可應用于時間精度要求較高的場合。
[0041]3、對時鐘連接線的長度不用控制，任意的連接，各終端之間網(wǎng)絡可任意連接，只需要滿足每個終端最終通過信號記錄單元與時鐘源通信連接，就能完成全局時鐘的部署，解決傳統(tǒng)方法需要精確所有連線長度的設計和實現(xiàn)困難。
[0042]4、擴展性增強，當采用線狀拓撲結構的全局時鐘裝置時，可通過在線狀網(wǎng)絡的一端增加一終端和連線，不用改變時鐘源的硬件，不用增加時鐘源的扇出，即可方便簡單的完成系統(tǒng)的擴展；當采用星狀拓撲結構的全局時鐘裝置時，新增終端時雖然需要增加時鐘源的扇出接口，但可以不用考慮并嚴格控制新增終端的時鐘連接線與之前已經(jīng)接入的終端保持完全一致。
[0043]5、可以減少系統(tǒng)大量走線，當采用線狀拓撲結構的全局時鐘裝置時，通過一組連線串行連接所有終端，即可完成全局時鐘的實現(xiàn)，在終端數(shù)量達到百級或者千級，可解決大量的連線讓系統(tǒng)組裝和維護變得異常困難的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]圖1為傳統(tǒng)的星狀網(wǎng)絡結構的全局時鐘確定裝置的結構示意圖；
[0045]圖2為本發(fā)明所示的一種提供系統(tǒng)內全局時鐘方法的工作流程圖；
[0046]圖3為本發(fā)明所示的一種提供系統(tǒng)內全局時鐘裝置第一實施例的結構示意圖；
[0047]圖4為本發(fā)明所示的一種提供系統(tǒng)內全局時鐘裝置第二實施例的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0048]以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0049]一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，如圖2所示，包括以下步驟:
[0050]首先，確定一作為基準的時鐘源，由所述作為基準的時鐘源產(chǎn)生標定信號。一個系統(tǒng)內可以有多個時鐘源或者唯一確定的時鐘源，當有多個時鐘源時，則需要首先確定其中一時鐘源作為基準，基準時鐘源可任意選擇，只需要滿足該時鐘源可通過網(wǎng)絡傳輸?shù)剿薪K端(即覆蓋所有終端)，此外也可通過外置的一時鐘源作為整個系統(tǒng)的基準時鐘，上述的時鐘源既可以單獨為一時鐘控制器，也可包括一時鐘控制器以及接受時鐘控制器控制的時鐘發(fā)生器，可根據(jù)實際需要任意設置。
[0051](I)產(chǎn)生標定信號，所述標定信號被分發(fā)至系統(tǒng)內各終端處，記錄所述標定信號的發(fā)出時間T(O)。
[0052]圖2所示實施例中，當作為基準的時鐘源確定后，該時鐘源產(chǎn)生標定信號，標定信號的具體形式是由時鐘源決定的，本實施例中，標定信號可以由時鐘控制器直接發(fā)出一個電脈沖產(chǎn)生，或者由控制時鐘發(fā)出一段時鐘信號形成，標定信號產(chǎn)生之后被分發(fā)至各終端處，當標定信號被分發(fā)后，記錄下標定信號發(fā)出時間T(O)。
[0053](2)上述標定信號經(jīng)由網(wǎng)絡到達所述各終端后，各終端處分別產(chǎn)生一返回信號，記錄該回信號的到達時間T (η),確定所述各終端的絕對偏移Delay (η):
[0054]返回信號的形式可有多種，以下以返回信號為應答信號或者標定信號對本發(fā)明所示一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法的工作原理進行說明，應理解，若返回信號為其他形式時，采用本發(fā)明所示的方法也可實現(xiàn)系統(tǒng)內各終端全局時鐘的形成。
[0055]當標定信號到達所述各終端后，各終端既可以通過直接電路連接返回信號鏈路，將標定信號返回，也可以通過控制器(如FPGA這種支持異步響應的控制器)接收到標定信號，則立即(不依賴與控制器的主時鐘條件下)發(fā)出應答信號，當發(fā)出返回信號后，然后在記錄下返回信號的到達時間Τ(η)，從而所述各終端到作為基準時鐘源的絕對偏移Delay (η)。
[0056]上述標定信號發(fā)出時間T(O)以及返回信號的到達時間Τ(η)由同一計時元件接收并記錄，從而使得二者具有同一數(shù)量級的精度，圖2所示實施例中，均通過與時鐘源相配合的信號記錄單元接受并確定具體時間，其中信號記錄單元包括一控制器以及接受該控制驅動的時間轉換器，由時間轉換器接受該控制器的驅動記錄T (O)和T (η)，且步驟(I)中，標定信號的分發(fā)既可由時鐘源控制直接分發(fā)至各終端處，也可由與上述作為基準時鐘源相配合的信號記錄單元分發(fā)至各終端處。
[0057](I)若終端通過應答方式將應答信號返回時，與作為基準時鐘源相配合的信號記錄單元記錄標定信號的到達時間T(η)，由于終端做出應答需要一定的時間，故確定所述各終端的絕對偏移Delay (η) = (Τ (η)-T (O) - Λ η)/2，其中Λ η為各終端應答反應時間，由于應答信號可以是一個電脈沖，若本發(fā)明所示的提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法用于對時間精度要求不高的場合時，△ η為預設值，可預先通過實驗和計算確定，同時可以計算終端與時鐘源的連線長度為L(n) = Delay (n) *C，C為信號在線路中的傳輸速度，接近光速。
[0058](II)若通過標定信號形式返回時，與作為基準時鐘源相配合的信號記錄單元記錄標定信號的到達時間T(n)，則所述各終端的絕對偏移Delay(n) = (Τ(n)-T(O))/2，同時可以計算終端與時鐘源的連線長度為L (n) =Delay (n) *C，C為信號在線路中的傳輸速度，接近光速。
[0059]由此，我們獲得系統(tǒng)中所有終端與時鐘源的絕對偏移。
[0060](3)根據(jù)所述絕對偏移調整各終端處的時間以形成全局時鐘。當需要系統(tǒng)內所有終端有完全統(tǒng)一的時間基準時，將上述計算的時間差(絕對偏移)作為校正系數(shù)即能保證各個終端的計時系統(tǒng)完全同步。步驟(3)中，可經(jīng)由信號記錄單元或者各終端的處理器或外置處理器根據(jù)各終端的絕對偏移來發(fā)送指令以調整各終端處的時間以形成全局時鐘。
[0061]通過圖2所示實施例的步驟，可方便的實現(xiàn)系統(tǒng)內所有終端處于完全一致的時間基準，無需考慮終端至時鐘源走線設置的問題。在圖2所示實施例的基礎上，本發(fā)明進一步的公開了一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，可提高時間同步的精度以用于對于時間精度要求較高的場合。
[0062]一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，包括以下步驟:
[0063]首先，確定一作為基準的時鐘源，由所述作為基準的時鐘源產(chǎn)生標定信號。一個系統(tǒng)內可以有多個時鐘源或者唯一確定的時鐘源，當有多個時鐘源時，則需要首先確定其中一時鐘源作為基準，基準時鐘源可任意選擇，只需要滿足該時鐘源可通過網(wǎng)絡傳輸?shù)剿薪K端(即覆蓋所有終端)，此外也可通過外置的一時鐘源作為整個系統(tǒng)的基準時鐘，上述的時鐘源既可以單獨為一時鐘控制器，也可包括一時鐘控制器以及接受時鐘控制器控制的時鐘發(fā)生器，可根據(jù)實際需要任意設置。
[0064](I)產(chǎn)生標定信號，所述標定信號被分發(fā)至系統(tǒng)內各終端處，記錄所述標定信號的發(fā)出時間T(O)。
[0065]當作為基準的時鐘源確定后，該時鐘源產(chǎn)生標定信號，標定信號的具體形式是由時鐘源決定的，本實施例中，標定信號可以由時鐘控制器直接發(fā)出一個電脈沖產(chǎn)生，或者由控制時鐘發(fā)出一段時鐘信號形成，標定信號產(chǎn)生之后被分發(fā)至各終端處，此處標定信號既可由時鐘源控制直接分發(fā)至各終端處，也可由與上述作為基準時鐘源相配合的信號記錄單元分發(fā)至各終端處。
[0066]當標定信號被分發(fā)后，與上述作為基準時鐘源相配合的信號記錄單元記錄下標定信號發(fā)出時間T(O)，其中與時鐘源相配合的信號記錄單元最小時間測量刻度小于作為基準的時鐘源的時鐘周期的1/2設置，這樣信號記錄單元可以精確測量小于一個時鐘周期長度的時間:在高同步要求的全局時鐘中，全局時鐘頻率一般在50MHz以上，時鐘周期在20ns以內，甚至頻率達到200MHz以上，時鐘周期在2ns以內。但是全局時鐘在線路上的延時也需要被精確測量，而這種延時隨線路長度不同而不同，不會與系統(tǒng)全局時鐘保持相同相位，為了精確測量這種延時，需要高精度的時鐘測量裝置，而不是依賴全局時鐘，通過最小測量刻度小于基準時鐘的時鐘周期的1/2的信號測量裝置，能實現(xiàn)諸如線路延時或者相位偏差等更高精度的時間測量。
[0067]作為一優(yōu)選的方案，其中信號記錄單元包括一控制器以及接受該控制驅動的時間轉換器，該時間轉換器的最小時間測量刻度在Ins以內從而可精確的記錄標定信號發(fā)出時間T(O)以及返回信號的返回時間T(n)，從而可用于對于時間精度要求在ps級別的場合。
[0068]進一步的，該時間轉換器可為TDC(時間數(shù)字轉換器)或者TAC(時間模擬轉換器)，TDC或者TAC的時間精度在10ps以內。以TDC為例，其接受控制器控制讀取TDC的計數(shù)值(記錄的時間值)，由于TDC是異步計時，也就是對時鐘的信號是即時觸發(fā)，一般來說是電脈沖的跳變沿觸發(fā)，故不存在通信開銷，且TDC能不完全依賴主時鐘頻率，通過電路延時追趕電路來計時，計時精度可以達到1ps,故采用時間精度在10ps以內信號記錄單元用于記錄信號的發(fā)出時間與返回時間，可以滿足時間的同步精度在Ps級別的要求，從而應用于如掃描成像系統(tǒng)等對于時間精度要求較高的領域中。
[0069]此外，從精簡結構的角度出發(fā)，上述作為基準的時鐘源以及與所述作為基準的時鐘源相配合的信號記錄單元可屬于系統(tǒng)內其中一終端，且時鐘源與信號記錄單元可共用一處理器。
[0070](2)上述標定信號經(jīng)由網(wǎng)絡到達所述各終端后，各終端處分別產(chǎn)生一返回信號，記錄該回信號的到達時間T (η),確定所述各終端的絕對偏移Delay (η):
[0071]返回信號的形式可有多種，以下以返回信號為應答信號或者標定信號對本發(fā)明所示一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法的工作原理進行說明，應理解，若返回信號為其他形式時，采用本發(fā)明所示的方法也可實現(xiàn)系統(tǒng)內各終端全局時鐘的形成。
[0072]當標定信號到達所述各終端后，各終端既可以通過直接電路連接返回信號鏈路，將標定信號返回，也可以通過控制器(如FPGA這種支持異步響應的控制器)接收到標定信號，則立即(不依賴與控制器的主時鐘條件下)發(fā)出應答信號，當發(fā)出返回信號后，然后在通過與時鐘源相配合的信號記錄單元接受并確定返回信號的到達時間T(η)。
[0073](I)若終端通過應答方式將應答信號返回時，與作為基準時鐘源相配合的信號記錄單元記錄標定信號的到達時間T(η)，由于終端做出應答需要一定的時間，故確定所述各終端的絕對偏移Delay (η) = (Τ (η)-T (O) - Λ η)/2，其中Λ η為各終端應答反應時間，為了保證Λ η值具有與T(O)、Τ (η)同一數(shù)量級的精度，各終端內也分別內置一信號記錄單元，該信號記錄單元經(jīng)由網(wǎng)絡與各終端以及時鐘源、與時鐘源相配合的信號記錄單元通信連接，Λη由各終端內的信號記錄單元確定，當各終端收到標定信號后，各終端內信號記錄單元記錄該時間為tnl，當各終端分別發(fā)出應答信號后，各終端內信號記錄單元記錄該時間為U則所述Δη = tn2-tnl,同時可以計算終端與時鐘源的連線長度為L(n) = Delay(n)*C, C為信號在線路中的傳輸速度，接近光速。
[0074](II)若通過標定信號形式返回時，與作為基準時鐘源相配合的信號記錄單元記錄標定信號的到達時間T(n)，則所述各終端的絕對偏移Delay(n) = (Τ(n)-T(O))/2，同時可以計算終端與時鐘源的連線長度為L (n) =Delay (n) *C，C為信號在線路中的傳輸速度，接近光速。
[0075]由此，我們獲得系統(tǒng)中所有終端與時鐘源的絕對偏移。
[0076](3)根據(jù)所述絕對偏移調整各終端處的時間以形成全局時鐘。當需要系統(tǒng)內所有終端有完全統(tǒng)一的時間基準時，將上述計算的時間差(絕對偏移)作為校正系數(shù)即能保證各個終端的計時系統(tǒng)完全同步。步驟(3)中，可經(jīng)由信號記錄單元或者各終端或外置處理器根據(jù)各終端處的絕對偏移來發(fā)送指令以調整各終端處的時間以形成全局時鐘。
[0077]通過上述所示的一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，采用一最小時間測量刻度小于作為基準的時鐘源的時鐘周期的1/2的信號記錄單元確定標定信號的發(fā)出時間T(O)以及返回信號的到達時間T(n)，可實現(xiàn)系統(tǒng)內全局時鐘的同步精度，而且無需考慮布線問題。
[0078]除了以上明確提出的，應理解，結合圖2和圖3所示的實施例方法，所示的步驟的順序在其他示例性實施例中可按不同順序發(fā)生。同樣，圖2和圖3所示實施例中，某些步驟可進行省略或者由其他公知的技術完成，此處不一一列舉。
[0079]對應上述提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，本發(fā)明還公開了一種用于提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，包括至少一時鐘源，至少兩終端以及一與時鐘源相配合的信號記錄單元，終端之間通路連接、信號記錄單元與時鐘源通信連接、各終端分別經(jīng)由信號記錄單元與時鐘源通信以確定各終端到時鐘源的絕對偏移。
[0080]各終端分別通過網(wǎng)絡最終經(jīng)由信號記錄單元與時鐘源通信連接，初始化時，時鐘源向網(wǎng)絡上發(fā)出一個標定信號，信號記錄單元記錄標定信號當前的發(fā)送時間T(O)，掛在網(wǎng)絡上的終端由于相隔時鐘源的距離不同，會依次收到該標定信號，并將信號返回(可主動或者被動返回)，返回的信號(即標定信號或者應答信號)沿著網(wǎng)絡依次先后返回到信號記錄單元，信號記錄單元再依次記錄各個返回信號的時間T (η)，這樣，信號記錄單元就能測量各個終端與時鐘源信號的精確延時(絕對偏移)，在實際系統(tǒng)中，可以將此延時作為校正參數(shù)保證所有終端處于完全一致的時間基準。
[0081]信號記錄單元可為一常用的計時元件即可有效的實現(xiàn)系統(tǒng)內各終端全局時鐘，當本發(fā)明所示的裝置應用于對時間精度要求較高的場合時，則信號記錄單元的最小時間測量刻度小于作為基準的時鐘源的時鐘周期的1/2設置。
[0082]作為一優(yōu)選的方案，其中信號記錄單元包括一控制器以及接受該控制驅動的時間轉換器，該時間轉換器的最小時間測量刻度在Ins以內從而可精確的記錄標定信號發(fā)出時間T(O)以及返回信號的返回時間Τ(η)，從而可用于對于時間精度要求在ps級別的場合。
[0083]進一步的，該時間轉換器可為TDC(時間數(shù)字轉換器)或者TAC(時間模擬轉換器)，TDC或者TAC的時間精度在10ps以內。以TDC為例，其接受控制器控制讀取TDC的計數(shù)值(記錄的時間值)，由于TDC是異步計時，也就是對時鐘的信號是即時觸發(fā)，一般來說是電脈沖的跳變沿觸發(fā)，故不存在通信開銷，且TDC能不完全依賴主時鐘頻率，通過電路延時追趕電路來計時，計時精度可以達到1ps,故采用時間精度在10ps以內信號記錄單元用于記錄信號的發(fā)出時間與返回時間，可以滿足時間的同步精度在Ps級別的要求，從而應用于如掃描成像系統(tǒng)等對于時間精度要求較高的領域中。
[0084]當終端采取應答方式返回信號時，若用于一般的通訊領域時，各終端內預設Λη作為應答時間，若為了確保時間精度，則各終端內分別設置了一信號記錄單元，各終端內部的信號記錄單元也分別包括一控制器以及接受該控制驅動的高精度時間轉換器，當位于網(wǎng)絡上的各終端收到標定信號后，各終端內信號記錄單元記錄該時間為tnl，當各終端分別發(fā)出應答信號后，各終端內信號記錄單元記錄該時間為tn2則所述An = ，通過此種方法確定的Λ η值具有與T (O)、T (η)同一數(shù)量級的精度。
[0085]上述與時鐘源相配合的信號記錄單元和各終端之間既可以通過一條線路實現(xiàn)標定信號(應答信號)交互，二者之間也可雙向通信連接以實現(xiàn)信號交互。若采用一條線路實現(xiàn)信號往返時，由于所有的終端都是連接的，信號會被廣播發(fā)出，信號記錄單元和其余的終端都會收到，所以為讓其余的終端不會誤認為該信號為時鐘源的信號，需要終端的控制器接收到信號后再立即發(fā)出信號(信號最好與時鐘源的標定信號不一樣)，若二者雙向通信連接時，標定信號的發(fā)送和接受區(qū)分開來，則無需考慮此種問題，信號的發(fā)送與接受更為容易。
[0086]此外，考慮到本發(fā)明所示的用于提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，其信號測量是基于電路信號(電脈沖的跳變)來精確獲取不同終端的時間延時和偏差，當通過固定媒介的信號傳輸，其延時和偏差更為確定，為達到全局時鐘的精度為PS級別的要求，故時鐘源與信號記錄單元之間，信號記錄單元與終端之間，各終端之間均為有線連接。
[0087]通過上述分析可知，采用本發(fā)明所示的用于提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，各終端只需滿足最終經(jīng)由信號記錄單元與時鐘源通信連接，即可實現(xiàn)系統(tǒng)內全局時鐘的設置，各終端之間如何連接、終端與時鐘源之間連接線的長度均無需考慮，解決了傳統(tǒng)方法需要精確所有連線長度的設計和實現(xiàn)困難的問題，且由于采用時間精度在10ps以內的信號記錄單元實現(xiàn)各終端與時鐘源之間絕對偏移的確定，尤其適合對時間精度要求較高的場合。
[0088]以下結合具體實施例對本發(fā)明所示的用于提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置進行說明。
[0089]由于采用本發(fā)明所示的用于提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，雖然無需考慮各終端之間如何設置或者連接，也無需考慮各終端到時鐘源之間連線長度的問題，但是若終端之間連接過于繁雜時，在實際使用還是有所不便。
[0090]故第一實施例中，如圖3所示，用于提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置包括至少一時鐘源，至少兩終端以及一與上述時鐘源相配合的信號記錄單元，信號記錄單元與時鐘源通路連接、各終端之間依次雙向通信連接以形成線狀網(wǎng)絡，一個系統(tǒng)內，線狀網(wǎng)絡可設置多條，信號記錄單元與每條線狀網(wǎng)絡中的一個終端雙向通信連接。圖3所示實施例中，優(yōu)選設置一條線性網(wǎng)絡，且信號記錄單元與位于首部的終端之間雙向通信連接，時鐘源與信號記錄單元之間，信號記錄單元與位于首部的終端之間，各終端之間均為有線連接。
[0091]通過線狀網(wǎng)絡串聯(lián)所有終端，在線狀網(wǎng)絡的一個節(jié)點(圖3所示實施例為在線狀網(wǎng)絡的一端以盡量保證各個終端到時鐘源的距離都不一樣。)設置唯一的時鐘源，同時設置一個高精度的信號記錄單元，時鐘源首先發(fā)出標定信號，同時，時鐘源的信號記錄單元開始計時T(O)，各個終端由于其離時鐘源的距離不一致，會先后依次接受到標定信號，各終端收到標定信號后，立即應答回復或者直接電路連接返回標定信號給時鐘源的信號記錄單元，同樣由于距離不同，信號記錄單元會先后依次接收到來自各個終端的應答信號，依次記錄時間T (η)，當有η個終端時，終端與時鐘源的時間延時為:Delay (η) = (Τ (n)-T (O))/2或Delay (η) (Τ (η)-T (O) - △ η)/2，Δη的數(shù)值根據(jù)應用場合不同采用前述步驟確定；同時可以計算終端與時鐘源的連線長度為L (n) =Delay (n) *C，C為信號在線路中的傳輸速度，接近光速，由此，我們獲得系統(tǒng)中所有終端與時鐘源的絕對時間差。當需要系統(tǒng)所有終端有完全統(tǒng)一的時間基準時，將上述計算的時間差作為校正系數(shù)即能保證各個終端的計時系統(tǒng)完全同步。
[0092]考慮到若系統(tǒng)內設置多條線狀網(wǎng)絡，可能出現(xiàn)多個終端到時鐘源距離相同的情況，故在此過程中，如果信號記錄單元收到的應答信號次數(shù)少于終端值(說明至少有兩個信號有重疊，這個概率非常低，因為信號記錄單元能識別超過1ps的兩個信號)，可以對終端分批進行測量，逐一獲取。
[0093]這樣設置，由于采用信號記錄單元，時間控制精度高，同時，對時鐘連接線的長度不用控制，任意的連接，可以減少系統(tǒng)大量走線，通過一組連線串行連接所有終端，即可完成全局時鐘的實現(xiàn)，在終端數(shù)量達到百級或者千級，可解決大量的連線讓系統(tǒng)組裝和維護變得異常困難的問題。此外，如果終端的數(shù)量增加，可以直接在線狀網(wǎng)絡上繼續(xù)增加終端，并增加與上一級的時鐘連線即可，不用改變時鐘源的硬件，即可方便簡單的完成系統(tǒng)的擴展。
[0094]第二實施例中，如圖4所示，本發(fā)明所示的用于提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置包括至少一時鐘源，至少兩終端以及一與上述時鐘源相配合的信號記錄單元，信號記錄單元與時鐘源通路連接，各終端分別與信號記錄單元雙向通信連接以經(jīng)由信號記錄單元與時鐘源通信。本實施例中，時鐘源和各終端之間仍然采取星狀網(wǎng)絡連接，但時鐘源和各終端之間增設信號記錄單元，且各終端分別與信號記錄單元雙向通信連接，本實施例中，優(yōu)選的，時鐘源與信號記錄單元之間、信號記錄單元與各終端之間為有線連接。
[0095]工作時，時鐘源首先發(fā)出標定信號，同時，信號記錄單元開始計時標定信號的發(fā)出時間為T(O)，各個終端由于其離時鐘源的距離不一致，會先后依次接受到標定信號，終端收到信號后，立即回復或者直接電路連接返回標定信號給時鐘源的信號記錄單元，同樣由于距離不同，信號記錄單元會先后依次接收到來自各個終端的應答信號，依次記錄時間T(n)。當有η個終端時，則各終端與時鐘源的時間延時為:Delay (η) = (Τ(n)-T(O))/2或Delay (η) = (Τ (η)-T (0) - Λ η)/2，Λ n的數(shù)值根據(jù)應用場合不同采用前述步驟確定；同時計算終端與時鐘源的連線長度為L (n) = Delay (n) *C，C為信號在線路中的速度，接近光速，由此，我們獲得系統(tǒng)中所有終端與時鐘源的絕對時間差。當需要系統(tǒng)所有終端有完全統(tǒng)一的時間基準時，將上述計算的時間差作為校正系數(shù)即能保證各個終端的計時系統(tǒng)完全同步。
[0096]同前所述，考慮到采用星狀網(wǎng)絡時，可能出現(xiàn)多個終端到時鐘源距離相同的情況，故在此過程中，如果信號記錄單元收到的應答信號次數(shù)少于終端值(說明至少有兩個信號有重疊，這個概率非常低，因為信號記錄單元能識別超過1ps的兩個信號)，可以對終端分批進行測量，逐一獲取。
[0097]通過第二實施例所示的用于提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，一方面，相對現(xiàn)有技術而已，時間同步精度高，另一方面，各終端與信號記錄單元之間連線的長度可根據(jù)實際需求任意設置，對時鐘連接線的長度不用控制，布線方便簡單。
[0098]上述的對實施例的描述是為便于該【技術領域】的普通技術人員能理解和使用本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，所述系統(tǒng)內包括至少兩個終端，所述各終端之間通路連接，其特征在于:包括以下步驟: (1)產(chǎn)生標定信號，所述標定信號被分發(fā)至系統(tǒng)內各終端處，記錄所述標定信號的發(fā)出時間τ(0)； (2)所述標定信號到達所述各終端，所述各終端處分別產(chǎn)生一返回信號，接收所述返回信號并所述記錄所述返回信號的到達時間Τ (η)，確定所述各終端的絕對偏移Delay (η)； (3)根據(jù)所述絕對偏移調整各終端處的時間以形成全局時鐘。
2.根據(jù)權利要求1所述的提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，其特征在于:所述步驟(1)前還包括確定一作為基準的時鐘源的步驟，所述作為基準的時鐘源覆蓋所述的全部終端； 優(yōu)選的，所述時鐘源為一時鐘控制器或包括一時鐘控制器以及接受時鐘控制器控制的時鐘發(fā)生器； 優(yōu)選的，所述標定信號為所述時鐘控制器直接發(fā)出的一個電脈沖形成或者所述時鐘發(fā)生器接受所述時鐘控制器驅動發(fā)出的一段時鐘信號； 優(yōu)選的，所述步驟(2)中，所述返回信號為所述各終端分別發(fā)出的應答信號或所述標定信號分別返回； 優(yōu)選的，所述步驟(3)中，記錄應答信號或所述標定信號到達時間Τ (η)，確定所述各終端的絕對偏移De 1 ay (η): (I)若為所述應答信號返回，則Delay(n)= (Τ (η)-T (0) - △ η)/2，其中Λη為各終端應答反應時間； (II)若為所述標定信號返回，則Delay(n)= (Τ(η)-T(0))/2。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的提供系統(tǒng)內全局時鐘的方法，其特征在于:所述標定信號發(fā)出時間τ(0)以及所述返回信號到達時間Τ (η)的接收和記錄由一與作為基準的時鐘源相配合的信號記錄單元完成； 優(yōu)選的，所述步驟(1)中，由所述與作為基準的時鐘源相配合的信號記錄單元將所述標定信號分發(fā)至系統(tǒng)內各終端處； 優(yōu)選的，作為基準的時鐘源以及與所述與作為基準的時鐘源相配合的信號記錄單元屬于系統(tǒng)內其中一終端； 優(yōu)選的，所述信號記錄單元的最小時間測量刻度小于作為基準的時鐘源的時鐘周期的1/2 ； 優(yōu)選的，所述信號記錄單元的最小時間測量刻度在Ins以內； 優(yōu)選的，所述信號記錄單元的最小時間測量刻度在lOOps以內； 優(yōu)選的，所述步驟(I)中，所述Λη為系統(tǒng)預設值；或所述Λη由各終端內的信號記錄單元確定，所述各終端收到標定信號后，所述各終端內信號記錄單元記錄該時間為tnl，所述各終端分別發(fā)出應答信號后，所述各終端內信號記錄單元記錄該時間為U則所述Λη =f —f.Ln2 Lnl ? 優(yōu)選的，所述步驟(3)中，經(jīng)由與信號記錄單元或者所述終端的處理器或者外置處理器確定所述各終端的絕對偏移，同時調整各終端處的時間以形成全局時鐘。
4.一種用于實現(xiàn)權利要求1至3任一項所述提供系統(tǒng)內全局時鐘方法的裝置，包括一作為基準的時鐘源，至少兩終端，所述各終端之間通路連接，其特征在于:還包括一與所述時鐘源相配合的信號記錄單元，所述與時鐘源相配合的信號記錄單元與所述時鐘源通路連接、所述每一個終端均經(jīng)由所述與時鐘源相配合的信號記錄單元與所述時鐘源通信以確定各終端到所述時鐘源之間的時間絕對偏移。
5.根據(jù)權利要求4所述的提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，其特征在于:所述與時鐘源相配合的信號記錄單元和所述終端之間為雙向通信連接； 優(yōu)選的，所述與時鐘源相配合的信號記錄單元與時鐘源之間、所述與時鐘源相配合的信號記錄單元與所述終端之間、所述終端之間為有線連接； 優(yōu)選的，所述各終端內分別設有信號記錄單元以確定各終端的應答反應時間。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，其特征在于:所述終端之間依次通信連接以形成線狀網(wǎng)絡結構，且至少設置一條線狀網(wǎng)絡結構，所述與時鐘源相配合的信號記錄單元與所述每個線狀網(wǎng)絡結構中的一終端之間通信連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，其特征在于:所述與時鐘源相配合的信號記錄單元和所述每一個線狀網(wǎng)絡結構中位于端點處的一終端之間通信連接； 優(yōu)選的，所述終端之間為雙向通信連接； 優(yōu)選的，設置一條所述線狀網(wǎng)絡。
8.根據(jù)權利要求4或5所述的提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，其特征在于:所述每一個終端分別直接和所述與時鐘源相配合的信號記錄單元之間通信連接以形成星狀網(wǎng)絡結構。
9.根據(jù)權利要求4或5所述的提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，其特征在于:所述信號記錄單元的最小時間測量刻度小于作為基準的時鐘源的時鐘周期的1/2 ； 優(yōu)選的，所述信號記錄單元包括一控制器以及與所述控制器通信連接以接受所述控制器驅動的時間轉換器，所述時間轉換器的時間精度在Ins以內； 優(yōu)選的，所述時間轉換器為TDC或者TAC，所述TDC或者TAC的時間精度在lOOps以內。
10.根據(jù)權利要求4或5所述的提供系統(tǒng)內全局時鐘的裝置，其特征在于:所述時鐘源為一時鐘控制器或包括一時鐘控制器以及接受時鐘控制器控制的時鐘發(fā)生器。
【文檔編號】H04L7/00GK104320240SQ201410610461
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權日:2014年11月3日
【發(fā)明者】房磊, 張博 申請人:武漢科影技術科技有限公司