УСТРОЙСТВО СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ВРЕМЕНИ, ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО, СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ВРЕМЕНИ И СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ПО ВРЕМЕНИ
TIME SYNCHRONIZATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, TIME SYNCHRONIZATION SYSTEM AND TIME SYNCHRONIZATION METHOD

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] По настоящей заявке испрашивается приоритет китайской патентной заявки No. 201810596413.9, поданной 11 июня 2018 г., раскрытие которой в полном объеме включено в настоящее описание изобретения посредством ссылки как часть настоящей заявки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству синхронизации по времени, электронному устройству, системе синхронизации по времени и способу синхронизации по времени.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] В эпоху распределенной сетевой информации, чтобы все устройства в сетевой системе работали гармонично и правильно передавали информацию, во многих областях, например, “внезапная распродажа в начале каждого часа” и “выбор лидера” в области информационной технологии (IT), “открытие и закрытие фондовой биржи” в финансовой области, “синхронная сетевая связь” в области связи и другая бизнес-обработка, тактовая синхронизация всех устройств в сетевой системе очень важна. Ключом к технологии тактовой синхронизации сети является частоты локальных тактовых генераторов отдельных устройств. Чем выше частота тактового сигнала, тем выше точность времени, синхронизированного из сети на локальный устройство и лучше координация и согласованность между устройствами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] По меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает устройство синхронизации по времени, предназначенное для электронного устройства, причем устройство синхронизации по времени содержит: схему генерации сигнала и схему регулировки времени,
причем схема генерации сигнала содержит:
схему управления, выполненную с возможностью генерации слова управления частотой; и
схему регулировки сигнала, выполненную с возможностью приема слова управления частотой и входного сигнала, имеющего начальную частоту, и генерации и вывода выходного сигнала, имеющего целевую частоту, на основе слова управления частотой и входного сигнала, и
схема регулировки времени выполнена с возможностью осуществления операции регулировки синхронизации на тактовом сигнале электронного устройства на основе выходного сигнала, имеющего целевую частоту.
[0005] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, схема управления выполнена с возможностью генерации слова управления частотой на основе параметра влияния дрейфа кварцевого генератора.
[0006] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, схема генерации сигнала дополнительно содержит схему получения параметра, и схема получения параметра выполнена с возможностью получения параметра влияния.
[0007] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, параметр влияния дрейфа кварцевого генератора содержит температурный параметр;
схема получения параметра содержит подсхему регистрации температуры; и
подсхема регистрации температуры выполнена с возможностью регистрации температурного параметра.
[0008] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, подсхема регистрации температуры содержит средство регистрации (регистратор) температуры и первый счетчик,
регистратор температуры выполнен с возможностью регистрации температуры окружающей среды, причем температурный параметр содержит температуру окружающей среды; и
первый счетчик выполнен с возможностью записи величины изменения частоты на основе температуры окружающей среды и опорной температуры.
[0009] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, схема управления выполнена с возможностью генерации слова управления частотой на основе температуры окружающей среды согласно нижеследующему уравнению:
F
F
f
N
TO
Δ
где  обозначает слово управления частотой;  обозначает опорное слово управления частотой, соответствующее опорной температуре; и обозначает частоту опорной единицы времени; и
f
r
p
d
g
где Δобозначает величину изменения частоты; , ,  и - постоянные; ΔTобозначает разность между температурой окружающей среды и опорной температурой, ΔT=T1-T2; T1 обозначает температуру окружающей среды; T2 обозначает опорную температуру; и n - положительное целое число.
[0010] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, параметр влияния дрейфа кварцевого генератора содержит параметр старения;
схема получения параметра содержит подсхему считывания старения; и
подсхема считывания старения выполнена с возможностью считывания параметра старения источника кварцевого генератора.
[0011] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, подсхема считывания старения содержит элемент считывания старения и второй счетчик;
элемент считывания старения выполнен с возможностью считывания скорости старения источника кварцевого генератора и считывания опорного времени, соответствующего скорости старения; причем параметр старения содержит скорость старения и опорное время; и
второй счетчик выполнен с возможностью записи величины опорного времени.
[0012] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, схема управления выполнена с возможностью генерации слова управления частотой на основе скорости старения согласно нижеследующему уравнению:
F
F
γ
ν
t
t
N
AO
где  обозначает слово управления частотой;  обозначает опорное слово управления частотой;  обозначает произведение параметров старения, где ,  обозначает скорость старения,  обозначает величину опорного времени и  - натуральное число.
[0013] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, схема регулировки сигнала содержит подсхему генерации опорной единицы времени и подсхему регулировки частоты,
подсхема генерации опорной единицы времени выполнена с возможностью приема входного сигнала, имеющего начальную частоту, и генерации и вывода опорной единицы времени на основе начальной частоты; и
подсхема регулировки частоты выполнена с возможностью генерации и вывода выходного сигнала, имеющего целевую частоту, на основе слова управления частотой и опорной единицы времени.
[0014] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, подсхема генерации опорной единицы времени содержит:
генератор, управляемый напряжением, выполненный с возможностью колебаться с заранее определенной частотой колебаний;
первую схему фазовой автоподстройки частоты, выполненную с возможностью подстройки выходной частоты генератора, управляемого напряжением, к опорной выходной частоте; и
K выходных контактов, выполненных с возможностью вывода K выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы, где K - положительное целое число, большее 1,
f
f
d
d
где опорная выходная частота обозначается как , опорная единица времени является временным охватом между любыми двумя соседними выходными сигналами, выводимыми через K выходных контактов, опорная единица времени обозначается как △, и △=1/(K⋅).
[0015] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, подсхема генерации опорной единицы времени содержит: элемент задержки, управляемый напряжением, вторую схему фазовой автоподстройки частоты и K выходных контактов,
элемент задержки, управляемый напряжением, содержит один или более каскадированных блоков задержки и выполнен с возможностью генерации сигнала задержки на основе выходного сигнала второй схемы фазовой автоподстройки частоты и входного сигнала;
вторая схема фазовой автоподстройки частоты выполнена с возможностью подстройки выходной частоты элемента задержки, управляемого напряжением, к опорной выходной частоте на основе входного сигнала и сигнала задержки;
K выходных контактов выполнены с возможностью вывода K выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы, K - положительное целое число, большее 1; и
f
f
d
d
опорная выходная частота обозначается как , опорная единица времени является временным охватом между любыми двумя соседними выходными сигналами, выводимыми через K выходных контактов, опорная единица времени обозначается как △, и △=1/(K⋅).
[0016] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, подсхема регулировки частоты выполнена с возможностью определения целевые частоты на основе слова управления частотой и опорной единицы времени согласно нижеследующему уравнению:
f
TAF-DPS
где обозначает целевую частоту, и F обозначает слово управления частотой.
[0017] Например, в устройстве синхронизации по времени согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения, подсхема регулировки частоты содержит синтезатор прямого периода усредненной по времени частоты.
[0018] По меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривает электронное устройство, содержащее любое из вышеупомянутых устройств синхронизации по времени.
[0019] Например, электронное устройство согласно по меньшей мере одному варианту осуществления настоящего изобретения дополнительно содержит источник частоты,
причем источник частоты выполнен с возможностью обеспечения входного сигнала, имеющего начальную частоту.
[0020] По меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривает систему синхронизации по времени, содержащую: множество электронных устройств,
причем по меньшей мере одно из множества электронных устройств является любым из вышеупомянутых электронных устройств.
[0021] По меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения дополнительно предусматривает способ синхронизации по времени, применяемый для любого из вышеупомянутых устройств синхронизации по времени, причем способ синхронизации по времени содержит:
генерацию слова управления частотой;
генерацию и вывод выходного сигнала, имеющего целевую частоту, на основе слова управления частотой и входного сигнала; и
осуществление операции регулировки синхронизации на тактовом сигнале электронного устройства на основе выходного сигнала, имеющего целевую частоту.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022] Для наглядной иллюстрации технического решения вариантов осуществления настоящего изобретения, чертежи вариантов осуществления будут кратко описаны ниже; очевидно, что описанные чертежи относятся лишь к некоторыми вариантам осуществления настоящего изобретения и, таким образом не ограничивают настоящее изобретение.
[0023] Фиг. 1 - схема распределения сети тактового сигнала;
[0024] фиг. 2 - блок-схема электронного устройства, предусмотренного по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0025] фиг. 3 - блок-схема устройства синхронизации по времени, используемого в электронном устройстве, предусмотренном по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0026] фиг. 4 - блок-схема схемы генерации сигнала, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0027] фиг. 5 - еще одна блок-схема схемы генерации сигнала, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0028] фиг. 6A - структурная схема подсхемы генерации опорной единицы времени предусмотренный по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0029] фиг. 6B - структурная схема еще одной подсхемы генерации опорной единицы времени, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0030] фиг. 7 - диаграмма K опорных выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы, предусмотренных по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0031] фиг. 8 - блок-схема подсхемы регулировки частоты, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0032] фиг. 9 - схема, демонстрирующая принцип работы подсхемы регулировки частоты, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0033] фиг. 10A - структурная схема подсхемы регулировки частоты, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0034] фиг. 10B - структурная схема еще одной подсхемы регулировки частоты, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0035] фиг. 11 - блок-схема системы синхронизации по времени, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0036] фиг. 12 - диаграмма синхронизации по времени на основе протокола сетевого времени NTP в системе синхронизации по времени, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и
[0037] фиг. 13 - блок-схема операций способа синхронизации по времени, предусмотренного по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0038] Для пояснения задач, технических деталей и преимуществ вариантов осуществления настоящего изобретения, технические решения вариантов осуществления будут описаны наглядно и полностью понятно совместно с чертежами, относящимися к вариантам осуществления настоящего изобретения. Очевидно, описанные варианты осуществления составляют лишь часть, но не все варианты осуществления настоящего изобретения. На основе описанных вариантов осуществления, специалисты в данной области техники могут получать другой вариант(ы) осуществления, без применения творческих способностей, которые должны быть в объеме настоящего изобретения.
[0039] Если не задано обратное, все используемые здесь технические и научные термины имеют те же значения, которые им обычно придает специалист в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Термины “первый”, “второй” и т.д., которые используются в описании и формуле изобретения, не призваны указывать никакую последовательность, величину или важность, но различать различные компоненты. Кроме того, термины, упомянутые в единственном числе, не призваны ограничивать количество, но указывают наличие по меньшей мере одного. Термины “содержать”, “содержащий”, “включать в себя”, “включающий в себя” и т.д., призваны указывать, что элементы или объекты, указанные до этих терминов, охватывают элементы или объекты и их эквиваленты, перечисленные после этих терминов, но не исключают другие элементы или объекты. Слова “соединять”, “соединенный” и т.д., не призваны задавать физическое соединение или механическое соединение, но могут включать в себя электрическое соединение, прямое или косвенное. “На”, “под”, “справа”, “слева” и пр. используются только для указания соотношения относительного положения, и когда позиция описанного объекта изменяется, соотношение относительного положения может соответственно изменяться.
[0040] Чтобы нижеследующее описание вариантов осуществления настоящего изобретения оставалось ясным и лаконичным, подробные описания известных функций и известных компонентов опущены в настоящем изобретении.
[0041] На фиг. 1 показана схема распределения сети тактового сигнала. Как показано на фиг. 1, обращаясь к сети больших данных (например, интернету), необходимо возбуждать все сетевые узлы множеством линий связи тактового сигнала, поэтому синхронизируются тактовые генераторы всех сетевых узлов. Синхронизировать тактовые генераторы можно по-разному, например, чистый программным способом, чистый аппаратным способом и комбинированным способом. В частности, способ тактовой синхронизации включает в себя одностороннее хронирование, двустороннее хронирование, технологию тактовой синхронизации сети и коррекцию тактовой частоты посредством сетевых сообщений (например, технологии NTP и PTP). Одностороннее хронирование и двустороннее хронирование имеют относительно низкую точность, и технология тактовой синхронизации сети и коррекция тактовой частоты посредством сетевых сообщений имеют более высокую точность, чем одностороннее хронирование и двустороннее хронирование. Способ тактовой синхронизации дополнительно включает в себя способ синхронизации по частоте, например, прямую передачу стандартной частоты, например, 10 МГц и 5 МГц по кабелю или оптическому кабелю (но способ имеет многочисленные ограничительные факторы), получение разницы во времени между главным тактовым сигналом и подчиненным тактовым сигналом путем измерения и осуществление подстройки частоты путем подстройки разницы во времени между главным тактовым сигналом и подчиненным тактовым сигналом, или косвенное вычисление отклонение частоты для выполнения частотной коррекции и т.д. Однако во всех вышеописанных способах тактовой синхронизации, диапазон коррекции точности отсчета времени ограничен, и также существуют различия между сервером и клиентом в таких факторах, как оборудование, программное обеспечение и сетевые линии связи. Таким образом, изменение в каждом факторе будет оказывать влияние на временную коррекцию отдельных устройств в сети.
[0042] По меньшей мере один вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает устройство синхронизации по времени, используемое в электронном устройстве, электронное устройство, систему синхронизации по времени и способ синхронизации по времени. Устройство синхронизации по времени может синтезировать выходной сигнал с достаточно высокой частотой с помощью схемы генерации сигнала, и выходной сигнал имеет относительно высокую частотную гранулярность, благодаря чему электронное устройство получает более точный синхросигнал, что улучшает координацию операций и согласованность электронного устройства в сетевой системе.
[0043] Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны совместно с прилагаемыми чертежами, но настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными вариантами осуществления.
[0044] На фиг. 2 показана блок-схема электронного устройства, предусмотренного по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; на фиг. 3 показана блок-схема устройства синхронизации по времени, используемого в электронном устройстве, предусмотренном по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; на фиг. 4 показана блок-схема схемы генерации сигнала, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и на фиг. 5 показана еще одна блок-схема схемы генерации сигнала, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0045] Например, как показано на фиг. 2, электронное устройство 50, предусмотренное по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения, может содержать устройство 1000 синхронизации по времени, предусмотренное по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Электронное устройство 50 может быть, например, любым устройством, имеющим функцию передачи данных, в том числе, но без ограничения, смартфон, планшетный персональный компьютер, устройство чтения электронных книг, компьютер типа лэптоп, настольный компьютер и пр., без ограничения вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0046] Например, как показано на фиг. 3, устройство 1000 синхронизации по времени, предусмотренное по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения содержит схему 100 генерации сигнала и схему 150 регулировки времени. Как показано на фиг. 4, схема 100 генерации сигнала включает в себя схему 11 управления и схему 12 регулировки сигнала. Схема 11 управления выполнена с возможностью генерации слова управления частотой. Схема 12 регулировки сигнала выполнена с возможностью приема входного сигнала, имеющего начальную частоту и слово управления частотой, и генерации и вывода выходного сигнала, имеющего целевую частоту, на основе слова управления частотой и входного сигнала. Например, схема 150 регулировки времени выполнена с возможностью регулировки тактового сигнала электронного устройства на основе выходного сигнала, имеющего целевую частоту, для получения синхронного тактового сигнала.
[0047] Например, как показано на фиг. 2, электронное устройство 50 может дополнительно содержать источник 200 частоты. Источник 200 частоты выполнен с возможностью обеспечения входного сигнала, имеющего начальную частоту, и передачи входного сигнала на схему 100 генерации сигнала. Например, начальная частота может представлять частоту сигнала, фактически генерируемого и выводимого источником 200 частоты. Целевая частота представляет частоту сигнала, который пользователь ожидает получить. Например, целевая частота представляет частоту, которой может достигать сигнал, выводимый схемой 100 генерации сигнала. Например, целевая частота больше начальной частоты. Целевая частота связана с точностью синхронизации по времени оконечного устройства, которое требует тактовой синхронизации.
0
0
0
0
0
0
0
TAF-DPS
TAF-DPS
f
f
[0048] Например, система тактовой синхронизации сети включает в себя первое оконечное устройство и второе оконечное устройство, и первое оконечное устройство и второе оконечное устройство нуждаются в синхронизации. Если частота локального тактового генератора первого оконечного устройства равна f, то точность регулировки частоты первым оконечным устройством может равняться 1/f. Временная ошибка, подлежащая коррекции, между первым оконечным устройством и вторым оконечным устройством равна t, если t>1/f, то первое оконечное устройство может лучше корректировать временную ошибку между первым оконечным устройством и вторым оконечным устройством, чтобы лучше осуществлять синхронизацию по времени между первым оконечным устройством и вторым оконечным устройством. Скорректированная временная ошибка равна t=N/f, где N - целое число, N может обозначать целое число, ближайшее к результату деления t на 1/f (т.е. t×f), и способность к синхронной временной коррекции первого оконечного устройства можно выразить как: δ=t-t=t-N/f, где δ может обозначать временную ошибку между первым оконечным устройством и вторым оконечным устройством после корректировки времени первого оконечного устройства. Чем больше f, тем ближе Nк t×f, и тем меньше временная ошибка δ. Если же временная ошибка, подлежащая коррекции, t<1/f, то первому оконечному устройству очень трудно выполнить коррекцию временной ошибки, или ошибка между скорректированным временем, полученным после корректировки времени первого оконечного устройства, и временем второго оконечного устройства все еще относительно велика. В итоге, если временная ошибка оконечного устройства, подлежащая коррекции, равна t, то целевая частота может иметь диапазон: >1/t.
[0049] Например, источник 200 частоты может включать в себя автоколебательный источник и источник синтезированной частоты. Автоколебательный источник включает в себя кварцевый генератор, генератор, управляемый резонатором, генератор, управляемый напряжением, и т.д. Источник синтезированной частоты включает в себя прямой аналоговый источник частоты, прямой цифровой источник частоты, непрямой аналоговый источник частоты и непрямой цифровой источник частоты.
[0050] Например, источник 200 частоты может включать в себя источник кварцевого генератора, например, обычный кварцевый генератор (XO), кварцевый генератор с термостабилизацией (TCXO) и термостатированный кварцевый генератор (OCXO).
[0051] Например, технология тактовой синхронизации может включать в себя регистрацию синхронного времени, оценивание удаленного тактового генератора и калибровку локального тактового генератора. Формулу точности синхронного времени электронного устройства можно представить в виде:
1,
2
3
4
5
c
c
c
c
f
f
f
f
где π обозначает точность синхронного времени; ε обозначает неопределенность задержки передачи при считывании удаленного тактового генератора; G1 обозначает дрейф тактовой частоты (т.е. дрейф частоты источника кварцевого генератора); G2 обозначает гранулярность считанной тактовой частоты, u обозначает отношение гранулярностей регулировки; и Gs обозначает гранулярность настройки тактовой частоты. CC, C, C и C обозначают весовые коэффициенты. Все G2, u и Gs прямо или косвенно связаны с начальной частотой  входного сигнала, генерируемого источником частоты. Счетчик тактового сигнала электронного устройства увеличивается с увеличением размера шага (1/) начальной частоты  входного сигнала, поэтому чем выше начальная частота, тем выше точность синхронного времени π (чем меньше значение π, тем выше точность синхронного времени).
[0052] Например, из вышеприведенной формулы точности синхронного времени, явствует, что дрейф частоты источника кварцевого генератора оказывает влияние на точность синхронного времени и дрейф частоты источника кварцевого генератора обычно обусловлен температурой в условиях эксплуатации и старением устройства. Поэтому необходимо компенсировать влияние дрейфа частоты источника кварцевого генератора на целевую частоту выходного сигнала, для повышения точности синхронного времени. Слово управления частотой может использоваться для управления целевой частотой выходного сигнала, благодаря чему слово управления частотой может изменяться согласно дрейфу частоты источника кварцевого генератора, для осуществления компенсации в отношении целевые частоты выходного сигнала.
[0053] Например, схема 11 управления выполнена с возможностью получения параметра влияния дрейфа кварцевого генератора и генерирования слова управления частотой на основе параметра влияния. Таким образом, слово управления частотой может изменяться согласно параметру влияния дрейфа кварцевого генератора. При изменении параметра влияния дрейфа кварцевого генератора соответственно изменяется слово управления частотой.
[0054] Например, входной сигнал и выходной сигнал являются импульсными сигналами.
[0055] Например, слово управления частотой используется для управления целевой частотой выходного сигнала. Схема 12 регулировки сигнала может генерировать выходной сигнал на основе слова управления частотой и начальной частоты входного сигнала и устанавливать частоту генерируемого выходного сигнала равным целевой частоте, для удовлетворения требований точности синхронизации по времени разных устройств. Например, в отношении одной и той же начальной частоты, при изменении слова управления частотой, целевая частота также соответственно изменяется, поэтому входные сигналы с одной и той же начальной частотой могут преобразовываться в выходные сигналы с разными целевыми частотами для удовлетворения требований разных электронных устройств.
[0056] Например, как показано на фиг. 4, схема 100 генерации сигнала дополнительно включает в себя схему 13 получения параметра. Схема 13 получения параметра выполнена с возможностью регистрации параметра влияния дрейфа кварцевого генератора, для компенсации влияния на целевую частоту выходного сигнала вследствие параметра влияния дрейфа кварцевого генератора.
[0057] Например, вследствие параметра влияния дрейфа кварцевого генератора, начальная частота входного сигнала, генерируемого источником частоты, изменяется в разных условиях. Например, факторы, влияющие на дрейф кварцевого генератора, могут включать в себя температуру окружающей среды и старение источника частоты и т.д. Например, в некоторых примерах, частотная ошибка начальной частоты может достигать ±10 млн. ч. вследствие влияния температуры окружающей среды. Под влиянием старения источника частоты частотная ошибка начальной частоты входного сигнала, генерируемого источником частоты увеличивается и постепенно накапливается с течением времени. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, путем регистрации параметра влияния дрейфа кварцевого генератора и на основе параметра влияния дрейфа кварцевого генератора, генерируется слово управления частотой, и затем схема 12 регулировки сигнала может генерировать скомпенсированный выходной сигнал на основе слова управления частотой. Таким образом, целевая частота выходного сигнала приближается к или даже сравнивается с частотой, заранее установленной пользователем, для компенсации ошибки целевой частоты выходного сигнала, обусловленной параметром влияния дрейфа кварцевого генератора. Таким образом, схема 100 генерации сигнала, предусмотренная по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения, может осуществлять частотную компенсацию в отношении выходного сигнала, корректировать частотную ошибку выходного сигнала и повышать точность синхронизации по времени соответствующих устройств в сети без изменения физической структуры источника частоты.
[0058] Следует отметить, что, вследствие влияния производственной ошибки, начальная частота входного сигнала, генерируемого источником частоты, может иметь фиксированную производственную ошибку, влияющую на целевую частоту выходного сигнала. Поэтому факторы, влияющие на дрейф кварцевого генератора, могут дополнительно включать в себя производственную ошибку и т.д., что не является ограничением в настоящем изобретении.
0
0
[0059] Например, в некоторых примерах, как показано на фиг. 5, параметр влияния дрейфа кварцевого генератора включает в себя температурный параметр T. Схема 13 получения параметра включает в себя подсхему 131 регистрации температуры. Подсхема 131 регистрации температуры выполнена с возможностью регистрации температурного параметра T, для компенсации ошибки целевой частоты выходного сигнала, обусловленной температурой окружающей среды.
0
[0060] Например, подсхема 131 регистрации температуры может включать в себя регистратор температуры и первый счетчик. Регистратор температуры выполнен с возможностью регистрации температуры окружающей среды, и температурный параметр T может включать в себя температуру окружающей среды. Первый счетчик выполнен с возможностью записи величины изменения частоты на основе температуры окружающей среды и опорной температуры.
[0061] Например, соотношение между температурным параметром и величиной изменения частоты является нелинейным, но варианты осуществления настоящего изобретения этим не ограничиваются, и особый датчик температуры также может выводить соотношение прямой пропорциональности между температурным параметром и величиной изменения частоты. Например, в настоящем изобретении, соотношение между температурным параметром и величиной изменения частоты можно выразить как:
f
где Δобозначает величину изменения частоты; r, p, d и g являются постоянными; ΔT обозначает разность между температурой окружающей среды и опорной температурой, ΔT=T1-T2; T1 обозначает температуру окружающей среды; T2 обозначает опорную температуру; и n - положительное целое число. Например, опорная температура может быть равна 25°C, т.е. T2=25. Однако варианты осуществления настоящего изобретения этим не ограничиваются, и опорная температура также может иметь другое значение, что не является ограничением в настоящем изобретении.
[0062] Например, значения температурных коэффициентов r, p, d и g в частности можно устанавливать согласно фактическим ситуациям. Количество температурных коэффициентов в вышеприведенном соотношении коррелирует с n. Если соотношение между температурным параметром и величиной изменения частоты является нелинейным соотношением второго порядка, n равно 2, и в этом случае соотношение между температурным параметром и величиной изменения частоты можно выразить как:
.
[0063] Таким образом, в вышеприведенное соотношение включено только три температурных коэффициента, т.е. r, p и g. Если n принимает другие значения, количество температурных коэффициентов в вышеприведенном соотношении также будет соответственно изменяться.
[0064] Например, величина изменения частоты представляет величину изменения целевой частоты выходного сигнала, генерируемого схемой 12 регулировки сигнала, таким образом, величину изменения частоты можно выразить как:
f
f
1
2
где  обозначает целевую частоту выходного сигнала при текущей температуре окружающей среды, и  обозначает целевую частоту выходного сигнала при опорной температуре.
[0065] Например, соотношение между словом управления частотой и величиной изменения частоты можно выразить как:
F
F
f
F
N
TO
Δ
TO
где  обозначает слово управления частотой;  обозначает опорное слово управления частотой, соответствующее опорной температуре (т.е. слово управления частотой при опорной температуре); и обозначает частоту опорной единицы времени. Опорное слово  управления частотой может заранее регистрироваться и сохраняться в памяти электронного устройства. Например, схема управления может быть выполнена с возможностью генерации слова управления частотой на основе температуры окружающей среды согласно формуле (1).
[0066] Например, в схеме генерации сигнала, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения, регистратор температуры может регистрировать температуру окружающей среды и возвращать в реальном времени температурный параметр на схему 11 управления; и схема 11 управления может регулировать слово управления частотой в реальном времени на основе температурного параметра, для компенсации в реальном времени частотной ошибки целевой частоты выходного сигнала обусловленный температурой.
0
0
[0067] Например, в других примерах, как показано на фиг. 5, параметр влияния дрейфа кварцевого генератора включает в себя параметр A старения. Схема 13 получения параметра может включать в себя подсхему 132 считывания старения. Подсхема 132 считывания старения выполнена с возможностью считывания параметра A старения источника кварцевого генератора, для компенсации ошибки целевой частоты выходного сигнала, обусловленной старением источника частоты.
[0068] Например, подсхема 132 считывания старения может включать в себя элемент считывания старения и второй счетчик. Элемент считывания старения выполнен с возможностью считывания скорости старения источника кварцевого генератора и считывания опорного времени, соответствующего скорости старения источника кварцевого генератора; и параметр старения включает в себя скорость старения и опорное время. Второй счетчик выполнен с возможностью записи величины опорного времени.
[0069] Следует отметить, что скорость старения определяется самим характером источника кварцевого генератора, и скорость старения можно рассматривать как фиксированное значение в ходе использования источника кварцевого генератора. Скорость старения может обеспечиваться производителем, который создает источник кварцевого генератора; скорость старения может храниться в памяти электронного устройства; и когда требуется такой параметр, как скорость старения, он считывается элементом считывания старения напрямую из памяти электронного устройства.
[0070] Например, скорость старения источника кварцевого генератора можно выразить в млн. ч. (миллионных частях) или млрд. ч. (миллиардных частях). Например, если скорость старения источника кварцевого генератора составляет ±5 млн. ч./год, это указывает, что значение ошибки частоты сигнала, генерируемого источником кварцевого генератора в течение одного года, находится в пределах ±5 млн. ч.; если скорость старения источника кварцевого генератора составляет ±1 млн. ч./месяц, это указывает, что значение ошибки частоты сигнала, генерируемого источником кварцевого генератора в течение одного месяца находится в пределах ±1 млн. ч.
[0071] Например, опорное время связано со скоростью старения. Если единичное время скорости старения источника кварцевого генератора составляет год, например, скорость старения источника кварцевого генератора равна ±5 млн. ч./год, то опорное время равно одному году; и если единичное время скорости старения источника кварцевого генератора составляет месяц, например, скорость старения источника кварцевого генератора равна ±1 млн. ч./месяц, то опорное время равно одному месяцу.
[0072] Например, соотношение между словом управления частотой и параметром старения можно выразить как:
F
F
γ
ν
t
t
F
F
N
AO
AO
AO
где  обозначает слово управления частотой;  обозначает опорное слово управления частотой; обозначает произведение параметров старения, где ,  обозначает скорость старения,  обозначает величину опорного времени и  - натуральное число, т.е. 0, 1, 2 ... Опорное слово  управления частотойможет обозначать слово управления частотой, соответствующее начальному использованию источника частоты, и опорное слово  управления частотой может заранее регистрироваться и сохраняться в памяти электронного устройства. Например, схема управления может быть выполнена с возможностью генерации слова управления частотой на основе скорости старения согласно формуле (2).
[0073] Например, если единичное время скорости старения составляет год, то есть, если опорное время равно одному году, в случае, когда источник 200 частоты вводится в эксплуатацию менее, чем на год, t равно 0; в случае, когда источник 200 частоты вводится в эксплуатацию более чем на один год и менее, чем два года, t равно 1; и так далее и тому подобное.
0
[0074] Например, в схеме генерации сигнала, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения, подсхема 132 считывания старения может передавать параметр A старения на схему 11 управления в каждый заранее определенный интервал времени, для осуществления коррекции старения на слове управления частотой. Заранее определенное время может составлять 10 дней, один месяц, один год и т.д. Например, заранее определенное время может быть идентично опорному времени. Например, если опорное время равно одному году, заранее определенное время также может быть равно одному году, то есть слово управления частотой подвергается коррекции старения через год.
[0075] Следует отметить, что, в некоторых вариантах осуществления, схема 13 получения параметра может одновременно включать в себя подсхему 131 регистрации температуры и подсхему 132 считывания старения, для одновременной компенсации влияния температуры окружающей среды и старения источника частоты на выходной сигнал.
0
0
[0076] Например, как показано на фиг. 5, схема 11 управления может включать в себя подсхему 111 вычисления и подсхему 112 вывода. Подсхема 111 вычисления выполнена с возможностью получения параметра влияния дрейфа кварцевого генератора от схемы 13 получения параметра (например, параметр влияния включает в себя параметр A старения и температурный параметр T и т.д.), и генерации слова F управления частотой на основе параметра влияния дрейфа кварцевого генератора. Подсхема 112 вывода выполнена с возможностью вывода слова F управления частотой на схему 12 регулировки сигнала.
[0077] Например, подсхема 111 вычисления может вычислять слово управления частотой согласно вышеприведенной формуле (1) и/или формуле (2).
[0078] Например, подсхема 112 вывода может выводить слово F управления частотой, вычисленное подсхемой 111 вычисления на схему 12 регулировки сигнала под управлением тактового сигнала.
[0079] Например, схема 11 управления может быть реализована аппаратной схемой. Например, подсхема 111 вычисления и подсхема 112 вывода могут быть реализованы аппаратными схемами. Подсхема 111 вычисления может быть образована такими элементами, как транзисторы, резисторы, конденсаторы и усилители. Подсхема 112 вывода может быть образована такими элементами, как триггер. Конечно, функция схемы 11 управления также может быть реализована программным обеспечением. Например, функции подсхемы 111 вычисления и подсхемы 112 вывода также могут быть реализованы в программном обеспечении. Например, инструкции и данные, хранящиеся в памяти, могут выполняться процессором для осуществления функций подсхемы 111 вычисления и подсхемы 112 вывода.
f
f
c
TAF-DPS
[0080] Например, как показано на фиг. 5, схема 12 регулировки сигнала может включать в себя подсхему 121 генерации опорной единицы времени и подсхему 122 регулировки частоты. Подсхема 121 генерации опорной единицы времени выполнена с возможностью приема входного сигнала, имеющего начальную частоту , и генерации и вывода опорной единицы Δ времени на основе начальной частоты. Подсхема 122 регулировки частоты выполнена с возможностью генерации и вывода выходного сигнала, имеющего целевую частоту , на основе слова F управления частотой и опорной единицы Δ времени.
[0081] На фиг. 6A показана структурная схема подсхемы генерации опорной единицы времени предусмотренный по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; на фиг. 6B показана структурная схема еще одной подсхемы генерации опорной единицы времени, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и на фиг. 7 показана диаграмма K опорных выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы, предусмотренных по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0082] Например, подсхема 121 генерации опорной единицы времени выполнена с возможностью генерации и вывода K опорных выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы и опорную единицу времени на основе начальной частоты. Подсхема 121 генерации опорной единицы времени может включать в себя фазовую автоподстройку частоты (PLL) или автоподстройку по задержке (DLL).
[0083] Например, в некоторых примерах, подсхема 121 генерации опорной единицы времени может включать в себя PLL. Как показано на фиг. 6A, подсхема 121 генерации опорной единицы времени может включать в себя генератор 1211, управляемый напряжением (VCO), первую схему 1212 фазовой автоподстройки частоты и K выходных контактов 1213. Генератор 1211, управляемый напряжением, выполнен с возможностью колебаться с заранее определенной частотой колебаний; первая схема 1212 фазовой автоподстройки частоты выполнена с возможностью подстройки выходной частоты генератора, управляемого напряжением 1211 к опорной выходной частоте; K выходных контактов 1213 выполнены с возможностью вывода K выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы, K - положительное целое число, большее 1, например, K=16, 32, 128 или другое численное значение.
f
f
f
f
f
d
vco
d
d
vco
[0084] Например, опорную единицу времени можно обозначить как Δ, и опорную выходную частоту можно обозначить как . Как показано на фиг. 7, опорная единица Δ времени является временным охватом между любыми двумя соседними выходными сигналами, выводимыми через K выходных контактов 1213. Опорная единица Δ времени обычно генерируется многокаскадным генератором 1211, управляемым напряжением. Частота  сигнала, генерируемого генератором 1211, управляемым напряжением может подстраиваться первой схемой 1212 фазовой автоподстройки частоты к известной опорной выходной частоте , т.е. =.
[0085] Например, опорная единица Δ времени может вычисляться с использованием нижеследующей формулы:
d
Δ
Δ
d
f
где T обозначает период сигнала, генерируемого многокаскадным генератором 1211, управляемый напряжением. fобозначает частоту опорной единицы времени, то есть f=1/Δ=K⋅.
f
f
/N
f
/N
f
f
/N
f
f
/N
vco
vco
vco
c
vco
c
vco
[0086] Например, первая схема 1212 фазовой автоподстройки частоты включает в себя регистратор фазы и частоты (PFD), контурный фильтр (LPF) и делитель частоты (N). Например, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, сначала, входной сигнал, имеющий начальную частоту, может вводиться в регистратор фазы и частоты, затем поступать на контурный фильтр, затем поступать на генератор, управляемый напряжением, и, наконец, сигнал, имеющий заранее определенную частоту колебаний, генерируемую генератором, управляемым напряжением, может иметь свою частоту, деленную на делитель частоты для получения частоты деления частоты сигнала деления частоты; частота деления частоты возвращается на регистратор фазы и частоты, и регистратор фазы и частоты выполнен с возможностью сравнения начальной частоты  входного сигнала с частотой деления частоты ; когда начальная частота и частота деления частоты одинаковы в отношении частоты и фазы, расхождение между ними равно нулю, и в этом случае, PLL находится в состоянии подстройки.
[0087] Следует отметить, что контурный фильтр может быть фильтром низких частот. Коэффициент деления частоты делителя частоты равен N, N - действительное число, и N больше или равно 1.
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
d
c
vco
c
vco
c
d
vco
d
d
c
vco
c
d
vco
d
c
d
c
[0088] Например, опорная выходная частота  связана с начальной частотой . Например, соотношение между частотой сигнала, генерируемого генератором 1211, управляемым напряжением, и начальной частотной можно выразить как: =N×; поскольку =, опорную единицу Δ времени можно выразить как: Δ=T/K=1/(K⋅) = 1/(K⋅N⋅). Если коэффициент деления частоты N равен 1, =; и при этом, поскольку =, опорная выходная частота может быть равна начальной частоте , таким образом, =.
[0089] Например, в других примерах, подсхема 121 генерации опорной единицы времени может включать в себя DLL. DLL может быть реализована с использованием технологии CMOS, поэтому DLL легко интегрировать в любой кристалл и схему, что снижает стоимость схемы генерации сигнала и повышает эффективность. Например, как показано на фиг. 6B, подсхема 121 генерации опорной единицы времени включает в себя элемент 1214 задержки, управляемый напряжением, вторую схему 1215 фазовой автоподстройки частоты и K выходных контактов 1213. Элемент 1214 задержки, управляемый напряжением, может включать в себя один или более каскадированных блоков задержки, и выполнен с возможностью генерации сигнала задержки на основе входного сигнала и выходного сигнала второй схемы 1215 фазовой автоподстройки частоты; вторая схема 1215 фазовой автоподстройки частоты выполнена с возможностью подстройки выходной частоты элемента 1214 задержки, управляемого напряжением, к опорной выходной частоте на основе входного сигнала и сигнала задержки; и K выходных контактов 1213 выполнены с возможностью вывода K выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы, K - положительное целое число, большее 1.
f
f
c
db
[0090] Например, как показано на фиг. 6B, вторая схема 1215 фазовой автоподстройки частоты может включать в себя регистратор фазы и частоты (PFD), генератор подкачки заряда (не показан) и контурный фильтр (LPF) и т.д. Регистратор фазы и частоты выполнен с возможностью регистрации разности фаз между начальной частотой  входного сигнала и частотой  возвращаемого сигнала задержки и вывода разности фаз на генератор подкачки заряда; генератор подкачки заряда выполнен с возможностью вывода сигнала напряжения, пропорционального разности фаз, на основе разности фаз и вывода сигнала напряжения на контурный фильтр; и контурный фильтр выполнен с возможностью отфильтровывания более высоких гармоник сигнала напряжения, для получения управляющего напряжения Vcom для управления элементом 1214 задержки, управляемым напряжением.
[0091] Например, блок задержки может включать в себя вентильную схему (MUX2_1) мультиплексирования 2-в-1 и т.п. Время задержки блока задержки может изменяться с управляющим напряжением Vcom; например, управляющее напряжение блока задержки равно Vcom, время задержки равно Tvcol, и Vcom пропорционально Tvcol.
f
f
f
f
f
d
d
d
c
c
[0092] Например, опорная выходная частота обозначается как , и опорная единица времени обозначается как Δ. Опорная единица Δ времени является временным охватом между любыми двумя соседними выходными сигналами, выводимыми через K выходных контактов, △=1/(K⋅). Опорная выходная частота  равна начальной частоте , поэтому △=1/(K⋅).
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
f
c
d
c
d
c
d
c
TAF-DPS
d
d
d
c
c
-8
-11
[0093] Например, начальная частота входного сигнала, генерируемого источником 200 частоты, равна , и если опорная выходная частота  равна начальной частоте , то есть =, то временная гранулярность входного сигнала равна 1/; после регулировки начальной частоты  входного сигнала, выводимого источником частоты, схемой 100 генерации сигнала, можно получить выходной сигнал, имеющий целевую частоту ; и временная гранулярность выходного сигнала равна Δ, т.е. 1/(K⋅), K - положительное целое число, большее 1. Временная гранулярность 1/(K⋅) выходного сигнала меньше, чем временная гранулярность 1/ входного сигнала, поэтому электронное устройство, содержащее схему генерации сигнала, имеет более высокую точность синхронизации по времени и лучшую координацию операций. Например, в примере, начальная частота входного сигнала, генерируемого источником 200 частоты, равна =20 МГц, и, таким образом, временная гранулярность входного сигнала равна 50 нс, и частотная гранулярность равна 5×10. После обработки схемой генерации сигнала входного сигнала для получения выходного сигнала, временная гранулярность выходного сигнала равна Δ, и частотная гранулярность равна 1/(K⋅). △ может быть очень малой, например, если K равно 1024, Δ может быть равна 48,8 пс, и, таким образом, временная гранулярность выходного сигнала равна 48,8 пс, частотная гранулярность выходного сигнала равна 4,9×10. Поэтому, по сравнению с входным сигналом, временная гранулярность и частотная гранулярность выходного сигнала увеличилась в K (т.е. 1024) раз.
[0094] Соответствие между временной гранулярностью и частотной гранулярностью входного сигнала и выходного сигнала может быть, как показано в таблице 1 ниже.
[0095] Таблица 1
Входной сигнал
Выходной сигнал
<i>f</i><sub>c</sub>
Временная гранулярность
Частотная гранулярность
K=128
K=1024
Временная гранулярность
Частотная гранулярность
Временная гранулярность
Частотная гранулярность
1 МГц
1 мкс
10<sup>-6</sup>
7,8 нс
7,8×10<sup>-9</sup>
977 пс
9,8×10<sup>-10</sup>
10 МГц
100 нс
10<sup>-7</sup>
781 пс
7,8×10<sup>-10</sup>
97,7 пс
9,8×10<sup>-11</sup>
20 МГц
50 нс
5×10<sup>-8</sup>
390 пс
3.9×10<sup>-10</sup>
48,8 пс
4,9×10<sup>-11</sup>
[0096] Из вышеприведенной таблицы 1 следует, что, после регулировки входного сигнала схемой генерации сигнала согласно настоящему изобретению, можно получить выходной сигнал; поскольку целевая частота выходного сигнала больше начальной частоты входного сигнала, временная гранулярность и частотная гранулярность выходного сигнала повышаются.
[0097] Следует отметить, что структуры схемы, показанные на фиг. 6A и фиг. 6B, являются лишь иллюстративными реализациями подсхемы 121 генерации опорной единицы времени. Структура подсхемы 121 генерации опорной единицы времени не ограничивается этим, или также может быть построена другими структурами схемы, что не является ограничением в настоящем изобретении.
[0098] На фиг. 8 показана блок-схема подсхемы регулировки частоты, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и на фиг. 9 показана схема, демонстрирующая принцип работы подсхемы регулировки частоты, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0099] Например, как показано на фиг. 8, подсхема 122 регулировки частоты включает в себя первый входной модуль 1221, второй входной модуль 1222 и выходной модуль 1223. Первый входной модуль 1221 выполнен с возможностью приема K опорных выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы и опорную единицу времени, от подсхемы 121 генерации опорной единицы времени. Второй входной модуль 1222 выполнен с возможностью приема слова управления частотой от схемы 11 управления. Выходной модуль 1223 выполнен с возможностью генерации и вывода выходного сигнала, имеющего целевую частоту, которая совпадает со словом управления частотой и опорной единицей времени.
[00100] Например, подсхема 122 регулировки частоты может включать в себя синтезатор прямого периода усредненной по времени частоты (TAF-DPS). Технология синтеза прямого периода усредненной по времени частоты (TAF-DPS) состоит в слиянии технологии синтеза частоты, которая может генерировать импульсный сигнал любой частоты. Таким образом, TAF-DPS может реализовать точную регулировку частоты малой частотной гранулярности. Кроме того, поскольку каждый отдельный импульс строится напрямую, выходная частота TAF-DPS может изменяться мгновенно, то есть, с быстрым переключением частоты. Эксперименты показали, что частотная гранулярность TAF-DPS может достигать несколько млрд. ч. (миллиардных частей). Генерация любой частоты и быстрое переключение частоты являются главными преимуществами TAF-DPS над традиционным источником частоты. TAF-DPS может быть конкретной реализацией подсхемы 122 регулировки частоты согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
[00101] Таким образом, преимущества схемы генерации сигнала, предусмотренной вариантом осуществления настоящего изобретения включают в себя, но без ограничения:
[00102] (1) Низкие затраты и гибкость реализации. частотный компенсатор на основе TAF-DPS может быть построен полностью цифровыми средствами и загружен в программируемое логическое устройство (например, FPGA) путем кодирования HDL, и параметр частотного компенсатора также может быть удобно сбрасывать в любое время. Таким образом, функции частотного компенсатора можно реализовать посредством общей FPGA или другого программируемого устройства без специально предназначенной схемы. Конечно, для осуществления функций частотного компенсатора также можно использовать ASIC.
[00103] (2) Высокая точность. Частота/период импульсного сигнала, выводимой посредством TAF-DPS, допускает точное управляемый, и его частотное разрешение может достигать уровня миллиардных частей, что позволяет эффективно повышать точность синхронизации по времени.
[00104] Например, TAF-DPS может быть реализован программируемым логическим устройством (например, ASIC или FPGA). Альтернативно, TAF-DPS может быть реализован традиционной аналоговой схемой. Настоящее изобретение в этом аспекте не имеет никаких ограничений.
[00105] Далее, принцип работы подсхемы регулировки частоты на основе TAF-DPS будет описан со ссылкой на фиг. 9.
[00106] Например, как показано на фиг. 9, подсхема 122 регулировки частоты на основе TAF-DPS 510 имеет два входных сигнала: опорная единица 520 времени и слово 530 управления частотой. Слово 530 управления частотой обозначается как F, F=I+r, где I - целое число, большее 1, и r - дробь.
A
B
A
B
B
A
[00107] Например, TAF-DPS 510 имеет выходной CLK 550. CLK 550 представляет собой тактовый сигнал синтезированной усредненной по времени частоты. В по меньшей мере одном варианте осуществления настоящего изобретения CLK 550 является просто выходным сигналом, имеющим целевую частоту. Согласно опорной единице 520 времени, TAF-DPS 510 может генерировать два типа периодов, а именно, первый период T=I⋅Δ и второй период T= (I+1) ⋅Δ. Выходной CLK 550 является серией тактовых импульсов 540, и серия тактовых импульсов 540 образована первым периодом T 541 и вторым периодом T 542 в порядке чередования. Дробь r используется для управления вероятностью появления второго периода T, и, таким образом, r также может определять вероятность появления первого периода T.
TAF-DPS
[00108] Например, как показано на фиг. 9, период T выходного сигнала CLK 550 можно выразить нижеследующей формулой:
.
[00109] Поэтому, если слово 530 управления частотой равно F=I+r, можно вывести следующую формулу:
TAF-DPS
TAF-DPS
[00110] Из вышеприведенной формулы (4) следует, что период T выходного сигнала CLK на выходе TAF-DPS 510 прямо пропорционален слову 530 управления частотой. Если слово 530 управления частотой изменяется, период T выходного сигнала на выходе TAF-DPS 510 будет изменяться таким же образом.
[00111] Кроме того, поскольку период T обратно пропорционален частоте f, при выполнении заранее определенного условия, например, если величина изменения слова 530 управления частотой очень мала (меньше заранее определенного порога), целевая частота выходного сигнала также может следовать изменению формы волны слова (F) управления частотой приблизительно линейным образом. Схема 11 управления может генерировать слово управления частотой на основе параметра влияния дрейфа кварцевого генератора, затем TAF-DPS 510 генерирует выходной сигнал, имеющий целевую частоту, на основе слова управления частотой. Целевая частота соответствует слову управления частотой, целевую частоту можно регулировать путем регулировки слова управления частотой; и после компенсации слова управления частотой на основе температурного параметра и параметра старения, целевая частота также соответственно компенсируется.
[00112] Например, на основе вышеприведенных формулы (3) и формулы (4), целевая частота выражается как:
f
TAF-DPS
где обозначает целевую частоту, и F обозначает слово управления частотой. Например, подсхема регулировки частоты может быть выполнена с возможностью определения целевые частоты на основе слова управления частотой и опорной единицы времени согласно этой формуле.
[00113] На фиг. 10A показана структурная схема подсхемы регулировки частоты, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и на фиг. 10B показана структурная схема еще одной подсхемы регулировки частоты, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[00114] Далее, со ссылкой на фиг. 10A и фиг. 10B, будет описана структура схемы TAF-DPS.
[00115] Например, как показано на фиг. 10A, в некоторых вариантах осуществления, первый входной модуль 1221 включает в себя мультиплексор 711 K→1. Мультиплексор 711 K→1 имеет множество входных контактов для приема K опорных выходных сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы, входной контакт управления и выходной контакт.
A
B
out
[00116] Например, выходной модуль 1223 включает в себя триггерную схему 730. Триггерная схема 730 выполнена с возможностью генерации серии импульсов. Серия импульсов образована, например, импульсным сигналом первого периода T и импульсным сигналом второго периода T в порядке чередования. Триггерная схема 730 включает в себя D-триггер, инвертор и выходной контакт. D-триггер включает в себя контакт для ввода данных, контакт для ввода тактового сигнала для приема выходного сигнала из выходного контакта мультиплексора 711 K→1, и выходного контакта для вывода первого тактового сигнала CLK1. Инвертор включает в себя входной контакт инвертора для приема первого тактового сигнала CLK1 и выходной контакт инвертора для вывода второго тактового сигнала CLK2. Выходной контакт триггерной схемы 730 выполнен с возможностью вывода первого тактового сигнала CLK1 в качестве выходного сигнала S, имеющего целевую частоту.
[00117] Например, первый тактовый сигнал CLK1 включает в себя серию импульсов. Второй тактовый сигнал CLK2 поступает на контакт для ввода данных D-триггера.
[00118] Например, второй входной модуль 1222 включает в себя логическую схему 740 управления. Логическая схема 740 управления включает в себя входной контакт для приема слова F управления частотой, выводимого схемой 11 управления, контакт для ввода тактового сигнала для приема первого тактового сигнала CLK1, и выходной контакт, подключенный к входному контакту управления мультиплексора K→1 первого входного модуля 1221.
[00119] Например, как показано на фиг. 10B, в других вариантах осуществления, первый входной модуль 1221 включает в себя первый мультиплексор 721 K→1, второй мультиплексор 723 K→1 и мультиплексор 725 2→1. Первый мультиплексор 721 K→1 и второй мультиплексор 723 K→1, соответственно, включают в себя множество входных контактов для приема K сигналов, имеющих равномерно разнесенные фазы, входной контакт управления и выходной контакт. Мультиплексор 725 2→1 включает в себя входной контакт управления, выходной контакт, первый входной контакт для приема выходного сигнала первого мультиплексора 721 K→1 и второй входной контакт для приема выходного сигнала второго мультиплексора 723 K→1.
out
[00120] Например, как показано на фиг. 10B, выходной модуль 1223 включает в себя триггерную схему. Триггерная схема выполнена с возможностью генерации серии импульсов. Триггерная схема включает в себя D-триггер 761, инвертор 763 и выходной контакт 762. D-триггер 761 включает в себя контакт для ввода данных, контакт для ввода тактового сигнала для приема выходного сигнала из выходного контакта мультиплексора 725 2→1, и выходного контакта для вывода первого тактового сигнала CLK1. Инвертор 763 включает в себя входной контакт для приема первого тактового сигнала CLK1 и выходного контакта для вывода второго тактового сигнала CLK2. Выходной контакт 762 триггерной схемы выполнен с возможностью вывода первого тактового сигнала CLK1 в качестве выходного сигнала S, имеющего целевую частоту.
[00121] Например, первый тактовый сигнал CLK1 поступает на входной контакт управления мультиплексора 725 2→1, и второй тактовый сигнал CLK2 поступает на контакт для ввода данных D-триггера 761.
[00122] Например, как показано на фиг. 10B, второй входной модуль 1222 включает в себя первую логическую схему 70 управления и вторую логическую схему 74 управления. Первая логическая схема 70 управления включает в себя первый сумматор 701, первый регистр 703 и второй регистр 705. Вторая логическая схема 74 управления включает в себя второй сумматор 741, третий регистр 743 и четвертый регистр 745.
[00123] Первый сумматор 701 суммирует слово (F) управления частотой и старшие биты (например, 5 битов) хранящиеся в первом регистре 703, и затем сохраняет результат суммирования в первом регистре 703 на переднем фронте второго тактового сигнала CLK2; или первый сумматор 701 суммирует слово (F) управления частотой и всю информацию, хранящуюся в первом регистре 703, и затем сохраняет результат суммирования в первом регистре 703 на переднем фронте второго тактового сигнала CLK2. На переднем фронте следующего второго тактового сигнала CLK2, старшие биты, хранящиеся в первом регистре 703, будут сохраняться во втором регистре 705 и использоваться как сигнал выбора первого мультиплексора 721 K→1 для выбора одного сигнала из K многофазных входных сигналов в качестве первого выходного сигнала первого мультиплексора 721 K→1.
[00124] Второй сумматор 741 суммирует слово (F) управления частотой и старшие биты, хранящиеся в первом регистре 703, и затем сохраняет результат суммирования в третьем регистре 743 на переднем фронте второго тактового сигнала CLK2. На переднем фронте следующего первого тактового сигнала CLK1, информация, хранящаяся в третьем регистре 743, будет сохраняться в четвертом регистре 745 и использоваться как сигнал выбора второго мультиплексора 723 K→1 для выбора одного сигнала из K многофазных входных сигналов в качестве второго выходного сигнала второго мультиплексора 723 K→1.
[00125] Мультиплексор 725 2→1, на переднем фронте первого тактового сигнала CLK1, выбирает один из первого выходного сигнала от первого мультиплексора 721 K→1 и второго выходного сигнала от второго мультиплексора 723 K→1 в качестве выходного сигнала мультиплексора 725 2→1, в качестве входного тактового сигнала D-триггера 761.
TAF-DPS
out
[00126] Например, период (T) выходного сигнала S, выводимого из TAF-DPS, показанного на фиг. 10A и фиг. 10B, может вычисляться с использованием вышеприведенной формулы (4). Например, слово управления частотой устанавливается в форме F=I+r, где I - целое число в диапазоне [2, 2K], и r - дробь в диапазоне [0, 1).
[00127] Кроме того, с принципом работы TAF-DPS можно ознакомиться в документах L. XIU, “Nanometer Frequency Synthesis beyond the Phase-Locked Loop”, Piscataway, NJ 08854, USA, John Wiley IEEE-press, 2012 и L. XIU, “From Frequency to Time-Average-Frequency: a Paradigm Shift in the Design of Electronic System”, Piscataway, NJ 08854, USA, John Wiley IEEE-press, 2015, раскрытие которых в полном объеме включено сюда посредством ссылки.
[00128] На фиг. 11 показана блок-схема системы синхронизации по времени, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и на фиг. 12 показана диаграмма синхронизации по времени на основе протокола сетевого времени NTP в системе синхронизации по времени, предусмотренной по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[00129] Например, система 60 синхронизации по времени предусмотренный по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения, может содержать множество электронных устройств. по меньшей мере одно из множества электронных устройств является любым из вышеупомянутых электронные устройства. Схема генерации сигнала электронного устройства может генерировать выходной сигнал, имеющий целевую частоту; схема регулировки времени электронного устройства может осуществлять операцию регулировки синхронизации на тактовом сигнале электронного устройства на основе выходного сигнала, имеющего целевую частоту, поэтому точность синхронизации сетевого времени электронного устройства повышается.
[00130] Например, каждое электронное устройство в системе 60 синхронизации по времени может быть электронным устройством согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления, поэтому каждое электронное устройство в системе 60 синхронизации по времени может регулировать свой тактовый сигнал на основе выходного сигнала, имеющего целевую частоту, что позволяет синхронизировать множество электронных устройств в системе 60 синхронизации по времени. Поскольку целевая частота выходного сигнала выше, чем начальная частота входного сигнала, выводимого первоначальным источником частоты, точность синхронизации по времени множества электронных устройств в системе 60 синхронизации по времени высока, что улучшает согласованность и координацию операций отдельных электронных устройств.
[00131] Например, как показано на фиг. 11, в некоторых примерах, система 60 синхронизации по времени содержит два электронных устройства, которыми являются первое электронное устройство 61 и второе электронное устройство 62. Первое электронное устройство 61 может располагаться на клиенте, и второе электронное устройство 62 может располагаться на сервере. Как показано на фиг. 12, первое электронное устройство 61 выполнено с возможностью отправки первого сетевого сообщения на второе электронное устройство 62 на первой метке времени. Первое сетевое сообщение связано с информацией времени первого электронного устройства 61 на первой метке времени. На первой метке времени, время на первом электронном устройстве 61 равно T1, поэтому первое сетевое сообщение включает в себя время T1; и время на втором электронном устройстве 62 равно T1+d1, где d1 - временная ошибка синхронизации между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62; вследствие разности позиций между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62, второе электронное устройство 62 принимает первое сетевое сообщение на второй метке времени. На второй метке времени, время на втором электронном устройстве 62 равно T2, при этом время на первом электронном устройстве 61 равно T2-d1. После задержки по времени внутренней системы второго электронного устройства 62, второе электронное устройство 62 выводит второе сетевое сообщение на первое электронное устройство 61 на третьей метке времени. Второе сетевое сообщение связано с информацией времени второго электронного устройства 62 на второй метке времени, сигналом времени второго электронного устройства 62 на третьей метке времени и информацией времени первого электронного устройства 61 на первой метке времени, которая включена в первое сетевое сообщение. На третьей метке времени, время на втором электронном устройстве 62 равно T3, и время на первом электронном устройстве 61 равно T3-d1. Таким образом, второе сетевое сообщение включает в себя время T1, время T2 и время T3. Первое электронное устройство 61 принимает второе сетевое сообщение на четвертой метке времени. На четвертой метке времени, время на первом электронном устройстве 61 равно T4, и время на втором электронном устройстве 62 равно T4+d1. Затем первое электронное устройство 61 может вычислять расхождение по времени между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62 на основе времен T1, T2, T3 и T4, для регулировки тактового сигнала первого электронного устройства 61, таким образом получая синхронный тактовый сигнал первого электронного устройства 61. Синхронный тактовый сигнал первого электронного устройства 61 представляет его тактовый сигнал, синхронизированный со вторым электронным устройством 62, т.е. синхронный тактовый сигнал синхронизирован с тактовым сигналом второго электронного устройства 62.
[00132] Например, точность синхронного тактового сигнала первого электронного устройства 61 положительно коррелирует со значением целевой частоты выходного сигнала, выводимого схемой генерации сигнала первого электронного устройства 61; чем выше целевая частота, тем выше точность синхронного тактового сигнала первого электронного устройства 61. Например, если целевая частота равна 100 Гц, временная гранулярность (т.е. точность синхронизации) синхронного тактового сигнала первого электронного устройства 61 может составлять 0,01 с.
d
d
[00133] Например, 2 может обозначать среднее время односторонней задержки, обусловленное передачей сетевого сообщения между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62, и 2 можно выразить как:
d
d
[00134] Например, как показано на фиг. 12, 21 (в дальнейшем именуемое первым временем задержки передачи) может обозначать время задержки передачи в процессе передачи первого сетевого сообщения от первого электронного устройства 61 на второе электронное устройство 62, и 22 (в дальнейшем именуемое вторым временем задержки передачи) может обозначать время задержки передачи в процессе передачи второго сетевого сообщения от второго электронного устройства 62 на первое электронное устройство 61, тогда
[00135] Временную ошибку d1 синхронизации можно выразить как:
d
d
d
[00136] В случае, когда первое время d21 задержки передачи и второе время d22 задержки передачи одинаковы, то есть 21=22=2, временную ошибку d1 синхронизации можно выразить как:
d
[00137] Таким образом, разница во времени между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62 равна [(T2-T1)+(T3-T4)]/2. Например, в примере, если время T1 равно 10:00:00, время T2 равно 11:00:01, время T3 равно 11:00:02, и время T4 равно 10:00:03, время односторонней передачи сетевого сообщения равно 2=(3-1)/2=1 секунде, то есть задержка односторонней передачи равна 1 секунде; и временная ошибка d1 синхронизации =(1:00:01+00:59:59)/2=1 час, то есть, временная ошибка, подлежащая коррекции, составляет 1 час.
d
d
[00138] Следует отметить, что первое время d21 задержки передачи и второе время d22 задержки передачи также могут отличаться друг от друга, то есть 21 и 22 не равны друг другу. Протокол сетевого времени NTP может включать в себя режим клиента/сервера, режим равноправных устройств, широковещательный режим и многоадресный режим и т.д.; и в разных режимах работы, режимы синхронизации по времени электронного устройства отличаются, что не является ограничением в настоящем изобретении. Например, в вышеописанном примере, время T3 равно 11:00:02, и если необходимо принудительно обновить время первого электронного устройства 61 до времени второго электронного устройства 62, время T4 первого электронного устройства 61 может напрямую обновить до T3+d2(1 с), таким образом, на четвертой метке времени, тактовый сигнал первого электронного устройства 61 равен 11:00:03, и тактовый сигнал второго электронного устройства 62 равен 11:00:03, таким образом, тактовый сигнал первого электронного устройства 61 синхронизируется с тактовым сигналом второго электронного устройства 62.
d
f
d
f
TAF-DPS
TAF-DPS
[00139] Например, первому электронному устройству 61 нужно регулировать свой тактовый сигнал для его синхронизации со вторым электронным устройством 62. Временная ошибка, которую нужно регулировать первому электронному устройству 61, равна 1=[(T2-T1)+(T3-T4)]/2. Таким образом, когда целевая частота выходного сигнала, генерируемого схемой генерации сигнала на первом электронном устройстве 61, удовлетворяет соотношению: 1>1/, первое электронное устройство 61 может лучше корректировать временную ошибку, что позволяет лучше синхронизировать первое электронное устройство 61 со вторым электронным устройством 62.
d
f
d
f
f
d
f
TAF-DPS
TAF-DPS
TAF-DPS
TAF-DPS
[00140] Например, в примере, в случае, когда 1 равна 0,07 с, если целевая частота  выходного сигнала, генерируемого схемой генерации сигнала на первом электронном устройстве 61, равна 100 Гц, временная гранулярность выходного сигнала первого электронного устройства 61 равна 0,01 с; и поскольку 1>1/, первое электронное устройство 61 может корректировать временную ошибку между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62, и скорректированное время равно 0,07 с, поэтому первое электронное устройство 61 полностью синхронизируется со вторым электронным устройством 62; и если целевая частота равна 200 Гц, хотя 1>1/, временная гранулярность выходного сигнала первого электронного устройства 61 равна 0,02 с, первое электронное устройство 61 не может полностью корректировать временную ошибку между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62, и время, которое может корректировать первое электронное устройство 61, равно 0,06 с, таким образом, временная ошибка после коррекции между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62 равна 0,01 с. Если порог временной ошибки между первым электронным устройством 61 и вторым электронным устройством 62 равен 0,02 с, и скорректированная временная ошибка меньше порога временной ошибки, то скорректированный тактовый сигнал первого электронного устройства 61 удовлетворяет требованию синхронизации по времени системы синхронизации по времени.
[00141] На фиг. 13 показана блок-схема операций способа синхронизации по времени, предусмотренного по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ синхронизации по времени, предусмотренный по меньшей мере одним вариантом осуществления настоящего изобретения, может применяться к устройству синхронизации по времени согласно любому из вариантов осуществления настоящего изобретения.
[00142] Например, как показано на фиг. 13, способ синхронизации по времени может содержать следующие этапы:
[00143] S11: генерацию слова управления частотой;
[00144] S12: генерацию и вывод выходного сигнала, имеющего целевую частоту, на основе слова управления частотой и входного сигнала;
[00145] S13: осуществление регулировки синхронизации на тактовом сигнале электронного устройства на основе выходного сигнала, имеющего целевую частоту.
[00146] Согласно способу синхронизации по времени, предусмотренному вариантом осуществления настоящего изобретения, можно синтезировать выходной сигнал с достаточно высокой частотой, то есть выходной сигнал имеет относительно высокую частотную гранулярность, благодаря чему отдельные электронные устройства получают более точный синхросигнал, что улучшает координацию операций и согласованность соответствующих электронных устройств в сетевой системе.
[00147] Например, этап S11 может включать в себя: регистрацию, схемой получения параметра, параметра влияния дрейфа кварцевого генератора; генерацию слова управления частотой на основе параметра влияния дрейфа кварцевого генератора; и вывод слова управления частотой на схему регулировки сигнала.
[00148] Например, этап S12 может включать в себя: прием входного сигнала, имеющего начальную частоту, генерацию и вывод опорной единицы времени на основе входного сигнала, имеющего начальную частоту; и генерацию и вывод выходного сигнала, имеющего целевую частоту, на основе слова управления частотой и опорной единицы времени.
[00149] Например, выходной сигнал, имеющий целевую частоту, может генерироваться посредством TAF-DPS.
[00150] Следует отметить, что, этап S11 и этап S12 может быть реализован схемой генерации сигнала в устройстве синхронизации по времени согласно любому из вариантов осуществления настоящего изобретения; этап S13 может быть реализован схемой регулировки времени в устройстве синхронизации по времени согласно любому из вариантов осуществления настоящего изобретения; и аналогичные операции или этапы не будут здесь повторяться.
[00151] Например, на этапе S13, после осуществления регулировки синхронизации на тактовом сигнале электронного устройства, можно получить синхросигналы электронного устройства и остальных электронных устройств в системе синхронизации по времени, и точность синхронного тактового сигнала положительно коррелирует со значением целевой частоты выходного сигнала, генерируемого электронным устройством.
[00152] Например, в некоторых примерах, система синхронизации по времени может содержать первое электронное устройство и второе электронное устройство. способ синхронизации по времени может содержать следующие этапы:
[00153] S21: отправку, первым электронным устройством, первого сетевого сообщения на второе электронное устройство на первой метке времени, на которой время на первом электронном устройстве равно T1, и первое сетевое сообщение включает в себя время T1;
[00154] S22: прием, вторым электронным устройством, первого сетевого сообщения на второй метке времени, на которой время на втором электронном устройстве равно T2;
[00155] S23: отправку, вторым электронным устройством, второго сетевого сообщения на первое электронное устройство на третьей метке времени, на которой время на втором электронном устройстве равно T3, и второе сетевое сообщение включает в себя время T1, время T2 и время T3;
[00156] S24: прием, первым электронным устройством, второго сетевого сообщения на четвертой метке времени, на которой время на первом электронном устройстве равно T4.
[00157] S25: вычисление временной ошибки синхронизации первого электронного устройства и второго электронного устройства на основе времени T1, времени T2, времени T3 и времени T4; и
[00158] S26: осуществление операция регулировки синхронизации на тактовом сигнале первого электронного устройства на основе выходного сигнала, имеющего целевую частоту, генерируемого первым электронным устройством, для устранения временной ошибки синхронизации.
[00159] Например, на этапе S26, если целевая частота выходного сигнала, генерируемого первым электронным устройством, равна f, временная ошибка синхронизации между первым электронным устройством и вторым электронным устройством равна ΔT, и ΔT>1/f, первое электронное устройство может лучше корректировать временную ошибку синхронизации, поэтому первое электронное устройство и второе электронное устройство синхронизируются.
[00160] Например, этап S26 может включать в себя этапы S11 - S13.
[00161] Следует отметить, что способ синхронизации по времени, показанный на фиг. 13, может быть реализован системой синхронизации по времени как описано в любом варианте осуществления настоящего изобретения, и аналогичные операции или этапы не будут здесь повторяться.
[00162] В отношении настоящего изобретения нужно отметить следующее:
[00163] (1) Чертежи вариантов осуществления настоящего раскрытия относятся только к структурам, связанным с вариантами осуществления настоящего раскрытия, и другие структуры могут относиться к общей конструкции.
[00164] (2) В случае отсутствия конфликта, варианты осуществления настоящего изобретения и признаки вариантов осуществления можно объединять друг с другом для получения нового варианта осуществления.
[00165] Выше представлены лишь конкретные варианты осуществления настоящего изобретения, но объем варианта осуществления настоящего изобретения этим не ограничивается, и объем настоящего изобретения должен определяться объемом нижеследующей формулы изобретения.