基于FPGA的分布式采集系統(tǒng)時鐘同步控制技術(shù)研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電子設(shè)備對時間精度的要求日益提升。在衛(wèi)星發(fā)射、導(dǎo)航、導(dǎo)彈控制、潛艇定位、各種觀測、通信等方面，時鐘同步技術(shù)都發(fā)揮著極其重要的作用，得到了廣泛的推廣。對于分布式采集系統(tǒng)來說，中心主站需要對來自于不同采集設(shè)備的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，得到各個采集點對同一事件的采集時間差異，通過對該時間差異的分析，最終做出對事件的準(zhǔn)確判斷。如果分布式采集系統(tǒng)中的各個采集設(shè)備不具有統(tǒng)一的時鐘基準(zhǔn)，那么得到的各個采集時間差異就不能反映

2、出實際情況，中心主站也無法準(zhǔn)確地對事件進(jìn)行分析和判斷，甚至得出錯誤的結(jié)論。因此，時鐘同步是分布式采集系統(tǒng)正常運作的必要前提。 目前國內(nèi)外時鐘同步領(lǐng)域常用的技術(shù)有GPS授時技術(shù)，鎖相環(huán)技術(shù)和IRIG-B 碼等。GPS授時技術(shù)雖然精度高，抗干擾性強，但是由于需要專用的GPS接收機，若單純使用GPS 授時技術(shù)做時鐘同步，就需要在每個采集點安裝接收機，成本較高。鎖相環(huán)是一種讓輸出信號在頻率和相位上與輸入?yún)⒖夹盘柾降募夹g(shù)，輸出信號的時鐘

3、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性直接依賴于輸入?yún)⒖夹盘?。IRIG-B 碼是一種信息量大，適合傳輸?shù)臅r間碼，但是由于其時間精度低，不適合應(yīng)用于高精度時鐘同步的系統(tǒng)?；谏鲜龇治觯疚慕Y(jié)合這三種常用技術(shù)，提出了一種基于FPGA的分布式采集系統(tǒng)時鐘同步控制技術(shù)。該技術(shù)既保留了GPS 授時的高精確度和高穩(wěn)定性，又具備IRIG-B時間碼易傳輸和低成本的特性，為分布式采集系統(tǒng)中的時鐘同步提供了一種新的解決方案。 本文中的設(shè)計采用了Ublox公司的精確授時GP

4、S芯片LEA-5T，通過對GPS芯片串行時間信息解碼，獲得準(zhǔn)確的UTC時間，并實現(xiàn)了分布式采集系統(tǒng)中各個采集設(shè)備的精確時間打碼。為了能夠使整個分布式采集系統(tǒng)具有統(tǒng)一的高精度數(shù)據(jù)采集時鐘，本論文采用了數(shù)模混合的鎖相環(huán)技術(shù)，將GPS 接收芯片輸出的高精度秒信號作為參考基準(zhǔn)，生成了與秒信號高精度同步的100MHZ 高頻時鐘。本文在FPGA 中完成了IRIG-B 碼的編碼部分，將B 碼的準(zhǔn)時標(biāo)志與GPS 秒信號同步，提高了IRIG-B 碼的時間