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您的系统时间准确吗?

2013-06-25
作者:Austin Lesea
来源:赛灵思实验室首席工程师
关键词: FPGA 系统时间

Symmetricom公司推出的微型GPS用振荡器能方便地替换系统设计中的原子钟。该振荡器搭配赛灵思Zynq SoC,就能构建NTP服务器。

 

这款评估板的主板上采用RS232USB芯片,能转换TCXO/出接口和GPS接收器装置。唯一需要做的或许就是安装支持USB的软件,当然也要找一个安放磁铁座的地方,让GPS天线能接收空中卫星信号。

 

蜂窝基站、无线电系统和计算机系统工作均需要精确计时或精确频率。采用固定GPS系统的一大优势在于,因为它不移动,因此相对非固定系统而言,能提供更好的频率参考,更精确的定位和时间信息。如果是移动应用,可能会在一定程度上影响精确度,但采用TCXO,仍可确保设计出真的非常棒的系统。

什么才叫精确?

    原子钟其实不是真正的时钟,而是带有源或无源微波激射器的原子振荡器。铯原子钟是作为“主参考”典型频率源,能提供精确的频率,误差不超过1E-11。典型的铯原子钟参考精确度甚至可能达到1E-12,不过自身也有大约+/-100纳秒的延迟(wander)(但没有漂移(drift))。这样的参考有时被称作Stratum 1时钟

GPS卫星网络包括空间轨道中的许多类似高精度时钟(主要是铷时钟源,有些漂移(drift),但没有延迟(wander)),全球最稳定的时钟源可定期对时纠偏。通过复杂的数学程序,全球“投票选出”约200个最精确的时钟,据此确定30天前的时间,并在此基础上校准。

 

这样,GPS用系列10MHz温度补偿型晶体振荡器就能作为高精度Stratum 1时间/频率/位置参考,它锁定于卫星,如果丢失卫星信号就会发生漂移(drift)。不过,在了解漂移记录并掌握温度的情况下,这种漂移可以预见也可以消除(温度补偿不是完美无缺的,在操作中可以很容易观察到)。

下面谈谈极小的数字问题

   我的这块小板工作了一个月,大多数时间插在办公室的台式机中,有时候在家里插进我的笔记本电脑,现在它已经进入常规工作状态。首次启动时,误差在+/-1E-10之内,几周后,它会表现出内在明显的漂移,误差约为3.031E-12,通过补偿,实际误差小于3E-12阿伦方差[v]6小时,这个方差用于测量时钟、振荡器和放大器的频率稳定性),参见图1。它的表现比铯原子钟强3倍,铯原子钟的延迟(wander)较高,不过不出故障的情况下漂移为零。由于晶体会老化,所以TCXO的漂移不是恒定的。6个月后,漂移现在为3.029E-12

 

如果不能接收卫星信号,那么还有一个办法,那就是采用网络时间协议(NTP)。NTP提供了因特网时间戳功能。


 

   图1 - 另一设备测试运行时的阿伦方差


 

 

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