一種時間戳電路和實現方法
2023-05-12 17:05:46
一種時間戳電路和實現方法
【專利摘要】本發明提出了一種時間戳電路，包括：GPS模塊、頻率參考模塊、A/D轉換模塊、幀分頻計時模塊、採樣數據FIFO、時間FIFO和CPLD模塊。本發明的高精度時間戳電路，保證了數據採集時刻的同步，也保證了採樣時刻對應的時間信息的準確性，數據帶有時間戳標記後，可以通過網絡等接口發送出去，實現異步的一體化處理；通過時間戳技術，可以解決分布式數據採集系統中的同步傳輸問題。
【專利說明】—種時間戳電路和實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及測試【技術領域】，特別涉及一種時間戳電路，還涉及一種時間戳的實現方法。
【背景技術】
[0002]時間戳是一種標識採集數據準確時刻的方法，在測向及信號監測設備中非常重要。對於一臺獨立儀器，監測信號的具體時刻對於用戶研究幹擾信號的出現及變化規律，尤其是複雜調製多變的信號很有必要。很多跳頻信號I秒鐘5千跳，如果時間精度小於0.2ms,則無法監測到信號的時間變化規律，更無法獲取其跳變規律及特徵。對於分散在多個地方的多臺設備組成的監測測向系統，如果時間精度比較差，每臺儀器獲取的數據幀無法與其它儀器運算比對或相關，則多臺測向設備組成的定位系統也就無法對信號源進行交叉定位了。
[0003]目前，帶有GPS秒脈衝的微波測試儀器，僅僅使儀器內部時鐘鎖相到GPS秒脈衝，做到一般的相位相干，無法實現統一的時間，更無法使幀數據帶有準確的時間戳，數據最終上傳到主機後也無時間標記，因而缺少該幀數據對應的時間信息，無法實現信號數據的準確時間信息，因而對於分布於不同地方儀器採集的數據，無法實現時間相關的信號分析或相關運算，從而無法進行系統級的數據及信號處理，無法獲取更多的信號規律及信息。
【發明內容】
[0004]本發明提出一種時間戳電路和實現方法，解決了現有同步儀器僅僅能使內部參考信號鎖相到外部的GPS秒脈衝上，對於分布於不同地方的儀器採集的數據，無法實現時間相關的信號分析或相關運算的問題。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0006]一種時間戳電路，包括:GPS模塊、頻率參考模塊、A/D轉換模塊、幀分頻計時模塊、採樣數據FIFO、時間FIFO和CPLD模塊；
[0007]所述GPS模塊通過外接GPS天線接收太空中的GPS衛星信號，輸出GPS秒脈衝和時間信息，GPS秒脈衝鎖定到GPS衛星的高精度時鐘上；
[0008]所述頻率參考模塊包括恆溫晶振，GPS正常時，恆溫晶振鎖相到GPS秒脈衝上，所述頻率參考模塊產生通用的參考時鐘，該參考時鐘鎖定在GPS模塊產生的秒脈衝上，無GPS情況下，恆溫晶振提供各時鐘信號；
[0009]所述幀分頻計時模塊接收頻率參考模塊輸出的採樣時鐘，根據用戶設置的數據幀的大小設置分頻比，當達到一幀的計數時，輸出幀同步時鐘到A/D轉換模塊，並將計時脈衝輸出到時間FIFO;
[0010]所述A/D轉換模塊接收所述頻率參考模塊輸出的採樣時鐘和所述幀分頻計時模塊輸出的幀同步時鐘，將儀器的模擬中頻輸入信號轉換為高速數位訊號，再傳輸到採樣數據FIFO進行緩存；[0011]所述時間FIFO存儲每一個數據幀開始的時間信息；
[0012]所述CPLD模塊讀取採樣數據FIFO和時間FIFO的內容，並根據用戶設置幀的大小打包形成數據幀輸出。
[0013]可選地，所述參考時鐘為IOMHz。
[0014]本發明還提供了一種時間戳實現方法，包括以下步驟:
[0015]步驟(a)，GPS模塊初始化搜索GPS衛星信號，輸出GPS秒脈衝和授時信息；
[0016]步驟(b)，頻率參考模塊內部檢測單元檢測到GPS秒脈衝，則使恆溫晶振鎖相到GPS秒脈衝，否則恆溫晶振自由振蕩輸出採樣時鐘和其它參考時鐘；
[0017]步驟(C)，幀分頻計時模塊以採樣時鐘作為時鐘源，根據用戶設置的幀的大小，產生中貞同步時鐘計數個數，每當開始或計數到一巾貞的個數時，輸出巾貞同步時鐘到A/D轉換模塊觸發一幀或連續多幀採樣，並把幀頭的時間信息輸出到時間FIFO緩存；A/D轉換模塊的採樣時鐘由頻率參考模塊提供，幀同步時鐘觸發一幀採樣或連續多幀的採樣開始；
[0018]步驟(d)，CPLD模塊把一幀數據與幀的採樣時刻進行打包處理，並進行緩衝輸出到主機CPU或後續其它數據處理單元。
[0019]可選地，在所述步驟(a)之前，還包括在儀器開機後將時間差的校準信息寫入CPLD的寄存器中的步驟。
[0020]本發明的有益效果是:保證了數據採集時刻的同步，也保證了採樣時刻對應的時間信息的準確性，數據帶有時間戳標記後，可以通過網絡等接口發送出去，實現異步的一體化處理；通過時間戳技術，可以使分布式數據採集系統實現儀器數據的異步傳輸處理，可以使分布於不同地方的儀器獲取的信號數據進行相關信號運算。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為本發明一種時間戳電路的控制框圖；
[0023]圖2為本發明一種時間戳實現方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0025]如圖1所示，本發明的時間戳電路包括:GPS模塊10、頻率參考模塊20、A/D轉換模塊30、幀分頻計時模塊40、採樣數據FIF050、時間FIF060和CPLD模塊70。GPS模塊10通過外接GPS天線11接收太空中的GPS衛星信號，輸出GPS秒脈衝時鐘信號和時間信息，GPS秒脈衝鎖定到GPS衛星的高精度時鐘上。頻率參考模塊20是儀器中的各個頻率基準信號的來源，內部包括高穩定恆溫晶振，在無GPS情況下，依靠高穩定恆溫晶振提供各時鐘信號，GPS正常時，內部高穩定恆溫晶振鎖相到GPS秒脈衝上；頻率參考模塊20產生通用的IOMHz參考時鐘，該參考時鐘鎖定在GPS模塊10產生的秒脈衝上，從而使整個儀器所用的時鐘信號完全相關且鎖定到GPS衛星上。幀分頻計時模塊40接收頻率參考模塊20輸出的採樣時鐘，根據用戶設置的數據幀的大小，設置分頻比，當達到一幀的計數時，輸出幀同步時鐘到A/D轉換模塊30，並將計時脈衝輸出到時間FIF060。A/D轉換模塊30接收頻率參考模塊20輸出的採樣時鐘和幀分頻計時模塊40輸出的幀同步時鐘，將儀器的模擬中頻輸入信號轉換為高速數位訊號，再傳輸到採樣數據FIF050進行緩存。時間FIF060存儲每一個數據幀開始的時間信息，由於計數時刻跟採樣數據都是同一個時鐘，因此能保證時間信息的高精度。CPLD模塊70讀取採樣數據FIF050和時間FIF060的內容，並根據用戶設置幀的大小打包形成數據幀輸出。
[0026]本發明的高精度時間戳電路通過恆溫晶振鎖相到GPS秒脈衝，獲取時鐘周期數表示的時刻，並通過時間編碼，將時間信息加入數據幀中，並對數據幀進行包處理，這樣每個數據幀都帶有採樣時刻的時間信息，每一幀數據都帶有所對應的準確採樣時刻，處於不同地方的儀器的數據可以匯集到系統中心，進行進一步的信號相關等運算，從而獲得信號的變化規律及地理位置信息。
[0027]如圖2所示，本發明還提出了一種高精度時間戳的實現方法，包括以下步驟:
[0028]步驟(a)，GPS模塊初始化搜索GPS衛星信號，輸出GPS秒脈衝和授時信息；
[0029]步驟(b)，頻率參考模塊內部檢測單元檢測到GPS秒脈衝，則使恆溫晶振鎖相到GPS秒脈衝，否則恆溫晶振自由振蕩輸出，輸出採樣時鐘和其它參考時鐘。這樣，多臺儀器輸出的幀數據不用進行拆包處理，在採樣起始時刻上就能對應起來，方便了以幀為單位的數據處理。
[0030]步驟(C)，幀分頻計時模塊以採樣時鐘作為時鐘源，根據用戶設置的幀的大小，產生中貞同步時鐘計數個數，每當開始或計數到一巾貞的個數時，輸出巾貞同步時鐘到A/D轉換模塊觸發一幀或連續多幀採樣，並把幀頭的時間信息輸出到時間FIFO緩存；A/D轉換模塊的採樣時鐘由頻率參考模塊提供，幀同步時鐘觸發一幀採樣或連續多幀的採樣開始。其中，採樣時鐘具體頻率設置根據儀器的具體功能要求確定。
[0031]步驟(d)，CPLD模塊把一幀數據與幀的採樣時刻進行打包處理，並進行緩衝輸出到主機CPU或後續其它數據處理單元。
[0032]優選地，在上述步驟(a)之前，還包括在儀器開機後將時間差的校準信息寫入CPLD的寄存器中的步驟。
[0033]本發明高精度時間戳的實現方法輸出的每一幀數據不僅有絕對的時間精度，而且數據幀中的每個數據點根據採樣點數偏移，都可以計算出該點所對應的時刻。主機啟動採樣工作時，獲取GPS的基準授時信息，每一幀的數據中的時間戳表示基準授時後的時鐘個數，主機把數據幀中的每個時間戳加上基準授時信息就可以獲得絕對的時刻了。
[0034]為了更詳細地說明本發明的技術方案，下面給出一具體實施例。
[0035]在單通道接收機中，頻率參考模塊產生IOOMHz的採樣時鐘，頻率參考模塊內部有合成振蕩器單元，其採用IOMHz的恆溫晶振，當有GPS秒脈衝信號時，該恆溫晶振自動鎖相同步到GPS秒脈衝，否則處於高穩的自由振蕩狀態。用戶設置數據幀大小為2048，幀分頻計數模塊以IOOMHz為基準時鐘，每滿2048個基準時鐘，就輸出一個幀同步脈衝，該脈衝同步觸發A/D轉換模塊採樣開始和脈衝個數存儲到時間FIFO中，當觸發採樣開始時，主機同步獲取GPS的授時信息，知道採樣開始的絕對時間,主機CPU把收到的每個數據幀的時間戳加上GPS的基準授時信息，就使數據幀中每個時間戳都表示絕對時間了。
[0036]本發明的高精度時間戳電路和實現方法，形成以幀為單位的信號數據具有精確的時間信息，可以應用於以接收分析信號為主的測試儀器中。
[0037]本發明的高精度時間戳電路和實現方法，保證了數據採集時刻的同步，也保證了採樣時刻對應的時間信息的準確性，數據帶有時間戳標記後，可以通過網絡等接口發送出去，實現異步的一體化處理；通過時間戳技術，可以使分布式數據採集系統實現儀器數據的異步傳輸處理，可以使分布於不同地方的儀器獲取的信號數據進行相關信號運算。
[0038]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種時間戳電路，其特徵在於，包括=GPS模塊、頻率參考模塊、A/D轉換模塊、幀分頻計時模塊、採樣數據FIFO、時間FIFO和CPLD模塊； 所述GPS模塊通過外接GPS天線接收太空中的GPS衛星信號，輸出GPS秒脈衝和時間信息，GPS秒脈衝鎖定到GPS衛星的高精度時鐘上； 所述頻率參考模塊包括恆溫晶振，GPS正常時，恆溫晶振鎖相到GPS秒脈衝上，所述頻率參考模塊產生通用的參考時鐘，該參考時鐘鎖定在GPS模塊產生的秒脈衝上，無GPS情況下，恆溫晶振提供各時鐘信號； 所述幀分頻計時模塊接收頻率參考模塊輸出的採樣時鐘，根據用戶設置的數據幀的大小設置分頻比，當達到一幀的計數時，輸出幀同步時鐘到A/D轉換模塊，並將計時脈衝輸出到時間FIFO ； 所述A/D轉換模塊接收所述頻率參考模塊輸出的採樣時鐘和所述幀分頻計時模塊輸出的幀同步時鐘，將儀器的模擬中頻輸入信號轉換為高速數位訊號，再傳輸到採樣數據FIFO進行緩存； 所述時間FIFO存儲每一個數據幀開始的時間信息； 所述CPLD模塊讀取採樣數據FIFO和時間FIFO的內容，並根據用戶設置幀的大小打包形成數據幀輸出。
2.如權利要求1所述的時間戳電路，其特徵在於，所述參考時鐘為10MHz。
3.一種時間戳實現方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟(a)，GPS模塊初始化搜索GPS衛星信號，輸出GPS秒脈衝和授時信息； 步驟(b)，頻率參考模塊內部檢測單元檢測到GPS秒脈衝，則使恆溫晶振鎖相到GPS秒脈衝，否則恆溫晶振自由振蕩輸出採樣時鐘和其它參考時鐘； 步驟(c)，幀分頻計時模塊以採樣時鐘作為時鐘源，根據用戶設置的幀的大小，產生幀同步時鐘計數個數，每當開始或計數到一幀的個數時，輸出幀同步時鐘到A/D轉換模塊觸發一幀或連續多幀採樣，並把幀頭的時間信息輸出到時間FIFO緩存；A/D轉換模塊的採樣時鐘由頻率參考模塊提供，幀同步時鐘觸發一幀採樣或連續多幀的採樣開始； 步驟(d)，CPLD模塊把一幀數據與幀的採樣時刻進行打包處理，並進行緩衝輸出到主機CPU或後續其它數據處理單元。
4.如權利要求3所述的時間戳實現方法，其特徵在於，在所述步驟(a)之前，還包括在儀器開機後將時間差的校準信息寫入CPLD的寄存器中的步驟。
【文檔編號】G04R20/04GK103592843SQ201310571683
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】王保銳, 江煒寧, 劉丹, 楊東營 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所