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网络时钟源本地时钟单元的研究与实现

作　者: 周伟光
导　师: 魏丰
学　校: 华中科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 时间刻度 GPS 基于加法器时钟高精度时间间隔测量卡尔曼滤波
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 31次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着计算机网络的迅猛发展,电力、石化、金融业、广电业、交通业、军事等需要在大范围保持计算机的时间同步,通过计算机互联网络向用户提供授时服务的需求将会越来越多,网络时钟源将会应用的越来越广泛。网络时钟源是通过网络向用户发送同步报文来进行时间同步的,同步报文含有准确的时间刻度,它将用户端的时间统一起来,网络时钟源的本地时钟单元能否提供准确的时间刻度是时间同步的关键。传统的采用驯服晶体振荡器的方法可以消除晶振频率偏差给时间刻度产生带来的影响,但是这种方法是模拟的,存在受环境影响大、体积大、实现起来复杂、不利于系统集成等缺点。本文采用了一种基于加法器的时钟,通过调整加法速率来消除晶振频率偏差给时钟走时带来的误差,它不仅能产生准确的时间刻度,而且在全球导航定位系统GPS不可用时,仍然能提供准确可靠的时间刻度,达到守时的目的。针对该方案,本文完成了基于加法器时钟单元和高精度时间间隔测量(TDC)的逻辑设计,并将它们封装成基于Avalon总线的组件,搭建了基于Nios II软核的硬件系统。采用了卡尔曼滤波算法对GPS接收机秒脉冲信号抖动进行了处理,有效的消除了抖动带来的影响,在测试平台上完成了GPS接收机以及晶体振荡器特性的研究,最后实现了网络时钟源的本地时钟单元,经过测试表明,时钟单元能产生准确的时间刻度和具备一定的守时能力。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外发展概况  9-11
  1.3 课题来源  11
  1.4 主要任务  11
  1.5 论文结构  11-13
2 本地时钟单元  13-18
  2.1 网络时钟源系统结构  13-14
  2.2 本地时钟单元基本原理  14-15
  2.3 驯服晶体振荡器的原理  15
  2.4 本地时钟单元的守时  15-16
  2.5 晶体振荡器的特性  16-17
  2.6 本章小结  17-18
3 基于FPGA 的本地时钟单元设计  18-28
  3.1 基于FPGA 的时钟单元设计  18-22
  3.2 高精度时间间隔测量  22-27
  3.3 本章小结  27-28
4 本地时钟单元的硬件设计  28-40
  4.1 时钟单元硬件平台的搭建  28-29
  4.2 时钟单元硬件电路结构  29-32
  4.3 定制基于Avalon 总线的用户外设  32-38
  4.4 Nios II 硬件系统的设计  38-39
  4.5 本章小结  39-40
5 实验数据分析和处理  40-48
  5.1 时间间隔数据处理  40-43
  5.2 基于加法器的本地时钟单元测试结果  43-44
  5.3 GPS 接收机和晶振特性测试平台  44-45
  5.4 GPS 接收机秒脉冲信号分析  45-46
  5.5 晶振特性测试结果  46-47
  5.6 本章小结  47-48
6 总结与展望  48-50
  6.1 工作总结  48
  6.2 课题展望  48-50
致谢  50-51
参考文献  51-53

网络时钟源本地时钟单元的研究与实现

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