[發明專利]高精度同步時鐘的生成方法及裝置

無效

• 申請號: 201210013883.0
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102611516A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 李延;陳澤青;趙爾勁
• 申請（專利權）人: 成都府河電力自動化成套設備有限責任公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所 11276
• 代理人: 劉云貴

技術領域

本發明屬于同步控制技術領域，尤其涉及一種同步時鐘的生成方法及裝置。

背景技術

全球定位系統（GPS）同步時鐘已經廣泛應用于電力系統，人們正在探索利用它卓越的時間同步性能開發電力系統監測、保護和控制的各種新方法。當前,電網故障分析要求各微機裝置的時間信息精確到1ms以內,電網相位測量對時鐘精度的要求則高達微秒級,行波測距與行波保護對時鐘精度的要求達到1μs,甚至更高。衛星定位系統的時鐘，例如全球定位系統(GPS)作為導航、授時和定位系統,?具有授時精度高、民用免費和接收機成本低等特點,使其在電力系統中的應用越來越廣泛。但民用GPS接收機所接收到的時鐘受各種因素的影響，穩定性難以得到保證，比如導致時鐘信號丟失等。為以較低的成本實現高精度時鐘,一個行之有效的解決方法是將GPS?秒時鐘和高精度晶振相結合,GPS秒時鐘的累積誤差較小，而晶振秒時鐘的隨機誤差較小，利用兩者誤差互補的特點，將GPS時鐘與晶振秒時鐘進行同步，以此來產生高精度時鐘。由于GPS具有不穩定性，比如丟失等，造成時鐘丟失，因此不能直接利用，而晶振時鐘存在累積誤差，不能長期使用。

為了以較低成本實現高精度時鐘，現有技術中已提出了不少基于全球定位系統（GPS）的高精度時鐘的測量與控制技術，例如，卡爾曼濾波在衛星導航中的應用研究（大連海事大學，2008年）中，提出了一種利用高精度晶振對GPS?時鐘進行在線監測并實時修正的方法,?其將GPS秒脈沖和高精度晶振相結合，利用二者誤差互補的特點來產生高精度時鐘，利用該方法的時鐘裝置可輸出偏差小于100?ns的秒脈沖。但該方法的補償方案計算較復雜，且樣本數據量較大，對CPU?的計算能力有較高要求。還有，基于數字鎖相原理的GPS高精度同步時鐘產生新方法（《電力系統自動化》2009年33卷18期）中，提出了一種補償方案較簡單的高精度時鐘實現方法，但該方法的實時性不高，其應用受到一定限制。

發明內容

針對上述不足，本發明所要解決的技術問題在于提供一種時鐘同步精度、同步誤差小的高精度同步時鐘生成方法，以及其裝置。

本發明采用的基本思路是：一種同步時鐘的生成方法，用于生成并輸出與第一時鐘源的第一秒脈沖同步的第二秒脈沖，其特征在于，該方法包括：比對所述第二秒脈沖與所述第一秒脈沖的相位關系；根據所述相位關系，調整分頻系數；根據所述分頻系數，控制第二秒脈沖對應的晶振脈沖個數，以輸出第二秒脈沖。

所述比對所述第二秒脈沖與所述第一秒脈沖的相位關系具體包括，接收來自第一時鐘源的第一秒脈沖，在所述第一秒脈沖的上升沿到來時，產生一代表第一秒脈沖起始相位的校正脈沖；比對第二秒脈沖與所述校正脈沖相位，確定與第二秒脈沖與所述校正脈沖的相位關系。

所述的調整分頻系數的步驟包括：應用PID算法計算相位時差數據，按照自整定原則并判斷相位時差數據的有效性，如果有效，則判斷相位偏差e(t)的正負性，調整分頻系數，并控制第二秒脈沖對應的晶振脈沖個數，以輸出第二秒脈沖；如果無效，則結束。

一種基于PID控制的時鐘同步裝置，其特征在于，該裝置包括：相位比對單元，用于比對同步的第二秒脈沖與第一時鐘源的第一秒脈沖的相位關系；PID控制單元，用于根據所述相位關系，調整分頻系數；同步信號輸出單元，用于根據所述分頻系數，控制第二秒脈沖對應的晶振脈沖個數，以輸出第二秒脈沖。

該裝置還包括校正脈沖發生器，其連接所述的相位比對單元，所述的校正脈沖發生器用于產生代表第一秒脈沖的起始相位的校正脈沖。

所述的PID控制單元包括：計算模塊，用于應用PID算法計算相位時差數據；判斷模塊，用于判斷相位時差數據的有效性。

通過上述技術方案可以看出，本發明的有益效果是：

首先，通過比對所述第二秒脈沖與所述第一秒脈沖的相位關系，引入PID調節策略計算相位時差數據，可以在一定程度上精確地控制分頻系數；另外，根據所述相位關系，調整分頻系數，按照自整定原則并判斷相位時差數據的有效性，判斷相位偏差的正負性，調整分頻系數，并控制第二秒脈沖對應的晶振脈沖個數，以輸出第二秒脈沖，所產生的高精度同步秒時鐘第二秒脈沖不僅穩定性好、同步性高，而且實現過程簡單，在GPS信號失效后仍能保持較高的時間穩定性和同步性，能很好滿足同步時鐘的要求，采用頻率準確度為1×10^－8的晶振時，實現同步誤差≤100ns。

附圖說明