[發(fā)明專利]定時校準(zhǔn)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911013495.0
• 申請日: 2019-10-23
• 公開（公告）號: CN110798279B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃文會;孫志超
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);北京合志超越科技有限公司
• 主分類號: H04J3/06
• 分類號: H04J3/06;H04B10/50;H04J14/02;H04J14/08;H04Q11/00
• 代理公司: 北京展翼知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11452
• 代理人: 張陽

公開了一種定時校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括主端和從端，其中，所述主端關(guān)聯(lián)發(fā)送時鐘信號和定時信號，所述從端關(guān)聯(lián)接收所述時鐘信號和所述定時信號，并將所述定時信號的一部分發(fā)送回所述主端，所述主端接收返回的定時信號，并且使用所述定時信號的發(fā)送時刻、所述定時信號的接收時刻以及所述定時信號的返回時刻校準(zhǔn)所述從端的時鐘。上述系統(tǒng)可以是基于TDC芯片實現(xiàn)的二級系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)的一級系統(tǒng)相連。進一步地，該系統(tǒng)可以基于時鐘鑒相器和邁克爾遜干涉儀，提供第三和第四級的定時校準(zhǔn)，最終實現(xiàn)阿秒精度的系統(tǒng)定時。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種時鐘同步技術(shù)，尤其涉及一種定時校準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)前，測量不同信號時間關(guān)系最簡單的方法是使用同一臺信號測量設(shè)備(例如示波器)，可以直接讀取出信號之間的時間關(guān)系(因為同一臺設(shè)備的多個信號測量通道都是工作在相同時鐘域)。但是，如果信號產(chǎn)生的物理位置分布在上百米到幾十公里的范圍內(nèi)，并且需要測量多個信號之間的時間關(guān)系，則必須使用多臺設(shè)備進行測量。此時，需要引入能夠?qū)⒉煌瑴y量設(shè)備時鐘域校準(zhǔn)到相同的參考時鐘域的絕對定時系統(tǒng)，才能使得不同設(shè)備的測量信號時間具備可比性。絕對定時系統(tǒng)的定時精度，決定著信號之間時間關(guān)系的測量精確性。

以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于各種大型分布式測量和控制系統(tǒng)中。將同步定時技術(shù)與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合受到歡迎，包括NTP協(xié)議、IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)和SyncE技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)亞秒或亞微秒的定時精度。在上述技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的White Rabbit技術(shù)，使用光纖作為信號傳輸載體，利用一種數(shù)字鑒相器DDMTD(Digital Dual Mixer Time Difference Phase Detector)技術(shù)，可以準(zhǔn)確測量以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包到達時刻，獲得亞納秒的定時精度。

NTP、IEEE1588和SyncE技術(shù)利用以太網(wǎng)交換機傳輸數(shù)據(jù)包，受到交換機傳輸延時和數(shù)據(jù)包到達相位的不確定性，定時精度能達到亞微秒量級。White Rabbit技術(shù)受限于DDMTD的測量精度，定時精度能達到亞納秒量級。在參考文獻[1]“High resolutiondistributed time-to-digital converter(TDC)in a White Rabbit network”中提到，此技術(shù)應(yīng)用于LHAASO裝置，在1.2平方公里范圍內(nèi)，為6000個宇宙射線探測器節(jié)點提供絕對定時系統(tǒng)。定時精度測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差(Standard Deviation)是29.2ps。

為此，鑒于當(dāng)前絕對定時系統(tǒng)定時精度不高的問題，需要一種能夠提供更高精度的定時系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本公開要解決的一個技術(shù)問題是提供一種可以獲得更高絕對定時精度的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有可裁剪的定時，可以逐級(可以是二級，三級和四級)提高定時精度，分別可以達到10皮秒(1ps＝10^-12秒)，飛秒(1fs＝10^-15秒)和阿秒(1as＝10^-18秒)量級的定時精度。

根據(jù)本公開的第一個方面，提供了一種定時校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括主端和從端，其中，所述主端關(guān)聯(lián)發(fā)送時鐘信號和定時信號，所述從端關(guān)聯(lián)接收所述時鐘信號和所述定時信號，并將所述定時信號的一部分發(fā)送回所述主端，所述主端接收返回的定時信號，并且使用所述定時信號的發(fā)送時刻、所述定時信號的接收時刻以及所述定時信號的返回時刻校準(zhǔn)所述從端的時鐘。

可選地，所述主端使用主端時鐘源產(chǎn)生連續(xù)時鐘信號作為所述時鐘信號，使用主端計時器獲取所述連續(xù)時鐘信號產(chǎn)生定時脈沖作為所述脈沖信號。所述主端的TDC芯片可以基于返回的所述定時脈沖確定所述定時脈沖的返回時刻。

可選地，所述從端使用所述從端計時器和所述從端TDC芯片確定所述定時脈沖的接收時刻。