用光纤传输的采样时钟同步装置制造方法
【专利摘要】一种时分多路复用系统领域的用光纤传输的采样时钟同步装置，包括：设置于各个数据采集点的信号发生器、光电转换器和电源调理电路，其中：各个数据采集点的光电转换器由光纤相互连接，各个数据采集点中，信号发生器的发生器输出端和发生器输入端分别与光电转换器的接收器输入端和接收器输出端相连，电源调理电路的端口分别与信号发生器和光电转换器的各个电源端口相连。本实用新型能够消除各个数据采集点的同步误差。
【专利说明】用光纤传输的采样时钟同步装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种时分多路复用系统领域的装置，具体是一种用光纤传输的采样时钟同步装置。
【背景技术】
[0002]测控系统中的数据采集点具有分布广和独立性高的特点。为了保证不同数据采集点之间的采集一致性，需要对各采集点的时钟进行同步，为数据采集同步做必要准备。传统的时钟同步较为通常采用普通铜质线缆作为同步信号传输介质；信号衰减大，在工业场合容易受电磁干扰，以常用的同步线缆CAT-5e为例，其有效传输距离最大为100m，需要更远距离传输时则需要多个中继节点做信号增强。
[0003]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102932084，
【公开日】2013_2_13，记载了一种实现采样时钟同步的方法，接收外部晶振提供的晶振脉冲信号并产生计数脉冲信号；接收所述计数脉冲信号并计数，预设计数量N计数完毕后输出采样脉冲信号；接收外部输入的时钟脉冲信号统计时钟脉冲信号周期内以及所述时钟脉冲信号周期与采样脉冲信号周期之间的计数脉冲信号的误差量；根据所述误差量改变所述预设计数量N。通过引入外部稳定的时钟脉冲信号对晶振脉冲信号的固有误差、工作环境温度变化影响等方面所引起计数脉冲信号触发采样脉冲信号时所产生的误差进行调整，可以尽量减少晶振频率本身存在的误差以及消除累积误差对采样脉冲的影响，克服了采样脉冲时钟的存在误差累积。但该现有技术的同步效果依赖于外部晶振的精确性，当多个节点所采用的晶振的个体差异增大时，同步精度就无法保证。若多个节点共享一个晶振的同步脉冲，那么同步脉冲传输依然受限于线缆，同步信号无法完成公里级别的长距离传输。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提出一种用光纤传输的采样时钟同步装置，能够消除各个数据采集点的同步误差。
[0005]本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括:设置于各个数据采集点的信号发生器、光电转换器和电源调理电路，其中:各个数据采集点的光电转换器由光纤相互连接，各个数据采集点中，信号发生器的发生器输出端和发生器输入端分别与光电转换器的接收器输入端和接收器输出端相连，电源调理电路的端口分别与信号发生器和光电转换器的各个电源端口相连。
[0006]所述的信号发生器包括:发生主电路和第一电平转换电路，光电转换器包括:接收主电路和第二电平转换电路，其中，第一电平转换电路分别与发生主电路的发出端、接收主电路的发出端正极和负极相连，第二电平转换电路分别与发生主电路的接收端、接收主电路的接收端正极和负极相连。
[0007]所述的发生主电路的出错显示端、闲置端分别与接收主电路的出错显示端、闲置端相连，并且发生主电路的出错显示端串联第一电阻且与高电压端相连。
[0008]所述的第一电平转换电路包括:电光电平转换芯片、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，其中，电光电平转换芯片的输入端与发生主电路的发出端相连，两个输出端分别与第四电阻的一端、第五电阻的一端相连，第四电阻的另一端、第五电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第三电阻的一端以及接收主电路的发出端正极和负极相连，第二电阻的另一端和第三电阻的另一端相连且连接低压电源端。
[0009]所述的第二电平转换电路包括光电电平转换芯片，该光电电平转换芯片的输入端分别与接收主电路的接收端正极和负极相连，输出端与发生主电路的接收端相连。
[0010]所述的发生主电路的电源端与高压电源端相连，信号丢失警告端串联第六电阻且与高压电源端相连。
[0011]所述的电源调理电路包括:第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第一电感器和第二电感器，其中:第一电容的一端、第二电容的一端、第一电感器的一端、第二电感器的一端均相连且与高压电源端相连，第一电容的另一端、第二电容的另一端分别接地，第一电感器的另一端、第二电感器的另一端分别与接收主电路的电源发出端和电源接收端相连，第三电容和第四电容并联于接收主电路的电源发出端和接地端之间，第五电容和第六电容并联于接收主电路的电源接收端和接地端之间。
[0012]所述的低压电源端为2V，高压电源端为3.3V。
[0013]本实用新型设其中一个数据采集点为主设备，其他为从设备，则主设备间隔，在本时钟上升沿时向从设备发送用于消除累计误差的对时信号，从设备收到对时信号时，强制降从设备输出时钟设置为高电平并重新开始一个时钟周期。当主、从设备两地的数据采集设备需要同时开始采集时，主设备向从设备发送触发信号，从设备收到触发信号时，也产生触发信号，主、从设备两地同时开始数据采集。
[0014]本实用新型采用光纤代替传统的铜质电缆作为传输介质，避免电磁干扰，传输距离大，适用于工业场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的系统示意图；
[0016]图2为本实用新型的电路示意图；
[0017]图中:a为电源调理电路示意图；b为信号发生器示意图；
[0018]图3为实施例1中,对时信号和采集触发信号两种信号的示意图；
[0019]图中:a为触发信号示意图；b为对时信号示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]实施例1
[0022]如图1所示，本实施例包括:设置于各个数据采集点的信号发生器1、光电转换器2和电源调理电路3，其中:各个数据采集点的光电转换器2由光纤相互连接，各个数据采集点中，信号发生器I的发生器输出端和发生器输入端分别与光电转换器2的接收器输入端和接收器输出端相连，电源调理电路3的端口分别与信号发生器I和光电转换器2的各个电源端口相连。
[0023]如图2b所示，所述的信号发生器I包括:发生主电路U2和第一电平转换电路，光电转换器2包括:接收主电路Ul和第二电平转换电路，其中，第一电平转换电路分别与发生主电路U2的发出端、接收主电路Ul的发出端正极和负极相连，第二电平转换电路分别与发生主电路U2的接收端、接收主电路Ul的接收端正极和负极相连。
[0024]所述的发生主电路U2的出错显示端Tx_Fault、闲置端Tx_Disable分别与接收主电路Ul的出错显示端Tx_Fault、闲置端Tx_Disable相连，并且发生主电路U2的出错显示端Tx_Fault串联第一电阻Rl且与高电压端相连。
[0025]所述的第一电平转换电路包括:电光电平转换芯片U3、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5,其中，电光电平转换芯片U3的输入端与发生主电路U2的发出端Tx相连，两个输出端分别与第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端相连，第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的另一端分别与第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端以及接收主电路Ul的发出端负极TD-和正极TD+相连，第二电阻R2的另一端和第三电阻R3的另一端相连且连接低压电源端。
[0026]本实施例的光电转换器2为单模双向光模块SFP，发生主电路U2为现场可编程门阵列FPGA。
[0027]本实施例电光电平转换芯片U3使用MAX9371将适用于现场可编程门阵列FPGA的LVTTL电平转换为单模双向光模块SFP的工作电平LVPECL。
[0028]所述的第二电平转换电路包括光电电平转换芯片U4，该光电电平转换芯片U4的输入端分别与接收主电路Ul的接收端正极RD+和负极RD-相连，输出端与发生主电路U2的接收端Rx相连。
[0029]本实施例电电平转换芯片U4使用MC100EPT21将单模双向光模块SFP的LVPECL电平转换为适用于现场可编程门阵列FPGA的LVTTL电平。
[0030]所述的发生主电路U2的电源端与高压电源端相连，信号丢失警告端Rx_Los串联第六电阻R6且与高压电源端相连。
[0031]如图2a所示，所述的电源调理电路3包括:第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电感器LI和第二电感器L2,其中:第一电容Cl的一端、第二电容C2的一端、第一电感器LI的一端、第二电感器L2的一端均相连且与高压电源端相连，第一电容Cl的另一端、第二电容C2的另一端分别接地,第一电感器LI的另一端、第二电感器L2的另一端分别与接收主电路Ul的电源发出端Vcc_T和电源接收端Vcc_R相连，第三电容C3和第四电容C4并联于接收主电路Ul的电源发出端Vcc_T和接地端之间，第五电容C5和第六电容C6并联于接收主电路Ul的电源接收端Vcc_R和接地端之间。
[0032]低压电源端为2V，高压电源端为3.3V。
[0033]本实施例设其中一个数据采集点为主设备A，其他为从设备B，则主设备以1s间隔，在本时钟上升沿时向从设备发送对时信号，从设备收到对时信号时，强制降设备B输出时钟设置为高电平并重新开始一个时钟周期。同步信号用于消除由于FAGA晶振每秒10-20us误差而造成的累计误差。实际测试Ikm光纤传输后，对时精度为50us/s，由于每1s矫正一次误差，所以长时间运行后误差不会累计。当主、从设备A、B两地的数据采集设备需要同时开始采集时，主设备A向从设备B发送触发信号，从设备B收到触发信号时，也产生触发信号，同时开始采集。
[0034]主、从设备A、B产生的采样时钟频率相同，通常为1K-100K采样率。优势在于:当光纤通信中断时，主设备A仍能向数据采集设备提供采样时钟。
[0035]本实施例的现场可编程门阵列FPGA需要将Ipps的同步信号进行编码，以适应单模双向光模块SFP的工作频率，光纤中同时传输采集触发信号和对时信号。两种信号用不同时间间隔的脉冲对区分。从设备通过区分脉冲间隔辨别信号类型。以第二个脉冲为有效脉冲，即收到第二个脉冲才开始做相应操作。
[0036]如图3所不,光纤中同时传输米集触发信号和对时信号。两种信号用不同时间间隔的脉冲对区分。从设备通过区分脉冲间隔辨别信号类型。以第二个脉冲为有效脉冲，即收到第二个脉冲才开始做相应操作。
[0037]假设光模块的工作频率为40M，光模块输入信号编码方式:用40M或者更高频的0-1跳变表示1，用40M的1-0跳变表示O。无论传输任何数据，编码后的电平连续出现的O和I不会超过2位，避免光模块出现通讯错误，从设备B以40M的频率接受光模块的输出信号，在没有时钟同步信号时，即编码前的电平全部为0，接受到的信号是规律的40M信号，每个高电平之间的距离是等间隔的25ns，当出现电平间隔为25X 1.5 = 37.5ns的高电平间隔时，说明编码前的信号存在电平跳变。这时，根据编码规则，比较前两个bit的电平如果为高则代表编码前的信号存在从低到高的电平跳变，如果为低，则代表存在从高到低的电平跳变。
【权利要求】
1.一种用光纤传输的采样时钟同步装置，其特征在于，包括:设置于各个数据采集点的信号发生器、光电转换器和电源调理电路，其中:各个数据采集点的光电转换器由光纤相互连接，各个数据采集点中，信号发生器的发生器输出端和发生器输入端分别与光电转换器的接收器输入端和接收器输出端相连，电源调理电路的端口分别与信号发生器和光电转换器的各个电源端口相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的信号发生器包括:发生主电路和第一电平转换电路，光电转换器包括:接收主电路和第二电平转换电路，其中，第一电平转换电路分别与发生主电路的发出端、接收主电路的发出端正极和负极相连，第二电平转换电路分别与发生主电路的接收端、接收主电路的接收端正极和负极相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的发生主电路的出错显示端、闲置端分别与接收主电路的出错显示端、闲置端相连，并且发生主电路的出错显示端串联第一电阻且与高电压端相连。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的第一电平转换电路包括:电光电平转换芯片、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，其中，电光电平转换芯片的输入端与发生主电路的发出端相连，两个输出端分别与第四电阻的一端、第五电阻的一端相连，第四电阻的另一端、第五电阻的另一端分别与第二电阻的一端、第三电阻的一端以及接收主电路的发出端正极和负极相连，第二电阻的另一端和第三电阻的另一端相连且连接低压电源端。
5.根据权利要求2、3或4所述的装置，其特征是，所述的第二电平转换电路包括光电电平转换芯片，该光电电平转换芯片的输入端分别与接收主电路的接收端正极和负极相连，输出端与发生主电路的接收端相连。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的发生主电路的电源端与高压电源端相连，信号丢失警告端串联第六电阻且与高压电源端相连。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的电源调理电路包括:第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第一电感器和第二电感器,其中:第一电容的一端、第二电容的一端、第一电感器的一端、第二电感器的一端均相连且与高压电源端相连，第一电容的另一端、第二电容的另一端分别接地，第一电感器的另一端、第二电感器的另一端分别与接收主电路的电源发出端和电源接收端相连，第三电容和第四电容并联于接收主电路的电源发出端和接地端之间，第五电容和第六电容并联于接收主电路的电源接收端和接地端之间。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征是，所述的低压电源端为2V，高压电源端为.3.3V。
【文档编号】H04B10/25GK204046621SQ201420444639
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】陈婷, 王维, 胡智扬, 龙敏, 李定军, 沈炜华, 徐若冰, 赵晓宇 申请人:上海华穗电子科技有限公司