專利名稱：一種通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信設(shè)備，尤其涉及一種通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法。
背景技術(shù)：
時(shí)鐘是保證數(shù)字通信設(shè)備運(yùn)行的一個(gè)基礎(chǔ)，幾乎所有的數(shù)字通信設(shè)備都需要采用專門的時(shí)鐘提供模塊為整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行提供時(shí)鐘。數(shù)字同步網(wǎng)可以為整個(gè)通信網(wǎng)提供高精度和高穩(wěn)定度時(shí)鐘源，屬于電信網(wǎng)絡(luò)中支撐網(wǎng)的范疇，在電信網(wǎng)絡(luò)中有著舉足輕重的地位。BITS(通信樓綜合定時(shí)供給系統(tǒng))設(shè)備是數(shù)字同步網(wǎng)中專門的時(shí)鐘提供單元，可以通過(guò)逐級(jí)跟蹤鎖相的方式將所有接到同步網(wǎng)上的通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。
時(shí)鐘板指通信設(shè)備中的時(shí)鐘提供模塊，它可以是特定設(shè)備中一塊單獨(dú)的單板，也可以是特定單板上一個(gè)單獨(dú)的模塊；主用時(shí)鐘指時(shí)鐘提供設(shè)備或者模塊中主用單板或者模塊輸出的時(shí)鐘，即主用時(shí)鐘板提供的時(shí)鐘；備用時(shí)鐘指時(shí)鐘提供設(shè)備或者模塊中備用單板或者模塊輸出的時(shí)鐘，即備用時(shí)鐘板提供的時(shí)鐘。
如圖1所示為數(shù)字同步網(wǎng)的等級(jí)結(jié)構(gòu)圖，一級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘一般由高精度高穩(wěn)定度的銫原子鐘或者氫原子鐘提供，也可由具有跟蹤GPS(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))或GLONASS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))的BITS設(shè)備提供，它為整個(gè)時(shí)間同步網(wǎng)或者區(qū)域內(nèi)的時(shí)間同步網(wǎng)提供基準(zhǔn)時(shí)鐘。二級(jí)、三級(jí)節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘則由專門的BITS設(shè)備提供，它們輸出的時(shí)鐘同步于上一級(jí)輸出的時(shí)鐘；而各個(gè)通信設(shè)備根據(jù)需要同步于節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘。這樣整個(gè)區(qū)域內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可同步到一級(jí)基準(zhǔn)時(shí)鐘上，保證通信設(shè)備的可靠運(yùn)行。
正因?yàn)闀r(shí)鐘對(duì)通信設(shè)備的重要性，所以無(wú)論是圖中專門時(shí)鐘提供設(shè)備(節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘)還是其它接受時(shí)鐘同步的通信設(shè)備，其時(shí)鐘部分都采用熱備份的主備工作方式，圖中實(shí)線箭頭代表主用定時(shí)基準(zhǔn)，虛線箭頭代表備用定時(shí)基準(zhǔn)，各節(jié)點(diǎn)和設(shè)備的時(shí)鐘采用主從同步方式或者互同步方式進(jìn)行連接。
主備時(shí)鐘板所提供的時(shí)鐘要求頻率和相位都進(jìn)行同步，這樣才能夠保證主用時(shí)鐘板在故障時(shí)能夠相位無(wú)損傷地倒換到備用時(shí)鐘板上。一般時(shí)鐘提供部分都會(huì)采用鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣，只要鎖定同一個(gè)外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源，其頻率就和時(shí)鐘基準(zhǔn)源保持一致，從而主備時(shí)鐘板的頻率可以實(shí)現(xiàn)同步，這個(gè)鎖定時(shí)鐘基準(zhǔn)源的過(guò)程也稱為定時(shí)。而對(duì)于相位對(duì)齊，則需要檢測(cè)主備時(shí)鐘的相位關(guān)系，根據(jù)相位關(guān)系來(lái)調(diào)整備用時(shí)鐘的相位，使其與主用時(shí)鐘相位一致。
對(duì)于主備時(shí)鐘的相位對(duì)齊，目前通常采用的一種做法是采用FPGA/EPLD等可編程邏輯器件將輸入的較高頻率的時(shí)鐘分頻到較低頻率的時(shí)鐘，向外部提供較低頻率的時(shí)鐘，并且通過(guò)電路檢測(cè)到備用時(shí)鐘在與主用時(shí)鐘存在相位不一致時(shí)，在主用時(shí)鐘的沿上對(duì)備用時(shí)鐘強(qiáng)制復(fù)位分頻，使這個(gè)時(shí)刻主備兩個(gè)時(shí)鐘同時(shí)產(chǎn)生時(shí)鐘沿，實(shí)現(xiàn)相位對(duì)齊。
如圖2所示為采用分頻實(shí)現(xiàn)相位對(duì)齊電路結(jié)構(gòu)示意圖，主備用時(shí)鐘都是由同一個(gè)10MHz的時(shí)鐘備源分頻到1MHz輸出。DTSOU_1MHZ_ME信號(hào)為該時(shí)鐘板輸出的時(shí)鐘，DTSOU_1MHZ_AN為另一塊時(shí)鐘板的輸出時(shí)鐘。/ACT_ME_STATUS信號(hào)表示該時(shí)鐘板的主備用狀態(tài)，低電平表示該時(shí)鐘板為主用，高電平表示該時(shí)鐘板為備用。VC表示電源(高電平)，GD表示接地(低電平)，/POWERUP_RESET是上電復(fù)位信號(hào)，目的是將計(jì)數(shù)器74161和T觸發(fā)器(TFF)清零，使上電時(shí)DTSOU_1MHZ_ME輸出低電平。
下面分兩種情況來(lái)對(duì)圖2電路圖進(jìn)行具體說(shuō)明假設(shè)該板為主用的時(shí)鐘板，那么/ACT_ME_STATUS將為低電平，此時(shí)TONGBU信號(hào)將是高電平，這樣計(jì)數(shù)器74161就是個(gè)實(shí)現(xiàn)5分頻的計(jì)數(shù)器，其原理是每一個(gè)10M時(shí)鐘的上升沿，計(jì)數(shù)器累加1；在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到5的瞬間，計(jì)數(shù)器74161的QC輸出端為高，經(jīng)過(guò)非門(NOT)后使得計(jì)數(shù)器74161的LDN(load)端為低，由于計(jì)數(shù)器的A、B、C、D輸入端都是接低電平，所以此時(shí)計(jì)數(shù)器裝載全0(清零)。計(jì)數(shù)器74161輸出后接的一個(gè)T觸發(fā)器(TFF)是個(gè)2分頻器，與計(jì)數(shù)器74161串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)10分頻器，所以DTSOU_1MHZ_ME輸出1MHz信號(hào)。
當(dāng)該時(shí)鐘板是備用板時(shí)，DTSOU_1MHZ_ME輸出的時(shí)鐘是備用時(shí)鐘，所以其相位要去跟蹤另一塊主用時(shí)鐘板的輸出時(shí)鐘DTSOU_1MHZ_AN，此時(shí)/ACT_ME_STATUS信號(hào)為常高電平，TONGBU信號(hào)可以反映DTSOU_AMHZ_ME和DTSOU_1MHZ_AN的相位關(guān)系。當(dāng)在10M信號(hào)的下降沿檢查DTSOU_AMHZ_ME和DTSOU_1MHZ_AN電平時(shí)，如果電平一致，異或門(XOR)輸出為0，該電平在被分頻的10M信號(hào)的下降沿鎖存到D觸發(fā)器(DFF)中，并送入到與非門(NAND2)中輸出高電平的TONGBU信號(hào)，從而不影響計(jì)數(shù)器74161的計(jì)數(shù)，如果每個(gè)10M信號(hào)的下降沿都檢測(cè)到這樣的結(jié)果，表示主備1M信號(hào)都在10M信號(hào)的同一個(gè)上升沿開始分頻，因此相位1M信號(hào)的相位關(guān)系直接反映了10M被分頻信號(hào)的相位關(guān)系；如果DTSOU_AMHZ_ME和DTSOU_1MHZ_AN在某個(gè)10M信號(hào)的下降沿檢測(cè)到不一致，那么異或門(XOR)輸出的高電平此時(shí)將鎖存在D觸發(fā)器(DFF)中并使TONGBU信號(hào)輸出為低電平信號(hào)，該低電平TONGBU信號(hào)在下一個(gè)10M信號(hào)的上升沿導(dǎo)致計(jì)數(shù)器74161和T觸發(fā)器強(qiáng)制裝載全0(清零)，從而重新分頻輸出1M信號(hào)，保證本板1M的分頻和對(duì)板1M的分頻在同一個(gè)10M上升沿上開始進(jìn)行。這里說(shuō)的同一個(gè)是指兩塊單板計(jì)數(shù)器74161開始從0計(jì)數(shù)時(shí)的10M上升沿是相隔時(shí)間最短的，也就是在10M信號(hào)的半周期(50ns)內(nèi)。
總之，這個(gè)電路對(duì)齊的原理是，保證主備時(shí)鐘板都在10M信號(hào)的同一個(gè)上升沿進(jìn)行1MHz輸出時(shí)鐘的反轉(zhuǎn)，這樣，如果輸入兩塊單板的10M信號(hào)相位完全一樣，那么輸出的1M信號(hào)可以完全對(duì)齊，如果不一致，那么對(duì)齊的誤差可能在10M信號(hào)的半周期(50ns)內(nèi)。因此這樣的相位對(duì)齊效果實(shí)際上就依賴于輸入的10M信號(hào)的相位對(duì)齊效果。
如圖4中所示，如果A1是主用板上的10M信號(hào)，B1是其分頻輸出的1M信號(hào)，A2為備用板上的10M時(shí)鐘信號(hào)，B2為其分頻輸出的1M信號(hào)，那么上面的對(duì)齊電路在備用板上發(fā)揮作用時(shí)，就是保證如果B1在A1的P1時(shí)刻開始分頻，那么B2一定是在A2的P2時(shí)刻開始分頻，因?yàn)镻2相位最靠近P1的上升沿。
現(xiàn)有技術(shù)中，如果相位不對(duì)齊，備用板的時(shí)鐘將被強(qiáng)制設(shè)置為與主用時(shí)鐘信號(hào)的電平一致，如此反復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊。這種主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法的缺點(diǎn)在于1、要求對(duì)齊相位的時(shí)鐘來(lái)源于同一個(gè)頻率源，該頻率源的頻率要是輸出時(shí)鐘的整數(shù)倍，這樣才能夠通過(guò)分頻實(shí)現(xiàn)相位對(duì)齊。而且，如果該同一頻率源如果有小于半周期的相位差(如上例中的50ns)，對(duì)齊中無(wú)法消除該相位差，即對(duì)齊精度也將在這個(gè)范圍內(nèi)。
2、如果主備時(shí)鐘頻率相差比較大，這時(shí)候?qū)⒔?jīng)常對(duì)備用輸出時(shí)鐘的分頻器進(jìn)行復(fù)位處理，導(dǎo)致備用時(shí)鐘的相位抖動(dòng)會(huì)很大。這是因?yàn)?，主備用時(shí)鐘存在比較大的頻率差時(shí)，在通過(guò)強(qiáng)制清零的方式對(duì)備用時(shí)鐘分頻實(shí)現(xiàn)初始相位對(duì)齊后，隨著時(shí)間的變化，頻率差帶來(lái)主備時(shí)鐘相位的變化，從而需要重新對(duì)齊，這樣的結(jié)果是導(dǎo)致備用時(shí)鐘輸出相位抖動(dòng)很大，而且既使主備時(shí)鐘頻率相同，實(shí)際相位對(duì)齊的精度也無(wú)法達(dá)到1ns以內(nèi)的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有的主備時(shí)鐘相位對(duì)齊方式要求主備時(shí)鐘來(lái)源于同一頻率源，而且相位對(duì)齊精度差及備用時(shí)鐘抖動(dòng)大的不足，提供一種通信設(shè)備中主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，從而提高相位對(duì)齊的精度，減少主備時(shí)鐘相位對(duì)齊對(duì)頻率的同步要求，提高時(shí)鐘系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為這種通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，包括以下步驟主用時(shí)鐘板和備用時(shí)鐘板上各設(shè)置至少一個(gè)調(diào)頻直接數(shù)字頻率合成器(DDS)和至少一個(gè)調(diào)相DDS，其中調(diào)頻DDS通過(guò)跟蹤外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源合成輸出時(shí)鐘所需要的頻率，并在調(diào)相DDS上寫入與所述調(diào)頻DDS的頻率調(diào)節(jié)字相同或成固定比例關(guān)系的頻率調(diào)節(jié)字，輸出相應(yīng)頻率的時(shí)鐘；對(duì)主備用時(shí)鐘板相位關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的相位寄存器的值，調(diào)整備用時(shí)鐘板的輸出相位，使主備輸出時(shí)鐘的相位對(duì)齊。
對(duì)主備用時(shí)鐘板相位關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在第一時(shí)鐘信號(hào)的上升沿采樣第二時(shí)鐘的電平，如果采樣得到的電平為高，則第一時(shí)鐘相位滯后于第二時(shí)鐘；如果采樣得到的電平為低，則第一時(shí)鐘相位超前于第二時(shí)鐘。
采用相位關(guān)系檢測(cè)模塊進(jìn)行相位關(guān)系的檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果輸入相位調(diào)節(jié)模塊對(duì)備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的相位寄存器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使主備時(shí)鐘相位對(duì)齊。
將相位關(guān)系檢測(cè)模塊固定在任一時(shí)鐘板上，并將檢測(cè)到的相位關(guān)系結(jié)果送給本時(shí)鐘板和另一塊時(shí)鐘板，來(lái)調(diào)節(jié)備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的輸出相位。或者，控制主備板輸出時(shí)鐘信號(hào)的走線相等，并控制主備輸出時(shí)鐘到相位關(guān)系檢測(cè)模塊的走線長(zhǎng)度也相等，將相位關(guān)系檢測(cè)模塊固定在備用時(shí)鐘板上進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)調(diào)節(jié)備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的輸出相位。
所述的調(diào)頻DDS和調(diào)相DDS采用AD9852芯片。
對(duì)相位進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，如果兩塊時(shí)鐘板頻率都鎖定到了同一個(gè)外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源上時(shí)，采用小步長(zhǎng)緩慢調(diào)節(jié)；如果兩塊時(shí)鐘板調(diào)頻DDS的輸出時(shí)鐘頻率還沒(méi)實(shí)現(xiàn)同步，則采用大步長(zhǎng)進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。
對(duì)相位進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，循環(huán)進(jìn)行以下步驟a、判斷當(dāng)前板是否為備用板；b、如果當(dāng)前板不是備用板，則不需要調(diào)節(jié)相位，延時(shí)后直接返回；如果是備用板，則讀調(diào)相DDS中的相位寄存器值；c、讀取主備相位關(guān)系狀態(tài)，并判斷備用時(shí)鐘相位是否超前于主用時(shí)鐘，如果不是，則計(jì)算相位寄存器值與相位調(diào)節(jié)步長(zhǎng)累加的值；如果是，則計(jì)算相位寄存器值減去相位調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的值；d、將計(jì)算出的值寫入調(diào)相DDS相位寄存器，并向調(diào)相DDS發(fā)送更新信號(hào)，使寫入的相位值生效。
本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明采用雙DDS方法同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻和調(diào)相，通過(guò)調(diào)節(jié)DDS的相位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)相位的主備對(duì)齊。調(diào)節(jié)相位寄存器的速度可以根據(jù)頻率的鎖定情況來(lái)改變調(diào)節(jié)步長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)變速調(diào)節(jié)。通過(guò)可編程邏輯器件檢查主備時(shí)鐘的相位關(guān)系。充分利用了的DDS器件調(diào)相和調(diào)頻的能力，將主備合成時(shí)鐘的相位對(duì)齊在1ns以內(nèi)，提高了主備時(shí)鐘的相位對(duì)齊精度，提高了時(shí)鐘模塊的相位不連續(xù)性性能。同時(shí)由于主備用時(shí)鐘都在頻率上分別跟蹤外部時(shí)鐘基準(zhǔn)，這樣就增強(qiáng)了主備時(shí)鐘合成獨(dú)立性，不要求對(duì)來(lái)源于同一個(gè)時(shí)鐘源的時(shí)鐘進(jìn)行分頻后對(duì)齊相位，減少了主備時(shí)鐘相位對(duì)齊中對(duì)頻率的同步要求?？傮w上看，既提高了時(shí)鐘輸出的性能指標(biāo)，又由于主備時(shí)鐘頻率合成上的相互獨(dú)立，提高了時(shí)鐘系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的速度和帶來(lái)的備用時(shí)鐘的抖動(dòng)可以進(jìn)行控制。這樣，即使在主備時(shí)鐘頻率存在一定的偏差時(shí)，備用時(shí)鐘仍然可以比較平滑地對(duì)齊到主用時(shí)鐘上。本發(fā)明還可以將相位關(guān)系固定到一塊時(shí)鐘板上進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)其他連線來(lái)傳遞相位關(guān)系到另一塊時(shí)鐘板，以減少時(shí)鐘走線延時(shí)對(duì)相位檢測(cè)的影響，這樣在主備倒換時(shí)鐘板時(shí)，提高了輸出時(shí)鐘的性能。
利用本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)同一塊時(shí)鐘板上兩個(gè)DDS輸出頻率不同時(shí)的主備用時(shí)鐘板的相位對(duì)齊，而且，還可以在兩塊時(shí)鐘板上分別再添加一個(gè)或多個(gè)DDS，可以輸出兩種(或多種)頻率不同但各自相位對(duì)齊的時(shí)鐘，這樣極大地方便了主備相位對(duì)齊時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)。


圖1為數(shù)字同步網(wǎng)的等級(jí)結(jié)構(gòu)圖；圖2為采用分頻實(shí)現(xiàn)相位對(duì)齊電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為采用分頻實(shí)現(xiàn)相位對(duì)齊的相位關(guān)系示意圖；圖4為DDS時(shí)鐘合成技術(shù)原理示意圖；圖5為本發(fā)明采用雙DDS實(shí)現(xiàn)相位對(duì)齊的原理示意圖；圖6為主備時(shí)鐘的相位關(guān)系示意圖；圖7為本發(fā)明采用雙DDS進(jìn)行相位調(diào)節(jié)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明利用DDS器件調(diào)相和調(diào)頻的能力，對(duì)每塊時(shí)鐘板采用兩個(gè)DDS(Direct Digital Synthesis，即直接數(shù)字頻率合成器)來(lái)合成時(shí)鐘，一個(gè)DDS調(diào)節(jié)輸出時(shí)鐘的頻率，另一個(gè)DDS調(diào)節(jié)輸出時(shí)鐘的相位，從而達(dá)到主備輸出時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)頻率和相位的同步。
直接數(shù)字頻率合成是采用數(shù)字化技術(shù)，通過(guò)控制相位的變化速度，直接產(chǎn)生各種不同頻率信號(hào)的一種頻率合成方法。下面對(duì)DDS的工作方式進(jìn)行一些介紹如圖4所示為DDS時(shí)鐘合成技術(shù)原理示意圖，DDS由相位累加器、相位/正弦波轉(zhuǎn)換電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器等組成。參考時(shí)鐘(Ref Clock)一般采用穩(wěn)定度比較高的銣鐘或者恒溫晶體鐘，用它來(lái)同步整個(gè)DDS的各個(gè)組成部分。N表示DDS相位累加器的長(zhǎng)度(以bit數(shù)表示)。DDS的工作原理是在參考時(shí)鐘fref的控制下，頻率控制字M由相位累加器累加以得到相應(yīng)的相位數(shù)據(jù)，把此數(shù)據(jù)作為取樣地址，來(lái)尋址正弦ROM表進(jìn)行相位/正弦波轉(zhuǎn)換，輸出不同的幅度編碼；再經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器得到相應(yīng)的階梯波；最后經(jīng)低通濾波器對(duì)階梯波進(jìn)行平滑處理，即可得到由頻率控制字決定的連續(xù)變化的輸出正弦波。根據(jù)DDS的工作原理，其輸出頻率可用如下公式計(jì)算fout＝M/2N*fref這樣，如果參考時(shí)鐘頻率fref穩(wěn)定，只要選擇合適的M值，就可以輸出穩(wěn)定頻率的時(shí)鐘。
另外，DDS有個(gè)專門的相位調(diào)節(jié)寄存器，它保存著當(dāng)前DDS輸出時(shí)鐘的相位數(shù)據(jù)，當(dāng)對(duì)此相位寄存器中的值進(jìn)行增加或者減少操作時(shí)，就可以將輸出時(shí)鐘的相位進(jìn)行往前或者向后調(diào)節(jié)。本發(fā)明正是利用DDS的這個(gè)特性來(lái)調(diào)節(jié)相位實(shí)現(xiàn)主備輸出時(shí)鐘的相位對(duì)齊。
通過(guò)上面對(duì)DDS工作方式的理解，本發(fā)明采用如圖5所示的設(shè)計(jì)原理來(lái)提供主備熱備份的時(shí)鐘。主用時(shí)鐘板和備用時(shí)鐘板都各采用兩個(gè)DDS(DDS1和DDS2)，其中DDS1通過(guò)跟蹤外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源合成輸出時(shí)鐘所需要的頻率，而DDS2通過(guò)調(diào)整其相位寄存器的值實(shí)現(xiàn)主備輸出時(shí)鐘的相位對(duì)齊。圖中高穩(wěn)振蕩源提供DDS工作所需要的參考時(shí)鐘，而通過(guò)鎖相算法調(diào)整DDS1頻率調(diào)節(jié)字M，主備用時(shí)鐘都可在頻率上同步到外部時(shí)鐘頻率基準(zhǔn)源上。而主備用單板上的DDS2分別寫與DDS1相同的頻率調(diào)節(jié)字M，那么兩塊板上的DDS2輸出的時(shí)鐘的頻率也是相同的。這樣備用時(shí)鐘板檢測(cè)到時(shí)鐘的相位關(guān)系后，根據(jù)相位關(guān)系調(diào)節(jié)備用時(shí)鐘板上DDS2的相位寄存器，使備用時(shí)鐘板的DDS2輸出時(shí)鐘的相位動(dòng)態(tài)地與主用時(shí)鐘板DDS2輸出的時(shí)鐘相位對(duì)齊。圖中采用相位關(guān)系檢測(cè)模塊進(jìn)行相位關(guān)系的檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果輸入備用時(shí)鐘板的相位調(diào)節(jié)模塊對(duì)備用時(shí)鐘板上DDS2的相位寄存器進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊。
如圖6所示為時(shí)鐘的相位關(guān)系示意圖，兩個(gè)頻率相同的時(shí)鐘(假定為主用時(shí)鐘A和備用時(shí)鐘B)，它們?cè)谝粋€(gè)特定的時(shí)刻只有兩種關(guān)系A(chǔ)超前于B，如圖6中(a)所示；或者A滯后于B，如圖6中(b)所示。
這樣，如果在B的上升沿采樣A的電平，如果采樣得到的電平為高，就可以判斷A相位超前于B；如果采樣得到的電平為低，就可以判斷A相位滯后于B。這樣的判斷可以采用可編程邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如果考慮時(shí)鐘信號(hào)在走線后會(huì)有延遲，這個(gè)延遲可能對(duì)送往相位檢測(cè)模塊的主備時(shí)鐘是不相等的，那么送往檢測(cè)模塊的時(shí)鐘相位關(guān)系并不能夠真實(shí)反應(yīng)兩塊時(shí)鐘板實(shí)際輸出時(shí)鐘的相位關(guān)系。由于通?？偸钦{(diào)節(jié)備用時(shí)鐘板的時(shí)鐘相位，如果檢測(cè)時(shí)鐘相位關(guān)系也總是在備用時(shí)鐘板上進(jìn)行，那么當(dāng)發(fā)生時(shí)鐘板單板倒換時(shí)，原來(lái)的相位對(duì)齊的誤差會(huì)累加到輸出時(shí)鐘上，這樣如果發(fā)生多次主備時(shí)鐘板倒換，那么整個(gè)系統(tǒng)輸出的時(shí)鐘就會(huì)出現(xiàn)階梯狀的相位誤差累加。針對(duì)這種情況，可以固定在任一時(shí)鐘板上檢測(cè)相位關(guān)系，這塊單板可以是主用時(shí)鐘板，也可是備用時(shí)鐘板，并將檢測(cè)到的相位關(guān)系結(jié)果送給本板和另一塊時(shí)鐘板，而備用時(shí)鐘板根據(jù)這個(gè)相位關(guān)系檢測(cè)結(jié)果來(lái)調(diào)節(jié)自身輸出時(shí)鐘的相位，使其輸出的時(shí)鐘相位與主用時(shí)鐘板輸出的時(shí)鐘相位保持動(dòng)態(tài)的一致，這樣，避免了多次倒換時(shí)輸出時(shí)鐘出現(xiàn)階梯狀的相位誤差累加。
本發(fā)明采用兩片Analog Devices公司的DDS芯片AD9852來(lái)合成輸出時(shí)鐘的頻率和相位。采用其中的一個(gè)DDS來(lái)調(diào)節(jié)頻率，并通過(guò)往第二個(gè)DDS中寫相同的頻率調(diào)節(jié)字，保證第二個(gè)DDS的輸出時(shí)鐘頻率與第一個(gè)DDS一致。同時(shí)將第二個(gè)DDS的輸出時(shí)鐘作為本板的輸出時(shí)鐘送往相位檢測(cè)關(guān)系模塊，調(diào)節(jié)相位時(shí)也只調(diào)節(jié)第二個(gè)DDS相位寄存器值，這樣避免對(duì)第一個(gè)DDS的頻率調(diào)節(jié)產(chǎn)生影響。AD9852具有14位相位寄存器，如果設(shè)置其內(nèi)部工作頻率為200MHz，輸出時(shí)鐘頻率為20MHz，那么其相位調(diào)節(jié)的最小單位可以達(dá)到0.003ns，實(shí)際應(yīng)用中可以取0.1ns～10ns這樣的變步長(zhǎng)調(diào)節(jié)，改變步長(zhǎng)的依據(jù)是如果兩塊時(shí)鐘板頻率都鎖定到了同一個(gè)外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源上時(shí)，由于頻率變化引起的相位變化很小，所以可以采用小步長(zhǎng)緩慢調(diào)節(jié)，從而提高相位對(duì)齊的精度；如果兩塊時(shí)鐘板DDS的輸出時(shí)鐘頻率還沒(méi)實(shí)現(xiàn)同步，那么兩者之間的頻率差會(huì)導(dǎo)致相位在短期內(nèi)發(fā)生比較大的變化，這時(shí)需要將相位調(diào)節(jié)步長(zhǎng)調(diào)節(jié)大一些。整個(gè)相位調(diào)節(jié)模塊的程序框圖如下如圖7所示為本發(fā)明采用雙DDS進(jìn)行相位調(diào)節(jié)的流程圖，備用板軟件循環(huán)讀取相位關(guān)系狀態(tài)，根據(jù)相位狀態(tài)是超前還是滯后，將備用板第二個(gè)DDS的相位寄存器值寫小或者寫大，其中寫入相位值后，立即向DDS發(fā)UPDATE(更新)信號(hào)，使寫入的相位值生效。每個(gè)循環(huán)之間的延時(shí)可以取很小甚至為0。具體步驟如下1、首先判斷當(dāng)前板是否為備用板。
2、如果當(dāng)前板不是備用板，則不需要調(diào)節(jié)相位，延時(shí)后直接返回；如果是備用板，則讀DDS2中的相位寄存器值P0。
3、讀取主備相位關(guān)系狀態(tài)，并判斷備用時(shí)鐘相位是否超前于主用時(shí)鐘，如果不是則計(jì)算P＝P0+Pstep；如果是，則計(jì)算P＝P0-Pstep。Pstep為前面敘述的相位調(diào)節(jié)步長(zhǎng)，可以根據(jù)DDS的頻率鎖定情況選擇合適的值。
4、將計(jì)算出的P值寫入DDS2相位寄存器，并向DDS2發(fā)送UPDATE(更新)信號(hào)，使寫入的相位值生效。
經(jīng)過(guò)這樣的相位調(diào)整算法，備用板的時(shí)鐘相位一般在主用板的時(shí)間相位對(duì)應(yīng)處來(lái)回?cái)[動(dòng)，擺動(dòng)的幅度就是2倍的Pstep，由于Pstep可以取到0.1ns，即使考慮走線延時(shí)等因素，對(duì)齊精度也可以達(dá)到1ns以內(nèi)，很好地滿足時(shí)鐘相位不連續(xù)性要求。
本發(fā)明充分利用了的DDS器件調(diào)相和調(diào)頻的能力，將主備合成時(shí)鐘的相位對(duì)齊在1ns以內(nèi)，大大提高了時(shí)鐘模塊的相位不連續(xù)性性能。同時(shí)由于主備用時(shí)鐘都在頻率上分別跟蹤外部時(shí)鐘基準(zhǔn)，這樣就增強(qiáng)了主備時(shí)鐘合成獨(dú)立性，減少了主備時(shí)鐘相位對(duì)齊中對(duì)頻率的同步要求?？傮w上看，既提高了時(shí)鐘輸出的性能指標(biāo)，又由于主備時(shí)鐘頻率合成上的相互獨(dú)立，提高了時(shí)鐘系統(tǒng)的可靠性。
當(dāng)然上述只是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定，如果只控制主備板輸出時(shí)鐘信號(hào)的走線相等，并且控制主備輸出時(shí)鐘到相位關(guān)系檢測(cè)模塊的走線長(zhǎng)度也相等，那么可以將相位關(guān)系檢測(cè)模塊固定在備用時(shí)鐘板上進(jìn)行檢測(cè)，即不考慮時(shí)鐘信號(hào)走線延時(shí)對(duì)相位檢測(cè)關(guān)系的影響，固定在當(dāng)前為備用的時(shí)鐘板上檢測(cè)相位關(guān)系，調(diào)節(jié)備用時(shí)鐘板DDS2的輸出相位，也可以達(dá)到相位對(duì)齊主用時(shí)鐘板的目的。
如果DDS2輸出頻率f2與DDS1的輸出頻率f1成固定比例關(guān)系，也就是DDS2的頻率調(diào)節(jié)字M2與DDS1的頻率調(diào)節(jié)字M1成固定比例關(guān)系，這樣可以在DDS2中寫入與DDS1的頻率調(diào)節(jié)字M1成固定比例關(guān)系的頻率調(diào)節(jié)字M2，使DDS2輸出不同于DDS1頻率的時(shí)鐘，即DDS2輸出時(shí)鐘頻率與DDS1輸出時(shí)鐘頻率可以不相同，同樣也可采用本發(fā)明所述的方法來(lái)對(duì)齊主備用時(shí)鐘板DDS2的相位。
這樣，利用上述方法，還可以在兩塊時(shí)鐘板上分別再添加一個(gè)或多個(gè)DDS(如DDS3等)，其輸出頻率f3與DDS2的輸出頻率f2不同，這樣利用f3與f1的固定比例關(guān)系，在DDS3中寫入與DDS1成固定比例關(guān)系的頻率調(diào)節(jié)字M3，再采用與DDS2同樣的方法，增加對(duì)主備時(shí)鐘板上DDS3輸出時(shí)鐘的相位對(duì)齊，這樣每塊時(shí)鐘板上只采用一個(gè)DDS1來(lái)跟蹤外部基準(zhǔn)源的頻率，采用DDS2、DDS3(或更多的DDS)可以輸出兩種(或多種)頻率不同但各自相位對(duì)齊的時(shí)鐘。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在不脫離本發(fā)明思想和精神的前提下，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行其它的等效變換，同樣可以解決本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，這些等效變換同樣屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，其特征在于，包括以下步驟主用時(shí)鐘板和備用時(shí)鐘板上各設(shè)置至少一個(gè)調(diào)頻直接數(shù)字頻率合成器(DDS)和至少一個(gè)調(diào)相DDS，其中調(diào)頻DDS通過(guò)跟蹤外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源合成輸出時(shí)鐘所需要的頻率，并在調(diào)相DDS上寫入與所述調(diào)頻DDS的頻率調(diào)節(jié)字相同或成固定比例關(guān)系的頻率調(diào)節(jié)字，輸出相應(yīng)頻率的時(shí)鐘；對(duì)主備用時(shí)鐘板相位關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的相位寄存器的值，調(diào)整備用時(shí)鐘板的輸出相位，使主備輸出時(shí)鐘的相位對(duì)齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，其特征在于對(duì)主備用時(shí)鐘板相位關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，在第一時(shí)鐘信號(hào)的上升沿采樣第二時(shí)鐘的電平，如果采樣得到的電平為高，則第一時(shí)鐘相位滯后于第二時(shí)鐘；如果采樣得到的電平為低，則第一時(shí)鐘相位超前于第二時(shí)鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，其特征在于采用相位關(guān)系檢測(cè)模塊進(jìn)行相位關(guān)系的檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果輸入相位調(diào)節(jié)模塊對(duì)備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的相位寄存器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使主備時(shí)鐘相位對(duì)齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，其特征在于將相位關(guān)系檢測(cè)模塊固定在任一時(shí)鐘板上，并將檢測(cè)到的相位關(guān)系結(jié)果送給本時(shí)鐘板和另一塊時(shí)鐘板，來(lái)調(diào)節(jié)備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的輸出相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，其特征在于控制主備板輸出時(shí)鐘信號(hào)的走線相等，并控制主備輸出時(shí)鐘到相位關(guān)系檢測(cè)模塊的走線長(zhǎng)度也相等，將相位關(guān)系檢測(cè)模塊固定在備用時(shí)鐘板上進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)調(diào)節(jié)備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的輸出相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，其特征在于所述的調(diào)頻DDS和調(diào)相DDS采用AD9852芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，其特征在于對(duì)相位進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，如果兩塊時(shí)鐘板頻率都鎖定到了同一個(gè)外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源上時(shí)，采用小步長(zhǎng)緩慢調(diào)節(jié)；如果兩塊時(shí)鐘板調(diào)頻DDS的輸出時(shí)鐘頻率還沒(méi)實(shí)現(xiàn)同步，則采用大步長(zhǎng)進(jìn)行相位調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，其特征在于對(duì)相位進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，循環(huán)進(jìn)行以下步驟a、判斷當(dāng)前板是否為備用板；b、如果當(dāng)前板不是備用板，則不需要調(diào)節(jié)相位，延時(shí)后直接返回；如果是備用板，則讀調(diào)相DDS中的相位寄存器值；c、讀取主備相位關(guān)系狀態(tài)，并判斷備用時(shí)鐘相位是否超前于主用時(shí)鐘，如果不是，則計(jì)算相位寄存器值與相位調(diào)節(jié)步長(zhǎng)累加的值；如果是，則計(jì)算相位寄存器值減去相位調(diào)節(jié)步長(zhǎng)的值；d、將計(jì)算出的值寫入調(diào)相DDS相位寄存器，并向調(diào)相DDS發(fā)送更新信號(hào)，使寫入的相位值生效。
全文摘要
一種通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)主備時(shí)鐘相位對(duì)齊的方法，主用時(shí)鐘板和備用時(shí)鐘板上各設(shè)置至少一個(gè)調(diào)頻直接數(shù)字頻率合成器(DDS)和至少一個(gè)調(diào)相DDS，其中調(diào)頻DDS通過(guò)跟蹤外部時(shí)鐘基準(zhǔn)源合成輸出時(shí)鐘所需要的頻率，并在調(diào)相DDS上寫入與所述調(diào)頻DDS的頻率調(diào)節(jié)字相同或成固定比例關(guān)系的頻率調(diào)節(jié)字，輸出相應(yīng)頻率的時(shí)鐘；對(duì)主備用時(shí)鐘板相位關(guān)系進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整備用時(shí)鐘板上調(diào)相DDS的相位寄存器的值，調(diào)整備用時(shí)鐘板的輸出相位，使主備輸出時(shí)鐘的相位對(duì)齊。本發(fā)明提高了相位對(duì)齊的精度，減少了主備時(shí)鐘相位對(duì)齊對(duì)頻率的同步要求，提高了時(shí)鐘系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)H04L29/02GK1658546SQ20041000578
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
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