[发明专利]一种频率自适应的时钟分发与同步方法

权利要求书

1.一种频率自适应的时钟分发与同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：构建基于FPGA高速收发器的基准时钟分发系统，将主节点的基准时钟送入所述基准时钟分发系统的FPGA高速收发器，由所述FPGA高速收发器和光纤将基准时钟传输至从节点，从节点的高速收发器恢复出基准时钟并作为恢复时钟回传至主节点，主节点进行基准时钟和恢复时钟的相位测量，并将相位测量结果反馈给所述基准时钟分发系统的FPGA高速收发器内置的调相模块，由调相模块进行调相，重复进行回传、测量、调相直至主节点的基准时钟与从节点的恢复时钟相位一致；

步骤S2：在主节点提取目标时钟的特征信息；所述目标时钟的特征信息包括：频率信息和相位信息；采用TDC测量对目标时钟的特征信息中的频率信息进行提取，包括：

在主节点用TDC测量得出目标时钟和基准时钟的边沿到来时刻的测量值，将得到的测量值转化为直接数字式频率合成器的频率信息和相位信息，通过所述频率信息和相位信息构造出与目标时钟同频同相的正弦信号 ，为：

（1）

公式（1）中，f是得到的目标时钟的频率信息，f =1/T，T为所述正弦信号的周期计算值；t是目标时钟的边沿到来时刻的测量值；是相位信息；

所述正弦信号的周期计算值T为：

（2）

公式（2）中，t_n是目标时钟的第n个边沿到来时刻的测量值；t₁是目标时钟的第1个边沿到来时刻的测量值；

按以下方式对目标时钟的特征信息中的相位信息进行计算，包括：

若第一次测量的目标时钟边沿后首个基准时钟的边沿在A₁个基准时钟周期后恢复，则该恢复点的首个初始相位值用第一次测量差值T₁表示为：

 （3）

公式（3）中，A₁为整数；T_s是所述基准时钟分发系统的基准时钟的周期；T₁为目标时钟边沿与其后首个基准时钟边沿到来时间点的差值，T₁的获得方法是先测量目标时钟边沿到来时刻t₁和目标时钟边沿后首个基准时钟的边沿到来时刻t_m1，通过以下公式计算得出T₁：

 （4）

经过多次测量得到t₁… t_n和t_m1… t_mn，并计算得到第二次、第三次……第n次测量差值T₂、T₃… T_n，用这些差值表示各初始相位，……，分别为：

（5）

（6）

（7）

公式（5）至（7）中，A₂、A₃……A_n均为整数；

步骤S3：将所述步骤S2提取的目标时钟的特征信息通过所述基准时钟分发系统的FPGA高速收发器传输至从节点，从节点根据获得的目标时钟的特征信息对目标时钟进行恢复，恢复后即完成目标时钟的分发与同步。

2.根据权利要求1所述的频率自适应的时钟分发与同步方法，其特征在于，按以下公式将多次测量得到的初始相位值取平均值作为目标时钟的特征信息中的相位信息，为：

（8）

公式（8）中，为最终的相位信息；n为测量次数；为第一次测量的目标时钟边沿后首个基准时钟的边沿在A₁个基准时钟周期后恢复的恢复点的首个初始相位值；，……为对应于每次测量计算得出的初始相位值。

3.根据权利要求1所述的频率自适应的时钟分发与同步方法，其特征在于，所述步骤S3中，从节点按以下方式根据获得的目标时钟的特征信息中的频率信息和相位信息对目标时钟进行恢复，包括：

从节点利用接收到的目标时钟的频率信息、相位信息和直接数字式频率合成器，构造出与目标时钟同频同相的数字正弦查找表，构造数字正弦查找表所需的频率字、相位字与主节点测得的频率信息f和相位信息对应关系如下：

（9）

（10）

公式（9）、（10）中，f_dds是直接数字式频率合成器的参考时钟；N₁是直接数字式频率合成器中频率的位数；n₁是目标时钟的频率信息计算后的频率字；N₂是直接数字式频率合成器中相位的位数；n₂是目标时钟的频率信息计算后的相位字；

将构造的数字正弦查找表在预计的A₁个基准时钟周期后送入数模转换器恢复出数字正弦信号，目标时钟恢复的初始时间A₁*T_s大于基准时钟分发系统从初始状态到建立稳定的时间t_{sys_su}与数字正弦查找表的数据传输时间t_trans之和，即满足：

（11）

之后将数模转换器输出的数字正弦信号经过滤波器滤波后送入高速甄别器，采用过零甄别的方式得到方波信号，得到的方波信号即为恢复的目标时钟信号。