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TCM-2通用時(shí)間比對模塊及其應用
摘要：美國Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｙｎｃ公司研發(fā)的通用高精度時(shí)間比對模塊能使用戶(hù)方便地開(kāi)發(fā)高精度同步系統，成本低，性能高。因此已在多種時(shí)間、頻率同步系統中得到了應用（如ＧＰＳ、光纖、無(wú)線(xiàn)和時(shí)間雙向傳遞同步系統等）。文章詳細介紹了ＴＣＭ－２的內部結構、工作原理和性能指標，并給出了該模塊在高精度通用計數器、ＣＤＭＡ基站時(shí)鐘以及光纖ＣＤＭＡ同步時(shí)鐘方面的應用電路。１ 概述
美國精密同步公司研發(fā)的通用高精度時(shí)間比對模塊，可提供四通道０．１ｎｓ 分辨率的時(shí)間比對或時(shí)間間隔測量，同時(shí)它還提供多種接口。因此，用戶(hù)可以很方便地用它構成自己的系統或儀器，包括用于時(shí)間／頻率標準、電網(wǎng)電壓向量測量系統、電網(wǎng)故障定位系統、移動(dòng)通信基站時(shí)鐘、ＳＤＨ中的ＢＩＴＳ、多基地雷達系統、ＯＴＤＲ、光纖通信網(wǎng)故障實(shí)時(shí)監測、激光測距以及高精度通用計數器（高精度時(shí)間間隔測量?jì)x）等。
２ 結構原理及引腳功能
ＴＣＭ－２采用雙列直插４８引腳封裝。各引腳的功能如表１所列。其內部結構如圖１所示，具有四通道擴展器、微處理器和ＦＰＧＡ三個(gè)主要功能模塊。
兩事件之間的時(shí)間差通常是用脈沖填充法進(jìn)行測量的。它的測量精度取決于參考時(shí)鐘的頻率。這種方法具有固定的±１計數的誤差。為了提高測量的分辨率，在高精度通用定時(shí)模塊中采用了模擬擴展技術(shù)。
當待測脈沖輸入模塊后，由模塊測量它們的時(shí)刻，并按要求將相應的計算結果通過(guò)串行移位寄存器輸出。
由于被測事件與測量時(shí)鐘之間沒(méi)有確定的相位關(guān)系?但它們之間有一小數周期的差。因此為了提高測量分辨率，系統中的擴展器采用了模擬技術(shù)，并將不足一個(gè)計數的時(shí)間間隔展寬（例如展寬１０００倍），然后再用相同的１０ＭＨｚ時(shí)鐘對展寬了的脈沖計數以達到０．１ｎｓ的分辨率。
ＦＰＧＡ可實(shí)現所有的數字邏輯功能，包括輸入信號的選擇、擴展邏輯、計數器、鎖存器、多路數據選擇、多個(gè)串行移位寄存器、ＰＷＭ等。其中串行移位寄存器又包括ＤＤＳ控制、ＬＥＤ顯示、與外部的數據交換等。
ＦＰＧＡ中的各輸出控制模塊可按使用的要求舍取，例如，當使用ＤＤＳ時(shí)，一般不使用ＰＷＭ。實(shí)際上，在不單獨構成儀器時(shí)也不用ＬＥＤ顯示。
模塊中的單片機可控制整個(gè)工作流程，包括控制各通道的測量、采集測量數據、計算測量數據、與母板的數據交換、接收ＧＰＳ信息或與外部主控制器（如ＰＣ）交換數據及指令等。當以ＧＰＳ為參考源時(shí)，ＧＰＳ通道的測量值可用于計算秒間隔，
從而計算基本時(shí)鐘的頻率，根據計算結果可用另一串行移位寄存器來(lái)調整ＤＤＳ（ＡＤ９８５２）的輸出頻率。模塊的基本時(shí)鐘同時(shí)也是ＤＤＳ的時(shí)鐘。它可控制兩個(gè)ＤＤＳ，以便輸出兩個(gè)不同的頻率。它們共用一個(gè)串行移位寄存器，可由ＤＤＳＣＳ１和ＤＤＳＣＳ２來(lái)選擇。而外部ＤＤＳ（ＡＤ９８５２）則一般工作于串行輸入方式。實(shí)際上，設計時(shí)也可用其它定時(shí)脈沖作為外部參考以校準時(shí)間和頻率。
當輸入待測脈沖多于四種時(shí)，可采用時(shí)分復用的方法進(jìn)行測量。通�？捎赡K內部實(shí)現時(shí)分復用，也可由外部控制實(shí)現時(shí)分復用。
外部控制器通過(guò)串行移位寄存器向模塊發(fā)送操作指令。模塊根據外部控制器的指令來(lái)測量相應通道的信號，然后經(jīng)計算送回外部控制器。
ＴＣＭ－２高精度通用時(shí)間比對模塊還能自動(dòng)識別參考定時(shí)脈沖和基準時(shí)鐘的類(lèi)別，同時(shí)可調整相應的算法。表２給出了ＴＣＭ－２的主要參數指標。
表1 TCM-2引腳分配及功能表
功 能
DDSD18ODDS串行數據線(xiàn)DDSCK19ODDS串行時(shí)鐘線(xiàn)DDSUD/PWM12ODDS輸入數據更新或PWM輸出DDSRST10ODDS芯片復位DDSIORST31ODDS數據口復位DDSCS233O第二片DDS的片選DDSCS135O第一生DDS的片選LEDSD13O串行顯示口數據線(xiàn)LEDSCK14O串行顯示口時(shí)鐘線(xiàn)SDDM2O輸出移位寄存器數據SCKDM3O輸出移位寄存器時(shí)鐘MBUSY4I外部接收移位寄存器滿(mǎn)標志SDMD42I輸入移位寄存器數據SCK MD43I輸入移位寄存器時(shí)鐘DBUSY44O內部移位寄存器滿(mǎn)標志CKO17I輸出時(shí)鐘信號，用于生成定時(shí)脈沖及與對方盤(pán)時(shí)鐘比較CKOX46I對方盤(pán)輸出時(shí)鐘，用于在主/備工作時(shí)與本盤(pán)比較GPS1PPS48IGPS秒脈沖輸入G1PPSD47IGPS秒脈沖直接輸入，用于測量天線(xiàn)延時(shí)1PPSO1O秒脈沖輸出W/FSNCI41I光纖/微波輸入同步脈沖（用于時(shí)間雙向傳遞同步）W/FSNCO40I光纖/微波輸出同步脈沖（用于時(shí)間雙向傳遞同步）W/FORQU45O光纖/微波輸出同步脈沖發(fā)送請求
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