项目研发合作计划汇总

1、项目研发合作计划委 托 人：北京* 电子科技有限公司甲方）研究开发人： 北京大学乙方）、项目基本情况项目名称合作单位北京大学项目负责人联系电话合作企业名称北京 * 电子科技有限公司注册地址企业法人联系电话合作企业性质（请打）国有； 民营； 股份制；有限公司 ； 其他（请说明 ）。合作方式（请打）合作开发 ； 委托开发； 技术攻关； 其他 。企业对项目研发具体要求项目一、标的技术的内容，范围及要求甲方的主要义务为： 筹措并按期支付研究经费 指派专人负责本项目，参与研究方案和有关学术讨论；协调研究过程中的事宜； 及时验收阶段及总体研究成果乙方的主要义务为：就 * 项目的开发提供必要的实验设备及仪器

2、，安排相关硕士、博士研究 生参与项目研究。二、应达到的技术指标和参数指标性要求：详情请见附件 1 * 技术协议技术说明文件。三、研究开发经费、报酬及其支付或结算方式（一）研究开发经费是指完成项目研究开发工作所需的成本，报酬是指本项目开发 成果的使用费和研究开发人员的科研补贴。本项目研究开发经费和报酬（大写）捌万元正，甲方承担项目的研究开发经费并 提供实习场所及设备。乙方为本项目提供必要的试验设备及仪器，并安排硕士、博士研 究生参与项目研究。（二 ）此项目产生相关研究成果归甲方所有， 乙方对项目过程中产生的论文及研究成 果检定享有署名权和发表权。乙方可以将该研究成果用于教学科研。四、履行的期限、

3、地点和方式本合同自 2009年 7月25日至 2010年12月24日在北京履行。五、技术情报和资料的保密1、保密期内，乙方应对本合同标的所涉及的全部技术资料和研究开发成果承担保 密义务。2、保密期自 2009年 7月25日至 2010年 12月 24日。3、除甲方书面同意外，乙方在此期限内不得泄露上述任何资料给第三方。六、技术成果的归属和分享1、专利申请权：专利申请权归甲方享有2、技术秘密的使用权、转让权：技术秘密的使用权和转让权归甲方享有。甲方拥有甲方的业务流程和乙方专门为甲方这个项目软件所有的版权以及源代码 和其他提交物的所有权。甲乙双方不得将学科软件向无关的第三方 （双方书面同意与此系统

4、有关的必要业务 关联方除外）提供、销售、出租、出借、转让或提供分许可、转许可、通过信息网络传 播或其他形式供人利用。七、验收的标准和方式 研究开发所完成的技术成果，达到了本合同第二条所列技术指标，按预定标准，采 用实地验收方式验收，有甲方出具技术项目验收证明。八、风险责任的承担 在履行本合同的过程中，确因在现有水平和条件下难以克服的技术困难，导致研究 开发部分或全部失败所造成的损失，风险责任有甲方承担100%，乙方承担 0% 。但乙方发现欠款所列可能导致研究开发失败或部分失败的情形时， 应当及时通知甲 方并采取措施减少损失。没有及时通知并采取适当措施，致使损失扩大的，应就扩大的 损失承担责任。

5、二、项目说明一、立项理由： 1、项目的目的：应用 GPS 进行时间同步的产品和解决方案在国外已经相对成熟，这些公司的时钟参考 源产品具有输出信号丰富、成熟可靠、人机界面友好、但其缺点是价格昂贵，另外由于受一 些条件的制约，这些产品中无法将北斗接收机集成在其产品当中，缺少卫星冗余参考源。在国内从事同步时钟产品的研发力量还相对较弱，目前国内厂商提供的大部分 GPS 同 步时钟产品其实只是应用 GPS 授时技术、输出时间码信息的授时产品，或提供时间频率参 考信号， 但不能提供灵活配置的综合性时间频率参考源产品， 尤其在频率智能驯服领域以及 PTP 时间同步领域的技术十分薄弱。国内少数大型的电信设备制

6、造商等在相关领域投入了一定的研发力量， 具备相关同类产 品，但主要是只为自己的基站系统定制生产时间同步系统， 并没有将其设计为通用的时间同 步系统为所有的电信设备制造商或系统集成商使用。本项目产品创新性的融合了冗余参考源无缝切换技术、高精度时间间隔测量 TIC 技术、 自适应精密频率测控技术、 PTP 产生和接收技术以及 Synclock 总线技术，采用模块化设计， 支持在同一平台下灵活配置多种模块，能够输出高精度的10MHz 、1pps、E1、 IRIG-B 码、NTP、 TOD 等时频码信号，同时具备产生和接收PTP 信号功能，打破了国内现有产品功能单一的局面， 成为替代国外昂贵同步时钟产

7、品的具有竞争力的产品， 可以为移动通信领域的 基站同步系统、 集群通信系统、 无线网络系统等设备提供高精度的时间和频率参考信号， 全 面解决移动通信领域的各种时钟同步需求。2、项目的意义：时间和频率是当今科学技术中一个十分重要的基础参量。 时间和频率的同步对于移动通 信、广播电视、电力、天文观测、航天军工等等行业都具有十分重要的意义。GPS卫星授时方案相对成熟，而我国自主的 “北斗 ”卫星授时系统的建成和发展，使许多 重要应用领域都提出了不依赖 GPS系统、自主授时的强烈需求，而基于 GPS北斗双模技术的 时间同步系统是近几年迅速发展起来的一项新技术， 其融合了 GPS北斗高精度冗余卫星授时

8、技术和高精度时间戳地面数据链路传输技术， 能可靠地提供高精度、 高可靠性的时间和频率 参考信号， 将极大推动国内移动通信、 广播电视和电力等领域的同步系统的建设、 改造更新需求，为国内时频产业带来巨大的市场前景。3、项目的必要性：目前在新一代移动通信领域（如 cdma2000和TD-SCDMA 系统）中，对于高精度时间同 步需求越来越高，比较传统的解决方案是利用GPS系统来实现，但是通过在每个基站加装GPS模块来解决基站时间同步问题，存在安全性和可靠性问题。GPS系统由美国军方开发和控制， 可进行局部性能劣化设置和限制使用， 因此在战争等 特殊情况下对整网运行带来安全隐患。针对 GPS的安全性

9、问题，目前有两种替代 GPS提供高精度时间同步的方式：采用我国自 主研发的北斗卫星授时和 GPS冗余系统，或者通过地面传输网络 PTP技术提供高精度时间传 递，以保障 3G移动通信网络的安全可靠性。目前国内厂商提供的大部分 GPS同步时钟产品其实只是应用 GPS授时技术、 输出时间码 信息的授时产品， 或提供时间频率参考信号， 但不能提供灵活配置的综合性时间频率参考源 产品，尤其在频率智能驯服领域以及 PTP时间同步领域的技术十分薄弱，只有大型的电信设 备制造商（比如华为，中兴）等在相关领域投入了一定的研发力量。而国外同行业在卫星时 钟参考源方面的研究比较早，主要包括美国 Symmetrico

10、m 、法国 TEMEX 、瑞士 OSA 等公司， 这些公司的时钟参考源产品具有输出信号丰富、 成熟可靠、 人机界面友好、 但其缺点是价格 昂贵，另外由于受一些条件的制约，这些产品中无法将北斗接收机集成在其产品当中。二、市场分析1.项目产品市场概况及需求情况GPS 卫星授时方案相对成熟，而我国自主的“北斗”卫星授时系统的建成和发展，使 许多重要应用领域都提出了不依赖GPS 系统、自主授时的强烈需求，而基于GPS 北斗双模技术的时间同步系统是近几年迅速发展起来的一项新技术，其融合了 GPS 北斗高精度冗余 卫星授时技术和高精度时间戳地面数据链路传输技术， 能可靠地提供高精度、 高可靠性的时 间和频

11、率参考信号，将极大推动国内移动通信、广播电视和电力等领域的同步系统的建设、 改造更新需求，为国内时频产业带来巨大的市场前景。应用 GPS 进行时间同步的产品和解决方案在国外已经相对成熟，主要包括美国 Symmetricom 、法国 TEMEX 、瑞士 OSA 等公司，这些公司的时钟参考源产品具有输出信号 丰富、成熟可靠、人机界面友好、但其缺点是价格昂贵，另外由于受一些条件的制约，这些 产品中无法将北斗接收机集成在其产品当中，缺少卫星冗余参考源。在国内从事同步时钟产品的研发力量还相对较弱， 主要有四川星华、 中科院陕西天文台 等单位以及一些新兴的高新技术企业从事该行业产品的开发，但大都未形成产业

12、化的规模， 目前国内厂商提供的大部分 GPS同步时钟产品其实只是应用 GPS 授时技术、 输出时间码信 息的授时产品， 或提供时间频率参考信号， 但不能提供灵活配置的综合性时间频率参考源产 品，尤其在频率智能驯服领域以及 PTP 时间同步领域的技术十分薄弱。国内少数大型的电信设备制造商 （比如华为， 中兴） 等在相关领域投入了一定的研发力 量，具备相关同类产品， 但大型的电信设备制作商只为自己的基站系统定制生产时间同步系 统，并没有将其设计为通用的时间同步系统为所有的电信设备制造商或系统集成商使用， 而 我公司的这个项目产品可以通过其低成本、高精度以及易用性等特点填补这一市场空白。2. 项目产

13、品的目标市场应用领域 1：移动通信领域基站时间同步系统， 如 cdma2000 和 TD-SCDMA 系统、 LTE 系统满足数字同步网独立型节点从钟设备技术要求及测试方法 YD/T 1011-99、数字同 步节点时钟系列及其定时特性 YD/T 1012-1999 、SDH 设备技术要求时钟 YD/T 900-1997 、 ITU-T G.703 等规范要求，能够适应移动通信领域各应用级别对时间同步的要求。应用领域 2：移动通信领域数字集群系统、区域无线网络系统 数字集群系统中同频同播系统和区域无线网络系统中基站发射频率的漂移及时延是决 定系统能否正常运行的关键问题， 本系统产品完全可以提供高

14、精度且稳定射频频率以及同步 相关数据，作为频率基准和数据同步源，保证各基站的频率高度同步。应用领域 3：数字广播电视领域单频网同步时钟等本系统产品通过设置 TOD 格式即可满足 GY/Z 234-2008 移动多媒体广播复用实施指 南相关规范，可以为数字广播电视领域的单频网适配器、上变频器、发射机、复用器、精 密偏置激励器等系统提供高精度的时间和频率参考信号。应用领域 4：政府金融、科研院所、航天测控和交通电力等需要计算机时间同步领域本 产品组成网络时间服务器支持 PTP、NTP 、 SNTP 等网络时间同步协议，适用于局域网络高 可靠性时间同步。可以广泛应用于政府、金融、交通、电力、工业、以

15、及国防等领域，为计 算机网络、计算机应用系统、信息系统、通信系统、流程控制管理、特种设备等提供精准的标准时间信号。三、国内外技术水平及发展趋势1. 国内外研发现状移动通信同步时钟技术是近年来迅速发展起来的一种高精度时钟同步技术，应用 GPS 进行时间同步的产品和解决方案在国外已经相对成熟， 在国内从事同步时钟产品的研发力量 还相对较弱， 主要有四川星华、 中科院陕西天文台等单位以及一些新兴的高新技术企业从事 该行业产品的开发，但大都未形成产业化的规模。目前国内厂商提供的大部分 GPS 同步时钟产品其实只是应用 GPS授时技术、 输出时间 码信息的授时产品， 或提供时间频率参考信号， 但不能提供

16、灵活配置的综合性时间频率参考 源产品，尤其在频率智能驯服领域以及 PTP 时间同步领域的技术十分薄弱，只有大型的电 信设备制造商（比如华为，中兴）等在相关领域投入了一定的研发力量。而国外同行业在卫 星时钟参考源方面的研究比较早，主要包括美国 Symmetricom 、法国 TEMEX 、瑞士 OSA 等公司，这些公司的时钟参考源产品具有输出信号丰富、 成熟可靠、人机界面友好、但其缺 点是价格昂贵， 另外由于受一些条件的制约， 这些产品中无法将北斗接收机集成在其产品当 中。本公司将在多年时间频率测试仪器、 卫星时钟参考源研发经验的基础之上， 依靠自主研 发提供高端的时间频率参考源产品， 打破国外

17、产品在国内的垄断地位， 为国内移动通信、 广 播电视等行业提供配置灵活、可靠、高性价比的时钟产品。2. 技术领域发展趋势现在，国际上使用最多的原子钟的震荡频率通常是数纳秒（一纳秒10 亿分之一秒） ，它是通过调整超高频激光， 使之和铯原子钟发射的光波频率相匹配而实现的。 一般说全球卫 星定位系统携带原子钟（铷钟、铯钟和氢钟） ，因其结构紧凑，可靠性高，寿命长，所以满但科学家们仍然希望能有振荡频率更快的时钟， 用于科学前沿问题的研究， 例如弄清决 定电磁互作用强度的所谓精细结构是否真的稳定等问题。 科学家们认为， 这种新型时钟应当 易于制造，且振荡频率应比相对较低的微波频率快 1000 倍。问题

18、是，目前没有一种装置能 够如此快的计数。近期美国科学家研制出“光学传动装置” ，这种装置可将激光光波的高速 振动转化成振荡系数正好慢 100 万倍的激光强度波动， 并利用标准检波器显示激光强度在 秒内所振荡的次数， 然后将得到的数值乘上 100 万。这种新型 “光钟”的精度至少是最好的 铯原子钟的 1000 倍。但是，不同光波之间和某一光波与铯微波频标之间的频差测量都是极 其庞大复杂，价格昂贵的工程。光钟的研制将成为国际计量发展的一个新热点。同时，科学家们正在把其他量转换成时频量进行测量。第一个完成这种转换的是长度。 目前利用飞秒（ 1E-16 ）激光脉冲所产生的梳状频谱与微波频率联系起来，这

19、样就可以实现 长度和时间基准的比对。再就是电学量。 当两块低温（液氮） 超导金属充分接近， 其间相隔仅为约纳米的绝缘 层时便形成超导结， 若在结的两端施加直流电压， 结上即会产生高频超导电流。 这时约瑟夫 森效应的宏观现象， 是一种量子力学隧道穿透效应， 其频率即可与电压挂钩， 单个结显示为 若干毫伏，上千个结叠加起来可获得1 伏或 10 伏的电压。另一方面，量子化霍尔效应产生了量子化电阻，使电阻取决于基本物理常数和一个整数值。利用物理关系把温度转换为频率的研究正在进行之中， 比如某些材料和四极矩的共振频 率随温度而变化。 质量和物质的量与频率的关系， 也正在探索之中， 比如利用电功率与机械

20、的等价性， 先确定力再定义质量单位； 或者通过一定数量的基本粒子和阿伏加德罗常数的精 确测量来实现质量和物质的量。 事实上， 计量单位的基础已由或正在由宏观实物体系过渡到 微观量子体系，从而大大提高了单位实现的准确性、稳定性、可靠性和普通适用性。时间频率的研究和发展应有超前性， 一个研讨中继续提高复现准确度的可能方案是提高 自身频率， 即从微波段过渡到光频段， 而当未来用光频标取代目前实用的铯原子微波频率基 准时，对秒的定义就会再次发生改变。时间和频率的研究与发展需要利用当代最新的科技成果， 包括新理论、 新原理、 新方法 来精确定义和实现计量单位， 反过来又为新的科技发展提供可靠的测量基础；

21、 而其本身就是 科学的前沿研究， 具有基础性、 探索性、 先行性的特点， 是国民经济、 社会发展的技术基础。四、开发方案1. 项目内容“* ”融合了冗余参考源无缝切换技术、 高精度时间间隔测量 TIC 技术、 自适 应精密频率测控技术、 PTP 产生和接收技术以及 Synclock 总线技术，具备高可靠性、高精 度和灵活配置、 易于扩展等特点， 能够输出高精度的 10MHz 和 1pps 时频参考信号， 同时能 够接收和和产生 PTP 时间信号，为移动通信系统系统中的核心网及基站设备提供高精度的 时间和频率参考信号。并可以支持输出IRIG-B 码、 E1、 NTP、 TOD 、2.048M b

22、/s 等信号。 配合 SyncMonitor 软件支持通过 RS232 和 LAN 接口实现对同步时钟工作状态的远程监视和 控制。冗余参考源无缝切换技术 该技术保证了系统在某一信号突然中断时仍能继续可靠工作，目前支持接入美国GPS、中国北斗、俄罗斯 GLONASS 卫星和地面链路传输过来的 PTP 时间信号。由于这些系统的 时钟源相对独立， 因此在产生切换的过程中会产生一个相对而言较大的突变， 这类突变会给 整个测试系统带来一定的影响， 因此在切换过程中需使用相应的平滑过渡技术， 使该类切换 所造成的损失减小到最小的程度。在本项目产品中配置的三种时间参考源的精度基本一致， 因此在如何选择最优参

23、考源及 判断其状态需要有相应的互相比较的机制。 我们采用的方法是将这三个时间基准信号与本地 参考时钟的分频秒脉冲进行比较。 各自的鉴相器将获得的测试数据进行数字滤波， 平滑， 去 除坏点以及抖动， 并根据历史统计数据进行比较， 同时利用各自参考源输出的数据状态进行 比较，来确定如何选择参考源。本项目产品可支持配置的我国自主的北斗授时接收机作为主参考时基，或者选择北斗/GPS 组合同步时钟模块、 GPS/GLONASS 组合时钟模块等，能够大大降低对GPS 系统的依赖，从而提高同步时钟的可靠性和冗余性。采用北斗 /GPS 组合时钟模块具有智能状态切换 功能，智能判别北斗和 GPS 系统的工作状态

24、，并提供多种时间基准配置方法。当GPS 授时不稳定或不可用时，能够自动切换到北斗系统上；如果GPS/北斗系统都被干扰不可用时，依靠高稳晶振工作于保持状态，继续提供高精度频率和时间信号输出。在以上状态切换时， 采用时间无缝切换技术， 能够以 1ns 的精度实现输出时间和频率参考源的切换， 不会导致时 间输出信号的跳变。详细原理如图所示：参考源无缝切换原理图（图略）高精度时间间隔测量 TIC 技术 :时间和频率是倒数关系，通过变换得到下式：（图略）此式表明， 频差的测量可以转换为相位差的测量值， 而且加大测量的采样周期可以得到 更精确的频差， 但这是平均频差。 在实际的高精度时频测量和控制系统中，

25、 采样间隔太大测 量得到的平均频差是没有意义的， 在此状态下测得的频差与当时实际的频差是有差异的。 因 此在系统的设计中采用较高分辨率的相位测量单元是十分必要的， 这样可以在较短的采样时 间内测量得到更高的频差测量精度， 也就是说时间间隔测量精度直接决定了最终频率准确度 测量结果。本系统采用双内插时间间隔计数技术，设计了TDC （ Time to Digital Converter ）专用芯片配合 FPGA 实现 TIC 的方案，能够达到 1ns 的测量精度。下图是高分辨率时间间隔测量 模块的原理框图（图略）高精度时间间隔测量原理框图本地发送和接收的两个 1pps 信号通过同轴电缆输入时间间隔

26、测量系统，经过阻抗匹配 与信号隔离电路之后进入两路高速比较器。 两路高速比较器获得差分 ECL 电平的 START 和 STOP 脉冲同时送入 FPGA 和专用 TDC 芯片。在 FPGA 内部采用双内插时间间隔计数法精 确测量时间间隔，下图是双内插计数法的时序图（图略）双内插计数法时序图STARTA 上跳沿与 STOPA 上跳沿之间是待测量的时间间隔T，将 STARTA 与 STOPA异或可以得到主计数器的计数使能区间。 主计数器时间段的前后两个不大于主计数器时钟周 期的时间区间分别送入两路 TDC 做精确时间量化，量化值分别为 NA 和 NB ，量化步长分 别为 A 和 B 。主计数器时钟

27、周期为 T0，计数结果为 NC 。则待测时间间隔 T 可以由下式表示。 START 和 STOP 脉冲与参考时钟的第一个上升沿之间的待量化时间间隔送入专用 TDC 芯片测量 TDC 芯片的作用是测量 START 和 STOP 脉冲与第一个参考时钟上升沿之间的时间间隔， 两 次测量可以时分复用同一个 TDC 通道，由 FPGA 给出控制信号选通两路高速比较器即可以 实现复用。 FPGA 内部实现双内插器、主计数器以及其他一些外围电路接口。主计数器以参 考时钟计数并将计数结果送入双口 RAM ，之后中断 CPU，由 CPU 到预定地址读取主计数 器结果。 CPU 主要完成对整个系统的控制功能、时间

28、测量值的计算和测量数据的后续处理 工作，包括通过 FPGA 调节 DAC 的输出电平；将测量数据通过串口输出等功能。自适应精密频率测控技术卫星同步时钟常用的频率测量方法是根据时差的变化量来计算的。 由于系统的参考信号 引入较大的抖动， 而时钟源所要求的是在长期平均情况下的稳定度， 因此在对振荡器的运动 模型进行拟合之前，先采用 Kalman 滤波算法对测量的时差结果进行滤波评估，以提高数据 测量精度。 而后按照一定的数据观测窗口对振荡器的频率偏差进行评估测算， 得到振荡器的 频率模型， 根据测算结果不断调整振荡器的控制电压。 在系统运行的不同阶段， 自动地调节 控制电压的调节幅度和频率，保证振

29、荡器输出最优的短期和长期稳定度。自适应精密频率测控技术 （以下简称 TFDE ，Time and Frequnecy Disciplined Engine ）是 本项目的核心部分之一， 获取卫星参考时间， 采用相应的频率测控算法， 不断测量并调节本 地振荡器（一般为晶体振荡器或铷原子振荡器）的 10MHz 输出信号同步到参考秒脉冲上， 从而提高了本地振荡器输出频率信号的准确度和长期稳定性。TFDE 的 1pps时间信息是 GPS或北斗驯服晶振输出 10MHz 信号经过 10,000,000次分频 后得到 1pps 信号，同步于卫星参考时间，却不受卫星秒脉冲短时间随机跳变带来的影响， 同时又严格

30、相位同步于同步时钟输出载波信号，这种特性特别适合于移动通信系统特别是 CDMA 基站时频同步的需要。当卫星出现异常或不可用时，该产品能够自动切换到保持模 式（ Holdover mode ），利用高效的智能保持算法，继续提供高可靠性的时间和频率基准信息 输出，在短时间内保持较高的精度。同步时钟源前面板液晶屏和指示灯分别显示标准时间和设备工作状态， 也可利用远程监 控模块通过 RS232 和 LAN 接口， 远程监视并控制同步时钟的运行状态，下图为自适应精密 频率测控技术原理框图（图略）1） TFDE 组成自适应精密频率测控技术原理框图各组成部分的主要功能有：* 本地振荡器： 提供原始的频率参考

31、信号。 10MHz 信号被 10,000,000 分频后得到 1pps 信号送到 TIC 模块，与授时接收机比对时差。本振的另外一路 10MHz 信号被送到时间频率 同步模块，并最终输出， * 作为 TFDE 的时间和频率参考基准。本振还同时为 TIC 时间间 隔测量模块提供参考时钟信号。* 授时接收机： 为 TFDE 提供时间溯源的参考信号。 从可靠性的角度出发， 系统还可以 采用我国自主的北斗系统授时接收机，或者利用 PTP 接收引擎来获取参考时钟源。* 时间间隔测量：测量 GPS 接收机和本振分频秒产生的秒脉冲之间的时差，时间间隔 测量精度优于 1ns。* 频率驯服算法： 根据时间间隔测

32、量模块测得的时间间隔结果， 计算评估本振的频率准 确度信息。* 时间频率同步模块：根据频率驯服算法和微处理器的命令不断调整本振输出 10MHz 频率，并将 1pps 信号同步到时间参考源上。* 微处理器： 完成卫星接收机状态的监测， 根据授时参考源的工作状态调整 TFDE 的工 作模式，并输出 TFDE 的工作状态等年息。2） TFDE 工作模式自适应精密频率测控工作模式流程图如下（图略）自适应精密频率测控模式流程图TFDE 的工作模式有 3 种：跟踪、保持、自由运行。主要是根据作为参考时钟源的授 时接收机的跟踪状态以及本振的频率测量过程来区分的。* 跟踪模式：开机预热约 20 分钟后，如果参

33、考时钟源和本振都运行正常， TFDE 进入 跟踪工作模式， 不断测量并调校内置振荡器的输出频率， 使之精密同步于参考时钟系统， 输 出高精度的时间和频率同步信号。* 保持模式： 当参考时钟源系统不可用时， 系统将自动寻找下一个参考时钟源， 并切换 到可用的参考时钟源， 如果系统监测到全部的参考时钟源均不可用时， 设备自动进入保持模 式。系统将依靠内置高稳晶振继续提供高精度的同步信号。 但随着保持时间的增加， 同步精 度也会逐渐降低。 当有一个参考时钟源重新工作正常后， 系统重新进入跟踪模式， 使晶振同 步于选定的参考时钟源系统。 本项目产品具有 “智能时钟保持算法 ”，在跟踪晶振过程中能够 不

34、断 “学习 ”晶振的漂移等特性，并将这些参数存入板载存储器中。* 自由运行模式：当参考时钟源系统长时间不可用后， TFDE 进入自由运行模式，主要依 靠晶振本身的自由运行性能，输出参考频率和时间信号。PTP 产生和接收技术：PTP 系统原理图如下（图略）精确时间同步系统体系结构图PTP 产生和接收技术是本系统需要解决的另外一个核心技术。PTP 技术是一种基于网络的时间同步技术，其具体内容可参考 IEEE1588 V2 的内容。 TCP/IP 网络由于网络本身的特 点不是一个非常适合同步信号传输的媒介。 在 PTP 之前的网络同步解决方案只有 NTP 协议， 该协议只能够完成时间信息的同步，而无

35、法完成秒脉冲的同步，而 PTP 技术由于采用了硬 件时间戳的方 式，从而可以完成除时间以外的秒脉冲同步的传递，其同步精度可以达到 100nS-1uS 之间。在项目中我们主要完成了下列 PTP 技术的实现： PTP 数据的组帧功能：按照 IEEE1588 V2 协议的内容完成 PTP 的组帧，当 PTP 协议的 sync 和 Delay_Req 消息的同步消息进行传 输时，当相关信息穿过 PTP 的时间戳点时，可以识别消息的时间戳点硬件时间戳标记功能， 在我们设计的模块中，是通过特殊的硬件时间戳模块而不是通过软件来实现 IEEE1588 标准 中的时间关键部分。硬件时间戳模块作为独立的组件实现，

36、并具有特定的接口。而 IEEE1588 标准的功能是 通过软件和协议来完成的， 因此我们组件的同步精度会更高。 硬件时间戳模块具有实时时钟 （RTC）、电路消息检测器（ MD ），中间存储器（ FIFO）、消息处理器（ MM ）、消息时间戳 点存储器 MTP 以及锁相环（ PLL ）等电路 完成了 PTP协议的软件处理功能，利用 PTP 标 准传输模式， 我们可以计算出网络传输延时以及时钟本身的抖动， 通过统计计算以及相应的 补偿算法可以在从钟获取精度较高的同步效果。SynClock 总线技术SynClock 总线结构图如下（图略）SYNCLOCK 总线结构图本项目产品创新性的采用了 SynC

37、lock 总线技术， 所有模块都通过 SynClock 总线进行通 信和交互， 具有更强的可扩展性和灵活性， 能够满足快速变化的不同市场需求。 同时采用总 线技术设计之后的同步时钟简化了各个模块设计分复杂度和设计难度， 更利于批量生产各种 模块，能够提高系统整体的可靠性，降低同步时钟系统的研发和维护费用。SynClock 总线中包含 10MHz 、1pps、I2C 控制总线、 电源以及其他控制线等。 在 SynClock 总线上 TFDE 模块、电源模块以及控制接口模块是至少配置的， TFDE 时间频率参考源提供 所有模块都需要的 10MHz 和 1pps 信号，电源模块提供所有模块需要的多路

38、电源信号， 而控 制接口完成与同步时钟界面显示及交互的控制工作。其他模块都通过总线交互各自工作状 态，并扩展输出更多的时频同步信号。由于该产品涉及的内容众多， 我们在研发该产品的时候采取了以成熟产品为依托， 分模 块开发，重点解决 PTP 同步问题和各参考源无缝切换时的平滑过度问题，针对时间频率驯 服模块重新建立了数学模型和试验测试手段， 获取了大量的原始测量数据并进行了统计分析 和仿真， 然后建立了试验原型机进行测试， 修正其中的错误， 并进行老化试验和用户测试等 工作，具体开发流程如下图所示（图略）开发流程图2. 关键技术成熟性分析采用的现有成熟关键技术：NTP 网络时间同步技术；主要用来

39、实现局域网内计算机实现时间同步，在局域网环境 中，测量误差可以控制在 1ms 量级。频率合成技术：通过数字锁相环和 DDS 等成熟芯片实现各种期望频率的输出。 频率分配放大技术： 将输出的频率信号进行隔离， 降噪和放大处理， 以满足用户多种用 途的需要秒脉冲分配驱动技术： 将生成的秒脉冲信号进行分配驱动以驱动多个接口的输出。IRIG-B 码以及 DCF-77 编码技术：利用 TOD 信息和同步秒脉冲以及 10MHz 信号来根 据 IRIG-B 标准和 DCF-77 生成标准的时间码格式。IIC 总线传递技术：完成各模块之间的数据传递 电源冗余备份技术：实现直流直流，交流交流，交流直流之间电源的

40、互相备份。RS-232 RS-485 电平转换技术：主要实现数据的串行通信。 智能时钟保持技术：能够在跟踪测量晶振频率的过程中，不断“学习”晶振的漂移、 温度特性等特性，并将这些参数存入板载存储器中。当参考时钟出现异常或不可用时，同 步时钟能够 自动切换到保持模式， 利用已保存的晶振特性数据在一定时间内继续调节晶振 的输出频率，在短时间内保证高可靠性的时间和频率基准信息输出，从而大大提高同步时 钟的保持精度。高精度时间间隔测量技术：以 ns 为时间间隔测量精度来测量脉冲宽度卫星参考源和 本振分频秒产生的秒脉冲之间的时差。已攻克的关键技术：自适应精密频率驯服技术： 采用 * 电子自主开发的的精密

41、频率测控算法， 首先对高精 度时间间隔测量结果进行 Kalman 滤波估计，得到时差估计值；然后通过曲线拟合的方法 得到压控振荡器运行状态的模型估计曲线，计算出压控振荡器频率的修正量，对振荡器进 行频率调节修正。应用该项技术生产的HJ5432、 HJ5436 等系列 GPS 频率标准能够达到1E-12 的平均准确度，达到国内领先水平。冗余参考源无缝切换技术：保证了系统在某一信号突然中断时仍能继续可靠工作，目 前支持接入美国 GPS、中国北斗、俄罗斯 GLONASS 卫星。由于这些系统的时钟源相对独 立，因此在产生切换的过程中会产生一个相对而言较大的突变，这类突变会给整个测试系 统带来一定的影响，因此在切换过程中需使用相应的平滑过度技术，使该类切换所造成的 损失减小到最小的程度。PTP 产生和接收技术： PTP 技术目前在国外已经有了一定的进展， 但如何实现该技术的 方案却介绍的比较少，因此必须在全面了解该协议的情况通过自己构建相关的硬件平台并 实现软件算法来实现，其中遇到的最大困难是资料较少，必须要靠自己摸索Synclock 总线技术： 所有模块都通过 SynClock 总线进行交互通信， 具有更强的可扩展 性和灵活性，能够满足快速变