专利名称：一种系统时钟同步装置及方法
技术领域：
本发明涉及在通讯领域中系统时钟同步及无损保护倒换的装置及方法，尤其涉及光通讯领域中的一种多业务传输平台系统和子速率透明复用系统及其自动倒换方法，它能给系统内不同业务和不同速率等级的设备提供统一的时钟和冗余时钟保护，并能完成无损时钟切换。
背景技术：
随着通讯技术和电子技术的迅猛发展，通讯设备中的时钟种类越来越多，时钟频率也越来越高。这一点在承担多业务接入的光通讯设备中尤为突出不同速率等级的业务之间进行速率转换、复用和解复用时不仅要保证时钟同步，并且时钟需要跟踪到同一个网络基准主时钟上。目前，时钟同步系统中各种速率等级的时钟分布在不同的单元中，不利于时钟源的收集，也不利于时钟的分配；而且主从时钟单元各自独立工作，即使主从时钟单元拥有相同的时钟源，主从时钟之间也必然存在难以控制的相位差和频率差，从而导致时钟切换时会引起业务损伤。
因此，现有技术存有缺陷，而有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种系统时钟同步装置及方法，能搜集到系统内各单元的时钟，实现系统内时钟的同步，同时能提供两路相位完全一致的输出时钟供系统内各单元使用。
本发明的技术方案如下一种系统时钟同步装置，其中，其包括多个业务单元、两个互为主从的时钟单元和一个信息交换单元，所述业务单元用于提取接收业务中的时钟，并使用同步后的时钟作为发送业务参考时钟；所述时钟单元用于处理并分配时钟；所述信息交换单元用于把时钟单元和业务单元连接起来，为它们提供时钟连接和数据通讯通道。
所述的装置，其中，所述业务单元还包括带时钟提取功能的业务接收模块、有冗余时钟输入的锁相环和业务发送模块；所述业务接收模块从接收到的业务中提取时钟并输出给所述时钟单元，为时钟单元提供时钟参考源；所述主从时钟单元送回两路频率和相位都相同的时钟给所述业务单元，所述有冗余时钟输入的锁相环将它们进行选择处理后，提供给业务发送模块作为发送参考时钟。
所述的装置，其中，所述主从时钟单元具有相同的结构，都包括时钟选择模块、锁相环和时钟分配模块；所述时钟选择模块用于对系统所有的时钟进行选择，然后输入到锁相环中，锁相环的输出经过所述时钟分配单元后，可以传递给所有的业务单元。
所述的装置，其中，所述主时钟单元用于从所有时钟源中选择出最佳的时钟，进行跟踪锁定处理；所述从时钟单元则一直锁定在主时钟单元的输出时钟上。
所述的装置，其中，所述系统所有的时钟包括所有业务单元传递来的时钟、系统外时钟和主从时钟单元互送时钟。
一种系统时钟同步的方法，其包括以下步骤a)所述业务单元从接收到的业务中提取时钟信号，并获得时钟质量信息，然后通过信息交换单元同时传送给主时钟单元和从时钟单元；b)所述主时钟单元搜集到系统所有的时钟后，锁定在质量最佳的时钟源上，并将产生的时钟分配给所有的业务单元和从时钟单元；所述从时钟单元始终锁定在主时钟单元的输出时钟上；
c)所述业务单元接收到主从时钟单元送来的主从时钟后，经过锁相环处理，锁定在主时钟上，给业务发送模块提供参考时钟；d)当主时钟单元失效后，所述从时钟单元的输出时钟依旧保持主时钟失效之前的频率和相位，同时所述从时钟单元迅速自动倒换成主时钟单元，并开始重新跟踪锁定最佳的时钟源。
e)所述业务单元在主时钟单元失效后，锁相环会进行时钟源倒换，切换到从时钟上，由于从时钟和主时钟有相同的频率和相位，因此时钟源的倒换是无损的，锁相环给业务发送模块提供参考时钟并不会受到影响。
本发明所提供的一种系统时钟同步装置及方法，由于采用业务单元提取接受业务中的时钟并依时钟质量信息进行选择，之前从时钟单元自动向主时钟单元倒换，扩大了时钟源的选择范围，任何进入系统的业务时钟只要时钟质量足够好，都可以成为系统的全局同步时钟；同时本发明的时钟单元中提供了两路相位和频率完全一致的主从冗余时钟，各业务单元可以进行无损时钟倒换。
图1是本发明的时钟同步和冗余保护结构示意图；图2是本发明的所述系统时钟同步装置中的业务单元结构示意图；图3是本发明的所述系统时钟同步装置中时钟单元结构示意图；图4是本发明所述系统时钟同步装置及方法在系统正常时的工作流程图；图5是本发明所述的系统时钟同步装置及方法的主从倒换操作流程图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体技术实施方案作详细的描述。
本发明所述的系统时钟同步装置，其包括多个业务单元、两个互为主从的时钟单元和一个信息交换单元，所述业务单元提取接收业务中的时钟，并使用同步后的时钟作为发送业务参考时钟；时钟单元处理并分配时钟；信息交换单元把时钟单元和业务单元连接起来，为它们提供时钟连接和数据通讯通道。
本发明所述的系统时钟同步系统中有多个业务单元，所述业务单元包括三个模块带时钟提取功能的业务接收模块、有冗余时钟输入的锁相环和业务发送模块。所述业务接收模块从接收到的业务中提取时钟并输出给时钟单元，为时钟单元提供时钟参考源。同时主从时钟单元送回两路频率和相位都相同的时钟给业务单元，有冗余时钟输入的锁相环将它们进行选择处理后，提供给业务发送模块作为发送参考时钟。
本发明所述系统中同时存在主从两个时钟单元，它们具有完全相同的结构，只是工作方式不同。所述时钟单元由时钟选择模块、锁相环和时钟分配模块三部分构成，所述系统所有的时钟都输入到时钟选择模块，包括所有业务单元传递来的时钟、系统外时钟和主从时钟单元互送时钟。经过时钟选择后输入到锁相环中，时钟单元上的锁相环具有锁定、保持和自由震荡功能。锁相环的输出经过时钟分配单元后，可以传递给所有的业务单元。主时钟单元从所有时钟源中选择出最佳的时钟，进行跟踪锁定处理，而从时钟单元则一直锁定在主时钟单元的输出时钟上，这样保证了正常工作时，主从时钟单板的输出时钟的频率和相位一致。
所述业务单元和时钟单元通过信息交换单元连接在一起，信息交换单元为整个系统提供了时钟连接和数据通讯通道它将各业务单元的输出时钟都连接到主备时钟单元上，并将主备时钟单元输出的时钟分别分配到各业务单元上。同时它还在主备时钟单元和业务单元之间建立了通讯总线，用于传输时钟质量信息。
本发明所述系统的工作流程为所述业务单元从接收到的业务中提取时钟信号，并获得时钟质量信息，然后通过信息交换单元同时传送给主时钟单元和从时钟单元；主时钟单元搜集到所有的业务时钟和外部输入时钟后，锁定在质量最佳的时钟源上，并将产生的时钟分配给所有的业务单元和从时钟单元。从时钟单元始终锁定在主时钟单元的输出时钟上，因此主从时钟单元的时钟输出之间频率和相位完全一致。所述业务单元接收到主从时钟单元送来的主从时钟后，经过锁相环处理，锁定在主时钟上，给业务发送模块提供参考时钟。
当主时钟单元失效后，由于时钟单元具备保持功能，从时钟单元的输出时钟依旧保持了主时钟失效之前的频率和相位。同时从时钟单元迅速自动倒换成主时钟单元，并开始重新跟踪锁定最佳的时钟源。这一系列过程中，从时钟单元的输出时钟保持了很好的频率稳定性和相位连续性，从而保证了各业务单元的正常工作。
如图1所示的是本发明所述系统时钟同步装置中时钟同步装置及实现方法的结构示意图。这个装置由业务单元、时钟单元和信息交换单元构成，所述业务单元如图2所示，时钟单元如图3所示。信息交换单元上有四条通道一条是时钟采集通道，各业务单元通过该通道把从业务中提取的时钟送给主时钟单元和从时钟单元；第二条是主时钟分配通道，主时钟单元将产生的主时钟分配给所有的业务单元；第三条是从时钟分配通道，从时钟单元将产生的从时钟分配给所有的业务单元；第四条是数据通讯通道，它为业务单元和时钟单元之间提供了传送时钟质量等级、主从时钟状态等信息的数据总线。信息交换单元可以用背板的方式实现。
如图2所示，本发明的所述业务单元由接收模块、发送模块和带冗余输入的锁相环三部分组成。所述接收模块必须有时钟数据恢复功能(CDRClock and Data Recover)，它从接收到的业务中抽取时钟，然后把时钟及其质量信息通过信息交换单元同时送给主从时钟单元；同时，带冗余输入的锁相环接收到分别来自主时钟单元和从时钟单元的主时钟和从时钟，并锁定在主时钟上，输出一个稳定的时钟给发送模块作为发送参考时钟。正常工作时，锁相环锁定在主时钟上，当主时钟失效后，立即改用从时钟。由于本发明设计的特点，从时钟的频率和相位与失效前的主时钟保持一致，因此这种时钟切换将业务受到的影响和损伤减小到了最小。
如图3所示，时钟单元由时钟选择模块、锁相环和时钟分配模块三部分组成。时钟选择模块可用可编程器件实现，它从时钟单元的所有时钟输入中选择一个，传递给锁相环。时钟单元的锁相环具有自由震荡、保持、锁定等功能，通常用数字锁相环来实现，也可用模拟锁相环和数字锁相环配合使用来实现。时钟分配模块负责锁相环输出时钟的驱动和分配，它可用专用的集成电路来实现。时钟单元的时钟输入有三种业务单元送来的时钟、外部时钟输入和主从时钟单元互送时钟，外部时钟输入是指系统外的时钟设备给本系统提供的时钟。主时钟单元根据各种时钟的质量信息以及外部配置信息来选择最佳时钟源，锁定后产生主时钟，经过时钟驱动器后传送给各业务单板和从时钟单元。所述从时钟单元只能锁定在主时钟上，并产生从时钟，经过时钟驱动器后传送给各业务单板和主时钟单元。主从时钟均采用差分电平传输，可以是CML、LVDS、LVPECL等多种电平。
如图4所示，本发明所述系统时钟同步装置正常工作时所述业务单元上接收模块的时钟数据恢复功能能从接收到的业务中恢复出时钟信号，并获得时钟质量信息；然后通过背板把这两种信号同时传送给主时钟单元和从时钟单元；主时钟单元搜集到所有的业务时钟和外部输入时钟后，通过比较质量等级信息，确定并选择出质量最佳的时钟源送给锁相环，锁相环的输出经过时钟分配模块，分配给各个业务单元和从时钟单元；所述从时钟单元无需进行时钟选择，它的锁相环始终锁定在主时钟单元的输出时钟上，确保主从时钟之间频率和相位一致。每个业务单元都能独立的接收到主从时钟，并在锁相环处理之后，为业务发送模块提供稳定的参考时钟源。
如图5所示，当主时钟板失效后，时钟单元会发生主从倒换，所述从时钟单元变成主时钟单元，其时钟源就不再是时钟单元互送时钟了，它将按照主时钟单元的规则来重新选取时钟源，在更换时钟源的过程中，该时钟单元上的锁相环一直工作在保持状态，保持了主时钟失效前的频率和初始相位，直到重新锁定到新的时钟源上；在从时钟转换成主时钟并锁定的过程中，该时钟一直保持着稳定的频率，并且没有相位跳变。
另外，上层软件也可以直接下发命令完成主备倒换，此时发生系统将进行与图5所示一样的操作。
通过上述具体实施方式
的分析可以看到，利用本发明方法可以使所有业务单元上的时钟同步到系统最佳的时钟源上，并能够保证系统时钟无损保护倒换。
权利要求
1.一种系统时钟同步装置，其特征在于，其包括多个业务单元、两个互为主从的时钟单元和一个信息交换单元，所述业务单元用于提取接收业务中的时钟，并使用同步后的时钟作为发送业务参考时钟；所述时钟单元用于处理并分配时钟；所述信息交换单元用于把时钟单元和业务单元连接起来，为它们提供时钟连接和数据通讯通道。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述业务单元还包括带时钟提取功能的业务接收模块、有冗余时钟输入的锁相环和业务发送模块；所述业务接收模块从接收到的业务中提取时钟并输出给所述时钟单元，为时钟单元提供时钟参考源；所述主从时钟单元送回两路频率和相位都相同的时钟给所述业务单元，所述有冗余时钟输入的锁相环将它们进行选择处理后，提供给业务发送模块作为发送参考时钟。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主从时钟单元具有相同的结构，都包括时钟选择模块、锁相环和时钟分配模块；所述时钟选择模块用于对系统所有的时钟进行选择，然后输入到锁相环中，锁相环的输出经过所述时钟分配单元后，可以传递给所有的业务单元。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述主时钟单元用于从所有时钟源中选择出最佳的时钟，进行跟踪锁定处理；所述从时钟单元则一直锁定在主时钟单元的输出时钟上。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述系统所有的时钟包括所有业务单元传递来的时钟、系统外时钟和主从时钟单元互送时钟。
6.一种如权利要求1所述的系统时钟同步的方法，其包括以下步骤a)所述业务单元从接收到的业务中提取时钟信号，并获得时钟质量信息，然后通过信息交换单元同时传送给主时钟单元和从时钟单元；b)所述主时钟单元搜集到系统所有的时钟后，锁定在质量最佳的时钟源上，并将产生的时钟分配给所有的业务单元和从时钟单元；所述从时钟单元始终锁定在主时钟单元的输出时钟上；c)所述业务单元接收到主从时钟单元送来的主从时钟后，经过锁相环处理，锁定在主时钟上，给业务发送模块提供参考时钟；d)当主时钟单元失效后，所述从时钟单元的输出时钟依旧保持主时钟失效之前的频率和相位，同时所述从时钟单元迅速自动倒换成主时钟单元，并开始重新跟踪锁定最佳的时钟源。e)所述业务单元在主时钟单元失效后，锁相环会进行时钟源倒换，切换到从时钟上，由于从时钟和主时钟有相同的频率和相位，因此时钟源的倒换是无损的，锁相环给业务发送模块提供参考时钟并不会受到影响。
全文摘要
本发明的一种系统时钟同步装置及方法，其包括多个业务单元、两个互为主从的时钟单元和一个信息交换单元，所述业务单元用于提取接收业务中的时钟，并使用同步后的时钟作为发送业务参考时钟；所述时钟单元用于处理并分配时钟；所述信息交换单元用于把时钟单元和业务单元连接起来，为它们提供时钟连接和数据通讯通道。本发明的装置和方法由于采用业务单元提取接受业务中的时钟并依时钟质量信息进行选择，之前从时钟单元自动向主时钟单元倒换，扩大了时钟源的选择范围，任何进入系统的业务时钟只要时钟质量足够好，都可以成为系统的全局同步时钟，并且各业务单元可以进行无损时钟倒换。
文档编号H04L7/04GK1798018SQ20041007771
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者涂勇, 雒宏礼 申请人:中兴通讯股份有限公司