专利名称：使用编码的时间信号同步采样和日历钟的系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及一种采样模拟输入信号以生成相应的数字信号的电子设备，更具体地涉及多个这样的设备中的采样功能的同步。
背景技术：
各种电子设备，例如包括电力系统的保护继电器和电量计，通过模拟-数字转换器采样模拟输入信号以产生数字信号，接着将该数字信号处理以从与设备的功能相关的输入信号产生特定信息。根据需要，响应上述信息，对设备进行适当的操作。例如，在保护继电器中，如果输入信号的信息指示电力线上的故障，那么设备可电力线上的那部分的电流开关跳闸。
在特定的情况/系统设置中，多个设备同时采样模拟输入信号是很重要的，再例如，在多个保护继电器中同时采样线电压和电流输入信号是很重要的。当设备的位置没有设置为彼此接近时，这提出了挑战。然而，已知了关于将输入同步采样到多个电子设备的大量解决办法。一个这样的系统使用从全球定位系统获得的重复时间脉冲。
很多使用采样功能的电子设备也具有日历钟和日历，设备将其用于时间标记具体报告或者设备生成的其它信息。这样的报告的一个示例是电力系统保护继电器的示波器报告；另一个示例是电量计的收入(revenue)报告。在多个装置中的日历钟是同步的，在相同时刻准时地报告相同的时间是很重要的。很多电流装置使用编码的日时信号，如IRIG-B信号，以同步它们的内部日历钟。
根据目前的配置，大多数这样的设备使用两个控制信号以完成所需的同步，一个控制源是周期脉冲，通过该周期脉冲每个装置同步其要测量的输入信号的采样，而其它的控制源是非周期编码的日时信号(time-of-day signal)，设备将其日历钟与所述日时信号同步。
当证明两个控制信号是可使用时，需要单个控制信号以同步电子设备中的数据采样(或其它周期操作)和日历钟。
发明内容
相应地，本发明是用于使用编码的时间信号同步多个电子设备的模拟信号输入采样的系统，包括外部生成的编码的时间信号，其被提供给多个电子设备，适用于确保电子设备的精确的日历钟同步；边缘检测器，其响应编码的时间信号以根据编码的时间信号的边缘生成一连串脉冲；和生成输出采样同步信号的锁相环装置，该采样同步信号被锁相于边缘检测器的输出的所述脉冲，以使在每个预定时间段的开始出现输出采样同步信号，同时以每个连续预定时间的开始之间的间隔均匀地间隔开连续的同步信号，从而同步在所述多个设备中的数据采样。
图1A-1C示出了对IRIG-B时间信号的编码；图2是示出了表示日时的一秒钟的完整IRIG-B信号帧的图；图3是示出了使用编码的时间信号以生成采样同步信号的本发明的系统的示意图；图4是图3所示的系统的可替换系统的示意图。
具体实施例方式
在本发明中，编码的日时信号，例如IRIG-B信号，其目前用于在多个电子设备中同步日历钟，也可用于为同样多个设备生成采样同步信号，一个用于采样而另一个用于计时，而不是具有两个独立的同步信号。尽管所述实施例涉及采样信号，应该明白编码的日时信号可用于其它设备工作的同步，例如其中包括各种测试过程和通信过程的同步。
在本系统的所述实施例中，编码的日时信号是IRIG-B(美国陆军IRIG标准200-89)。然而，应该明白本发明不限于IRIG-B信号；此外，任何用于将多个电子设备中的时钟同步的编码的时间信号，也可用于生成同步数据采样信号。
在图1A-1C中示出了常规IRIG-B时间信号，其使用脉冲宽度调制来编码涉及日时的信息。在10毫秒比特，将二进制编码数字编码为12所示的0(2毫秒脉冲宽度)或者14所示的1(5毫秒脉冲宽度)。每个IRIG-B完整帧(图2所示的单个帧)表示时间的一秒。各个帧用于每个连续秒。每个IRIG-B帧由两个连续“P”比特从下一连续帧分开，每个“P”比特具有10毫秒比特中的8毫秒脉冲(16所示)。
图2示出了IRIG信号是怎样发送的，象上文中提出了一连串的1和0，提供了秒、分钟、小时、天(0-99)和数百天(0-3)的指示。该IRIG-B信息同时发送到同步工作的多个设备(例如，电力系统的多个保护继电器)。IRIG-B信号设置每个设备中的日历钟，使得在特定系统内的多个设备中的每个的日时都是相同的。
在图2中，17示出了标识了一年中的特定一秒的完整的IRIG-B发送。秒的编码在18指出，分钟的编码在22指出，小时的编码在26指出，0-99天的编码在30指出，百天的编码在32指出。标识的特定秒是第209天的第17小时的第12分钟的第35秒。包括两个连续“P”比特的“R”区段34将连续的帧分离。在本发明中，IRIG-B编码的时间信号或者其它编码的时间信号也用于多个装置的常规日历钟同步。然而，其也用于生成相同装置的数据采样(或其它功能)同步信号。
参考图3，IRIG-B时间编码的信号首先被提供给常规边缘检测器40。只要检测到IRIG-B信号的边缘(上升或下降)，边缘检测器40就生成脉冲。
再参考图1，基于10毫秒比特，IRIG-B信号的连续边缘之间的时间可为2、5或8毫秒。因此，边缘检测器40的输出是一串由2、5或8毫秒分开的连续脉冲。每个边缘是离开上一个边缘1kHz的倍数。边缘检测器40的输出应用于锁相环42，锁相环42设置为生成选定频率(实施例中所示8kHz)的信号，该信号锁相于边缘检测器的脉冲。因为锁相环的输出信号的翻转与IRIG-B输入信号的翻转同时发生，根据IRIG-B输入信号所确定，具体地，根据“R”区段34中的秒“P”比特的上升边缘，数据采样同步信号精确地在每秒的开始出现。电力线47上的8kHz输出信号是多个同步装置的数据采样同步信号。
锁相环42包括相位检测器43，其响应边缘检测器40和依据锁相环的输出的反馈电路的输出，以确定两个信号之间是否有相位差。如果没有相位差，那么两个信号精确地同相，并且相位检测器的输出为零。如果有相位差，那么相位检测器的输出是表示相位差的数字。该输出被供给滤波器44，其目的是减少相位检测器的信号的抖动。在所示的实施例中，这由32电路划分。例如，如果向到滤波器44的输入提供了数100，那么在输出提供了数3。
滤波器的输出控制了数控计数器(NCO)46，其用于产生选定频率的输出信号(线47)，即，在该特定实施例中为8kHz。然而，其也可是1kHz的其它整数倍，包括1kHz、2kHz、3kHz等。工作中的NCO额定对输出频率进行计数，在本实施例中该输出频率是8kHz。通过滤波器(+/-)的输出对计数进行调节；该调节使得系统锁定于输入信号。计数器46的输出传送给锁相环的反馈电路50。该反馈电路50将8kHz信号转化为1kHz信号，然后将其传送给相位检测器42，以与边缘检测器的信号相比较。
图4示出了另一个实施例，在简化形式中，其中边缘检测器60仅响应表示每10毫秒一个脉冲的IRIG-B编码的时间信号(即，100Hz信号)输入的正(上升)边缘。图4的锁相环62设计为锁定周期100kHz输入信号，并生成输出数据采样同步信号。只要锁相环62被设计为生成具有100Hz整数倍频率的输出信号，该输出是精确地位于每秒开始的数据采样同步信号，并且平均地间隔在选定频率(100Hz的整数倍，即，100Hz、200Hz、300Hz等)的每个连续的秒之间。
因此，对多个装置的单个控制信号在工作中的同步会得到用于多个设备的日历钟同步和数据采样同步。另外，虽然本实施例中示出了使用IRIG-B编码的日时信号，但是其它非周期编码的信号也可用于数据采样系统的同步，即本发明不限于IRIG-B信号。此外，本发明不限于数据获取，即不限于数据采样。其也可用于其它同步功能。
还应该明白提供给单个继电器或类似装置(如计量表)的IRIG-B时间信号或者其它时间信号，除了提供用于报告等的日时信息以外，还可提供非常精确的采样信号。在这样的设置中，继电器包括锁相环，其在特定选定频率，如8kHz，提供输出信号。在工作中，用于继电器或计量表的数据采集系统被锁相于IRIG-B或其它时钟源。如果没有可用的IRIG-B信号，或者不需要高精确度(高精确度要求的示例是当在装置中使用同步时)，那么可使用装置中的内部采样系统。
尽管本发明的优选实施例已公开作为说明，应该理解可结合本实施例作各种改变修改和替换，而不偏离由下文中的权利要求确定的本发明的实质。
权利要求
1.一种使用编码的时间信号对多个电子设备的模拟信号输入同步采样的系统，包括外部生成的编码的时间信号，其被提供给多个电子设备，适用于保证所述电子设备的精确的日历钟同步，其中所述时间信号覆盖预定时间段；边缘检测器，其响应编码的时间信号以根据所述编码的时间信号的边缘生成一连串的脉冲；和锁相环装置，其生成锁相于所述边缘检测器输出的所述脉冲的输出采样同步信号，以使所述输出采样同步信号出现在每个预定时间段的开始，并且以每个连续的预定时间的开始之间的间隔均匀地隔开连续的同步信号，从而同步所述多个设备中的数据采样。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述时间信号是IRIG-B时间信号。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述锁相环锁相于1kHz，且所述输出采样同步信号是1kHz的整数倍。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述预定时间段是一秒。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述边缘检测器仅仅检测所述编码的时间信号的上升边缘，并据此产生输出。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述边缘检测器检测所述编码的时间信号的上升和下降边缘，并据此产生输出。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述编码的时间信号包括标识所述编码的时间信号的每帧的开始的比特。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述锁相环装置包括相位检测器，响应所述相位检测器的输出的滤波器和响应滤波器的输出以产生输出采样同步脉冲的计数器，并且其中所述锁相环装置还包括反馈电路，其响应所述计数器的输出信号以向所述相位检测器反馈所述输出信号，从而产生调节所述计数器的输出信号，使得所述采样同步信号锁相于所述编码的时间信号。
9.一种使用编码的时间信号同步控制多个电子设备的选定工作的系统，包括外部生成的编码的时间信号，其被提供给多个电子设备，适用于保证所述电子设备的精确的日历钟同步，其中所述时间信号覆盖预定时间段；边缘检测器，其响应编码的时间信号以根据所述编码的时间信号的边缘生成一连串的脉冲；和装置，其为所述多个电子设备的选定工作生成锁相于所述边缘检测器的输出的输出同步信号，以使所述输出采样同步信号出现在每个预定时间段的开始，并且以每个连续预定时间的开始之间的间隔均匀地隔开连续的同步信号，从而用于所述多个设备中的所述功能的同步。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述时间信号是IRIG-B时间信号。
11.如权利要求9所述的系统，其中所述装置是锁相环。
12.一种使用编码的时间信号的电子设备采样模拟信号输入的系统，包括外部生成的编码的时间信号，其被提供给电子设备，适用于保证所述电子设备的精确的日历钟同步，其中所述时间信号覆盖预定时间段；边缘检测器，其响应编码的时间信号以根据所述编码的时间信号的边缘生成一连串的脉冲；和锁相环装置，其生成锁相于所述边缘检测器的输出的输出采样信号，以使所述输出采样信号出现在每个预定时间段的开始，并且以每个连续预定时间的开始之间的间隔均匀地隔开连续的采样信号，以用于所述设备的数据采样。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述时间信号是IRIG-B时间信号。
全文摘要
本发明公开的用于同步采样的系统使用编码的时间信号，如IRIG－B信号。将IRIG－B信号提供给到边缘检测器，其根据该编码的时间信号的边缘产生脉冲。将这些信号提供给锁相环装置，其设置为生成锁相于编码的时间信号的翻转的输出采样同步信号，除了将IRIG－B信号用作多个设备的日历钟同步以外，为多个电子设备的输入信号的数据采样提供了同步控制信号。
文档编号H04L7/033GK1894915SQ200480028689
公开日2007年1月10日 申请日期2004年8月19日 优先权日2003年8月20日
发明者D·E·怀特黑德, G·C·茨魏格尔, D·J·卡塞伯特 申请人:施魏策尔工程实验公司