一种双时间源数字化电话授时服务器的制作方法

本发明涉及时间信息与电话信号处理领域。

背景技术：

卫星授时在授时准确度、覆盖范围等方面显示了巨大的优势，然而由于信号穿透性差，在周围有遮挡的环境下可用性较差，另外卫星授时信号容易受到人为干扰的影响，使其授时的安全性受到挑战。由此可见，时间统一设备采用单一的卫星授时信号作为时间源存在一定的风险。

电话授时是一种通过公共交换网络(PSTN)传输授时信号的有线授时方式，电话授时用户通过拨打时间基准机构用于授时的专用电话就可获取标准时间，具有工作可靠，接收设备简单，申请时间方便快捷等优势。电话授时最早开展于上世纪80年代的美国，随后各国也迅速开展了此项授时服务，并得到了广泛的应用。

传统的电话授时方法采用的是检测字符法，服务器的授时信号以数字字符传输，收发两端的调制解调器通过对字符进行编译码，调制解调等处理保障字符的传输，由于调制解调器的应用以及微处理器对字符的检测精度不高使电话授时的授时精度不高，仅为毫秒级，影响了电话授时技术的应用。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种配有双时间源的电话授时服务器，采用数字化电话授时，省去了传统方法中调制解调器的应用，可将电话授时精度从毫秒级提高到百微秒级。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种双时间源数字化电话授时服务器，包括北斗接收机、时间信息处理电路、主控电路、时钟电路、DA/AD转换电话和电话模块。

所述的北斗接收机通过外接天线接收北斗授时信号并解析出1PPS和时码信号送往主控电路，作为时间源一；所述的时间处理电路接收外部1PPS和时码信号经电平转换后送至主控电路，作为时间源二；所述的主控电路选取一路时间源作为主时间源，通过DA/AD转换电路将主时间源数字信号转换为模拟信号，并将模拟信号送至电话模块，电话授时的方式将主时间源时间信号传输给用户端。

所述的主控电路将主时间源之外的另一时间源作为备用时间源，在主时间源丢失后选取备用时间源。

所述的主控电路根据时间源结合时钟电路建立本地时间，通过时钟电路完成本地时间保持完成本地时间保持。

本发明的有益效果是：由于采用双时间源输入，提高了设备的可靠性，采用数字化电话授时，省去了调制解调器的应用，提高了电话授时的授时精度，对于促进电话授时技术的发展，推广电话授时设备的应用具有积极意义。

附图说明

图1是本发明一种双时间源数字化电话授时服务器的结构框图；

图2是本发明所设计电话授时服务器的电路原理图；

图3是本发明所设计电话授时服务器的主程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括北斗接收机、时间信息处理电路、主控电路、时钟电路、DA/AD转换电话和电话模块。

所述的北斗接收机通过外接天线接收北斗授时信号并解析出1PPS和时码信号送往主控电路，作为时间源一，所述的时间处理电路接收外部1PPS和时码信号经电平转换后送至主控电路，作为时间源二。所述的主控电路与北斗接收机、时间信息处理电路、时钟电路、DA/AD转换电路、电话模块相连接，主控电路接收输入的两路时间源，根据用户需求选取一路时间源作为主时间源，并通过电话授时的方式将主时间源时间信号传输给用户端。所述的时钟电路与主控电路相连接，为主控电路提供时钟信号，时钟信号经分频产生系统工作时钟。所述的DA/AD转换电路与主控电路，电话模块相连接，将主控电路传输的数字信号转换为适合电话线传输的模拟信号，并将模拟信号送至电话模块。所述的电话模块将DA/AD转换电路输入的模拟信号耦合到电话线上并完成授时信号传输，此外还实现振铃监测、摘机、挂机等功能。

如图1所示，本发明的实施例包括北斗接收机、时间信息处理电路、主控电路、时钟电路、DA/AD转换电路、电话模块等部分。

所述的北斗接收机通过天线接收北斗卫星授时信号并解析出1PPS信号和时码传输给主控电路，作为时间源一，时间源一为标准时间；所述的时间信息处理电路包括外部时码处理电路和1PPS信号处理电路，它们分别将外部的输入的时码和1PPS信号转换为适合主控电路处理的电平信号送至主控电路，作为时间源二，时间源二仅为服务器输入的外部时间，不一定是标准时间，用户可以根据需求通过主控电路选取其中一路时间源为主时间源，另一路为备时间源。

所述的主控电路接收外部时间源，结合时钟电路建立服务器的本地时间，当外部时间源短暂丢失时，可以通过时钟电路完成本地时间保持，主控电路根据选取的主时间源产生电话授时信号，并完成电话信道内时延的测量和时码的传输，主控电路由FPGA电路和ARM电路组成。

所述的DA/AD转换电路将由主控电路输入的数字信号转换为模拟信号传输至电话模块，并接收用户端的模拟信号，转换为数字信号输出至主控电路，本实用新型用DA/AD转换电路代替了传统的调制解调器，能够保证实时的完成数字信号和模拟信号的转换，而不会引入调制解调字符引起的时间波动。所述的电话模块将通过主控电路中的ARM电路完成振铃监测，摘机，挂机等功能，将DA/AD转换电路传输的模拟信号耦合于电话线上，并接收用户端的模拟信号传输至DA/AD转换电路用于时延测量。

如图2所示，电话授时服务器的主控电路由FPGA芯片102和ARM芯片108组成，时间信息处理电路由时码处理芯片107和1PPS信号处理芯片101组成，时钟电路由10MHz高稳晶振104和比较器芯片103组成。双时间源数字化电话授时服务器由FPGA芯片102、ARM芯片108、时码处理芯片107、1PPS信号处理芯片101、北斗接收机105、10MHz高稳晶振104、比较器芯片103、DA/AD转换芯片106、电话模块109组成。FPGA芯片102的型号为EP3C25E144I7，ARM芯片的108型号为STM32F103ZE，时码处理芯片107的型号为MAX3232，1PPS信号处理芯片101的型号为74SZ04，北斗接收机105的型号为UM220，比较器芯片103的型号为MAX961，10MHz高稳晶振104的型号为JKOC36A，DA/AD转换芯片106的型号为TLV320AIC23，电话模块109的型号为EC8513。

北斗接收机105采用和芯星通公司的UM220接收机，UM220的P9引脚与FPGA相连，P6引脚与ARM相连，将解析卫星信号产生的标准1PPS信号送至FPGA，将解析产生的时码信号送至ARM，作为时间源一。

时码处理芯片103采用电平转换芯片MAX3232，MAX3232通过P13引脚接收232电平的外部时码，将其转换为TTL电平通过P11引脚送至ARM用于解析时间信息，1PPS信号处理芯片74SZ04通过P2引脚接收外部1PPS信号，信号经74SZ04芯片滤波反向后由P4引脚输出至FPGA，外部输入的时码和1PPS信号作为时间源二。

10MHz高稳晶振104采用晶科源通公司的晶振JKOC36A，它通过P4引脚将频率送至比较器芯片103的P1引脚，比较器芯片103采用MAX961，MAX961可以将输入的正弦波信号转换为方波信号，MAX961通过P6引脚将频率送至FPGA作为FPGA的频率源。

DA/AD转换芯片106采用TLV320AIC23，它是一款高性能的音频芯片，可以在8KHz—96KHz的频率范围内提供16bit—32bit的采样率，可以完成信号的DA和AD转换。本发明采用的是8KHz，16bit采样对授时信号进行DA/AD转换，FPGA芯片通过P3—P7引脚完成对TLV320AIC23的配置及数据传输，TLV320AIC23通过P12引脚将模拟信号传输至电话模块109，通过P20引脚接收由电话模块109输入的模拟信号。

电话模块109采用恩柏康公司的EC8513，它的功能基于CX06833芯片，CX06833芯片可以通过接收指令完成振铃监测，摘机，挂机等功能，此外它还可以将模拟信号耦合到电话线路中使授时信号在电话信道中得以传输。EC8513通过P29引脚获取DA/AD转换芯片106的模拟信号，通过P16引脚将从用户端获取的模拟信号送至DA/AD转换芯片106，将模拟信号通过P13和P14引脚与电话接口进行连接，EC8513的P5和P4引脚用于接收ARM的指令并应答，完成电话通信的建立和中断。

如图3所示，本发明实施例的电话授时服务器工作步骤如下：

1、系统初始化

系统初始化包括ARM芯片108完成对串口，中断的初始化，以及FPGA芯片102完成对DA/AD转换芯片106的配置。DA/AD转换芯片106选择左线输入输出，FPGA芯片102对DA/AD转换芯片106的配置包括：

1)左线输入通道音量控制：写151到地址0X00，默认输入音量控制，增益0db；

2)左线输出音量控制：写1273到地址0X02，减弱左线输出音量，增益-10db；

3)模拟音频路径控制：写2074到地址0X04，不使能测音，开启DAC线输入；

4)数字音频路径控制：写2566到地址0X05，不使能DAC衰减和重音控制；

5)降功率控制：写3075到地址0X06，开启ADC，线输入，关闭功率器件；

6)数字音频接口格式：写3679到地址0X07，关闭DAC左右互换，数据格式设置DSP格式，输入长度设置为16bit；

7)采样率控制：写4096到地址0X08，采样率设置为8KHz，时钟设正常模式；

8)数字接口激活：写4609到地址0X09，激活数字接口；

9)复位接口：写7680到地址0X15，复位寄存器。

2、时间建立

时间建立包括选取其中一路时间源作为主时间源，ARM芯片108分别用中断1和中断2读取北斗时码和外部时码信息，对时码信息的校验，连续性进行判断，解析出年月日时分秒，并将年月日时分秒转换为秒值，结合FPGA芯片102选取时间源1PPS的脉冲计数值，完成本地时间与主时间源的同步，在失去主时间源或判断主时间源有误时切换至备用时间源或本地时间保持模式。

3、振铃检测

本地时间建立完成后，电话模块109将通过检测振铃的方式等待用户端拨号，如果检测到振铃，ARM芯片108发送指令“AT+VLS＝1”至电话模块109，响应用户端振铃并摘机，为用户端输送时间信息做好准备，若没有到振铃，继续等待。

4、时延测量

在传输时码之前应该先测量电话信道的时延，传统方法测信道时延采用服务器端发送并检测字符的方式，本发明采用的数字化授时方法省去了调制解调器的应用，改为采用发送数字调制信号的方式测时延，本发明的时延测量信号采用伪随机码的一种特殊短码—C/A码加幅度调制的方式测时延，C/A码设计为1.023KHz，幅度调制的载波为2KHz正弦波，调制后的信号带宽为0.977KHz—3.023KHz，符合电话信道0.3KHz—3.4KHz的带宽要求，FPGA芯片102将调制后的信号发送至DA/AD转换芯片106，信号被实时的转换为模拟信号传输至电话信道，ARM芯片108记下发送时刻T1，DA/AD转换芯片106从电话信道中接收用户端的模拟信号转换为数字信号传输至FPGA芯片102，ARM芯片108记下接收时刻T2，电话信道时延值为(T2-T1)/2。

5、时码传输

时码传输是指将包含年月日十分秒的时间信息传输至用户端，由于本发送采用数字化授时方法，故信号传输与时延测量类似，采用符合电话信道传输的调制信号传输时码。时码采用BCH编码采用(31,11,11)，即：编码长度31位，信息位11位，可以纠正传输过程中31位编码中的任意5个错误，码速率为250Hz，调制方式采用FSK调制，载波信号采用1KHz和2KHz正弦波，时码的传输同样通过DA/AD转换芯片106将时码调制信号转换为模拟信号传输至用户端。

6、挂机

当时码传输完成后，AMR芯片108发送挂机指令“ATH”至电话模块109，结束电话授时，如果用户端没有收到时码信息，或者收到的时码信息不正确，可以重新拨号，开始新一次的电话授时流程。