t+k2，t+b2
[0088]其中kp k2为光纤的上下行延迟温漂系数，k /，k2’为电子学的上下行延迟温漂系数，由上式可得，
[0089]ATdelay down= (k ^k1' )*At
[0090]ATdelayup= (k2+k2，)*At
[0091 ] Δ Tdelay down/ Δ Tdelay up= (k !+k/ ) / (k2+k2，)
[0092]ATdelaydown= ΔΤ
delay—total
/ (1+ (k2+k2，) / (W ))
[0093]当温度变化时，ATdelay ttrtal随之变化并可以直接测量计算得到，则下行延迟增量Δ Tdelay—dOTn可由kp k2，k/，k2’计算得出。在本实施中，Slave调相模块采用对称结构，k/和k2’近似相等，同时，本实施采用的光纤长度为1km，型号为G625D，其上下行延迟的温漂近似线性，温漂系数分别为146.6ps/°C，146.4ps/°C，近似相等。此时，公式可以进行缩并，Δ Tdelay—dOTn为Δ T delay—t(rtal的一半，标定和补偿过程随之简化。
[0094]本方法也适用于上述四个系数不相等的情况。
[0095]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高精度时钟分发和相位自动补偿系统，该系统包括时钟分发模块Master和多个前端电子学节点Slave，Master采用光纤将时钟分发给多个Slave，其中: Master通过光纤将时钟发送到Slave，Slave接收到时钟后通过光纤将时钟重新传回到Master，Master对时钟的往返时间之和进行动态测量得到时钟的上下行延时，并将测量结果发送到Slave，Slave根据测量结果对接收到的时钟进行动态相位调节，使Slave与Master保持相位同步。2.根据权利要求1所述的高精度时钟分发和相位自动补偿系统，其中，所述Master对时钟的往返时间之和进行动态测量，采用数字双混频鉴相器配合计数器来实现，其中计数器测量整周期部分，为粗时间；超出部分采用数字双混频鉴相器进行测量，为细时间，两者结合即得到精确时间。3.根据权利要求1所述的高精度时钟分发和相位自动补偿系统，其中，每个Slave具有相位粗调单元和相位细调单元，Slave采用相位粗调和相位细调对接收到的时钟进行动态相位调节。4.根据权利要求3所述的高精度时钟分发和相位自动补偿系统，其中，所述相位粗调单元基于精确时钟同步协议来实现。5.根据权利要求3所述的高精度时钟分发和相位自动补偿系统，其中，所述相位细调单元采用现场可编程门阵列锁相环FPGA PLL实现，将需要调相的时钟输入FPGA PLL，经延迟后输出，实现对时钟的精确调节。6.根据权利要求3所述的高精度时钟分发和相位自动补偿系统，其中，所述相位细调单元采用FPGA PLL组成对称结构进行相位调节，Slave接收到时钟后，使用FPGA PLL进行相位调节得到系统时钟，该系统时钟发送到Master之前再经过一次FPGA PLL相位调节，两个FPGA PLL相位调节采用的调相值相同，保持对称。7.一种利用权利要求1至6中任一项所述的高精度时钟分发和相位自动补偿系统进行相位调节的方法，其中，该方法采用延迟增量算法计算相位调节值，并采用相位粗调和相位细调对时钟进行动态相位调节。8.根据权利要求7所述的相位调节的方法，其中，所述采用延迟增量算法计算相位调节值，包括: 时钟通过光纤从Master传输到Slave，然后再从Slave返回Master，测量时钟的往返时间之和即得到时钟的上下行延时，通过研宄上下行延时相对某参考温度下的增量值的变化，测得上下行延时的增量的比例系数，按此比例系数结合往返延时的动态测量结果，在不需要温度传感电路的情况下实现实时的高精度相位补偿。9.根据权利要求8所述的相位调节的方法，其中，所述采用延迟增量算法计算相位调节值，具体包括: 在时间测量中，测得I\，T2，T3，T4，其中Master发送同步帧的时刻记为T1, Slave接收同步帧的时刻记为T2，Slave发送应答帧的时刻记为T3，Master接收应答帧的时刻记为T4，由以下公式计算下行延迟Tdelay dmm和上行延迟T delay up: T= τ -T —τ1 delay_down 1 2 1 I 1 offsetTdelay—up — T 4_T3+Toffset 其中，LffsetS Slave和Master之间的时间差，贝丨j上下行延迟和T delay—t()tal为， T= τ +τ1 delay_total 1 delay_up 1 delay_downTdelay_total= T ^+VTl 在恒温环境下，下行延迟和上行延迟保持不变，若环境温度改变，将往返延迟减去标定的延迟值，得到延迟值的温漂，其中往返延迟温漂为上下行温漂之和: A Tdelay—total 八 T delay—up+ 八 ^delay down 根据对光纤温漂和基于对称FPGA PLL调相的Slave电子学温漂的研宄，Tdelay up, Tdelay—dOTn中光纤和采用对称FPGA PLL调相的Slave延迟随温度变化近似线性变化，则有 r^delay down ^ lt+ki ?+bi Tdelay—up= k 2t+k2’ t+b2 其中h，k2为光纤的上下行延迟温漂系数，k/，k2’为电子学的上下行延迟温漂系数，由上式可得，ATdelay down= (k ^k1' )*AtATdelayup= (k2+k2，)*At Δ Tdelay down/ Δ Tdelay up= (k !+V ) / (k2+k2，)ATdelaydown= ΔΤ delay_total/ (1+ (k2+k2，) / (W )) 当温度变化时，Δ Tdelay—total随之变化并能够直接测量得到，下行延迟增量Δ T delay—d_可由Ii1，k2，k/，k2’计算得出；在基于FPGA PLL调相的对称结构下，V和k2’相等，同时，根据研宄，光纤的上下行温漂系数也近似相等；此时计算公式可以缩并，ATdelay down^ ATdelaytotal的一半，标定和补偿过程随之简化。10.根据权利要求7所述的相位调节的方法，其中，所述采用相位粗调和相位细调对时钟进行动态相位调节，包括: 相位粗调基于精确时钟同步协议来实现； 相位细调采用FPGA PLL组成对称结构进行相位调节，Slave接收到时钟后，使用FPGAPLL进行相位调节得到系统时钟，该系统时钟发送到Master之前再经过一次FPGA PLL相位调节，两个FPGA PLL相位调节采用的调相值相同，保持对称。
【专利摘要】本发明公开了一种高精度时钟分发和相位自动补偿系统及其相位调节方法，该系统包括时钟分发模块Master和多个前端电子学节点Slave，Master采用光纤将时钟分发给多个Slave，其中：Master通过光纤将时钟发送到Slave，Slave接收到时钟后通过光纤将时钟重新传回到Master，Master对时钟的往返时间之和进行动态测量得到时钟的上下行延时，并将测量结果发送到Slave，Slave根据测量结果对接收到的时钟进行动态相位调节，使Slave与Master保持相位同步。利用本发明，提高了相位同步精度，减少了温度变化造成的调相误差。
【IPC分类】H04J3/06
【公开号】CN104917582
【申请号】CN201510390265
【发明人】赵雷, 褚少平, 江鲰怡, 刘树彬, 安琪
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月30日