分布式同步和定时系统技术方案

一种分布式同步和定时系统。本发明专利技术涉及一种用于产生本地时钟信号的方法，包括：测量在通用串行总线数据流内的周期性数据结构的频率。本发明专利技术还涉及一种用于产生本地时钟信号的设备，包括：通用串行总线，用来接收通用串行总线数据流；基准信号源，用于提供基准信号；以及定时电路，用于将所述通用串行总线数据流内的周期性数据结构与所述基准信号相比较，并确定所述周期性数据结构的频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于提供分布式同步和定时系统的方法和设备，具体地但是决不 是排他性地，用于提供在必要的任意程度上同步的、测试和测量设备、仪器接口和处理控制 设备的时钟、数据采集和控制。
技术介绍
USB规范旨在以开放的架构促进来自不同厂商的装置的互连。通过利用以传送信 息的两条导线的信号电平之间的差的形式的差动信令(即所述两条导线)来编码USB数 据。USB规范旨在作为对PC架构、跨越便携的、台式和家用环境的增强。USB规范假定各种装置是不同的。这对于其中连接来自多个制造商的装置的指定 环境是成立的，但是还存在其他的环境(如特定的普通工业或者实验室环境)，其中要求用 于以同步的方式来操作具有相似特性的多个装置的规范。上述规范不足以解决这个问题。 这样的环境通常是其中执行测试、测量或者监视、并且要求使装置以比规定的程度更准确 地程度而同步的环境。通过向所有的装置提供1kHz的时钟信号，USB规范允许装置之间的 有限的同步。但是，很多实验室和工业环境要求在兆赫兹频率和更高频率下的同步。USB使用分层的星型拓扑，其中，集线器为USB装置提供附接点。位于用户的个人 计算机(PC)、便携式计算机或者个人数字助理(PDA)上的USB主机控制器包含根集线器，该 根集线器是在系统内所有USB端口的源。所述根集线器提供多个USB端口，USB功能装置 或者附加的集线器可以附接到所述多个USB端口。另外，可以将多个集线器(如USB复合装置)附接到这些端口中的任何一个端口， 这些端口又经由用于另外的USB装置的端口而提供另外的附接点。以这种方式，USB允许 最多127个装置(包括集线器)互连，其中限制是任何装置最多可以有5级深。主机内的根集线器每毫秒向每个装置发送一个帧开始(S0F)信号包，两个S0F包 之间的时间称为帧。每个模块在不同的时间接收该S0F包，从而允许USB拓扑内固有的电 延迟。所述拓扑意味着对于接收相同的信号，在直接连接到主机控制器的装置与低5级的 装置之间可能有相当大的时延(规定为< 380ns)。当需要在兆赫兹等级和更高频率等级同 步装置时，这是一个严重的限制。而且，USB规范使得主机控制器不能发送多达5个的连续 S0F令牌。通过两种类型的USB传输(即中断和等时)，当前可以在USB主机和USB装置之间 进行同步。中断传输允许保证装置的最小周期为125微秒的轮询频率，而等时传输保证不变的传输速率。这两种方法均要求在装置和主机之间有通信流用于进行同步，并因此保留 更多带宽用于更高程度的同步。不幸的是，这意味着在连接最大数量的装置之前就会用完 可用的USB带宽。这种方法还在主机上设置了通过软件使127个装置保持与主机同步的巨 大计算负担，但是仍不能解决保持所述装置之间同步的问题，原因是，对于主机，各个装置 代表单独的进程。包含某种物理换能器(如激光二极管或光电检测器)的装置可能需要时钟和触发 信息。这样的装置(如具有IMHz的调制光输出的激光二极管)可以使用时钟信号，以便以 规则的间隔或以恒定的频率来执行换能器功能。通常使用触发信号以在设定的时间启动或 者结束操作。在激光二极管的示例中，可以使用触发信号来接通或者关断调制光输出。这些时钟和触发信号或者信息(以下称为同步信息)可以用于使多个装置彼此同步，只要所述信号对于所有装置是公共的和同时的。‘公共’和‘同时’在此表示这些在所述 装置之间的信号在时间上的变化小于规定的量□〖。在激光二极管的示例中，这使得多个激 光二极管能够将它们的光输出调制在一个频率上。所有装置的调制频率将是相同的，并且 它们的波形将是同相的。当前的USB规范(即2.0)允许高达0.35微秒的St中的延迟。 对于具有IMHz的频率和1. 0微秒的周期的信号，这个延迟几乎占所述周期的一半。因此其 不能用来被指定为用于例行使用的同步信号。诸如集线器和USB控制器芯片等的装置通常使用一定量的锁相，以便解码USB协 议。USB协议内的SYNC模式的目的是提供用于另一个电路锁定到的同步模式。但是，这是 设计用于将装置与USB比特流同步到足够用来解释MHz比特流的精度。而不是设计用来将 两个单独的装置彼此同步到许多测试和测量仪器所要求的精度。USB规范在其处理装置间 同步的程度上，主要涉及充分地同步USB-⑶音频流使其在USB扬声器对上输出。对这种设 置的需求在kHz的范围内，并且对此，USB提供理想的条件。但是，所述规范不能解决同步 100个USB扬声器对的潜在问题。如上所述，USB通信在规则的1毫秒帧期间或者(在高速USB规范的情况下)以每 1毫秒帧8个微帧来传送数据。帧开始(SOF)包在每个帧的开始被发送到除了低速装置之 外的全部装置，并且在每个微帧的开始被发送到所有的高速装置。所述SOF包因此表示被 广播到除了低速装置之外的连接到给定的主机控制器的所有装置的周期性低分辨率信号。该SOF包广播以IkHz的标称频率发生。但是，USB规范允许大约为500ppm(百万 分率)的很大的频率容限(按照仪器标准)。
技术介绍
使用这种低分辨率频率信号，该信号 被广播到每个装置以提供时钟同步，但仅仅是对USB主机控制器提供的一定程度上模糊的 频率的时钟同步。第6，343，364号美国专利(Leydier等人)公开了一个对被引导到智能卡读取器 的USB业务进行锁频的示例。这个专利披露了与USB SYNC和包ID流相比的本地的、自由 运行的时钟；其周期被更新以匹配这个频率，从而产生1. 5MHz的标称频率的本地时钟。这 提供了足以将智能卡信息读取到主机PC内的同步程度。这种方法涉及智能卡读取器，不能 解决装置之间的同步问题。而且，没有公开对IkHz的锁频或更高的稳定性，也没有公开高 精度的相位控制。第6，012，115号美国专利和随后的续案第6，226，701号美国专利(Chambers等 人)涉及USB SOF周期性以及定时的编号。如这些公开的摘要中所述，该专利技术允许计算机系统通过使用从USB主机控制器向与其连接的外围装置发送的帧开始脉冲来执行对在实 时的外围装置内发生预定事件的时刻的精确确定。但是，这些方法不测量用于确定USB主机控制器内的主时钟的绝对频率的包含在 USB数据通信流内的周期数据结构的频率，并且在某些情况下，这些方法依赖于在主机内设 置附加的计数器。第6，092，210号美国专利(Larky等人)公开了一种用于通过使用USB到USB连 接装置而连接两个用于数据传送的USB主机的方法，所述USB到USB连接装置用于将本地 装置时钟同步到两个USB主机的数据流。使用锁相环来同步本地时钟，并且使用过采样来 保证不发生数据丢失。但是，这个文献涉及两个USB主机的数据流的彼此同步(具有有限 的精度)，以便能够在所述主机之间进行信息传送。该专利技术没有披露多个USB装置与单个 USB主机或者与多个USB主机的同步。USB规范是考虑到音频应用而编写的，并且第5，761，537号美国专利(Sturges等 人)描述了如何将两对或者更多对扬声器与各时钟同步，其中一对扬声器在PC中的立体声 音频电路外运转，而另一对由USB来控制。因为两个扬声器对使用它们本身的时钟，所以它 们需要被同步，因此这个文献披露了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生本地时钟信号的方法，包括：测量在通用串行总线数据流内的周期性数据结构的频率。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：彼得格拉哈姆福斯特，亚历克斯库兹内佐夫，米科拉夫拉先科，
申请(专利权)人：克罗诺洛吉克有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]