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TCM-2通用時間比對模塊及其應用
摘要：美國Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｙｎｃ公司研發的通用高精度時間比對模塊能使用戶方便地開發高精度同步系統，成本低，性能高。因此已在多種時間、頻率同步系統中得到了應用（如ＧＰＳ、光纖、無線和時間雙向傳遞同步系統等）。文章詳細介紹了ＴＣＭ－２的內部結構、工作原理和性能指標，并給出了該模塊在高精度通用計數器、ＣＤＭＡ基站時鐘以及光纖ＣＤＭＡ同步時鐘方面的應用電路。１ 概述
美國精密同步公司研發的通用高精度時間比對模塊，可提供四通道０．１ｎｓ 分辨率的時間比對或時間間隔測量，同時它還提供多種接口。因此，用戶可以很方便地用它構成自己的系統或儀器，包括用于時間／頻率標準、電網電壓向量測量系統、電網故障定位系統、移動通信基站時鐘、ＳＤＨ中的ＢＩＴＳ、多基地雷達系統、ＯＴＤＲ、光纖通信網故障實時監測、激光測距以及高精度通用計數器（高精度時間間隔測量儀）等。
２ 結構原理及引腳功能
ＴＣＭ－２采用雙列直插４８引腳封裝。各引腳的功能如表１所列。其內部結構如圖１所示，具有四通道擴展器、微處理器和ＦＰＧＡ三個主要功能模塊。
兩事件之間的時間差通常是用脈沖填充法進行測量的。它的測量精度取決于參考時鐘的頻率。這種方法具有固定的±１計數的誤差。為了提高測量的分辨率，在高精度通用定時模塊中采用了模擬擴展技術。
當待測脈沖輸入模塊后，由模塊測量它們的時刻，并按要求將相應的計算結果通過串行移位寄存器輸出。
由于被測事件與測量時鐘之間沒有確定的相位關系?但它們之間有一小數周期的差。因此為了提高測量分辨率，系統中的擴展器采用了模擬技術，并將不足一個計數的時間間隔展寬（例如展寬１０００倍），然后再用相同的１０ＭＨｚ時鐘對展寬了的脈沖計數以達到０．１ｎｓ的分辨率。
ＦＰＧＡ可實現所有的數字邏輯功能，包括輸入信號的選擇、擴展邏輯、計數器、鎖存器、多路數據選擇、多個串行移位寄存器、ＰＷＭ等。其中串行移位寄存器又包括ＤＤＳ控制、ＬＥＤ顯示、與外部的數據交換等。
ＦＰＧＡ中的各輸出控制模塊可按使用的要求舍取，例如，當使用ＤＤＳ時，一般不使用ＰＷＭ。實際上，在不單獨構成儀器時也不用ＬＥＤ顯示。
模塊中的單片機可控制整個工作流程，包括控制各通道的測量、采集測量數據、計算測量數據、與母板的數據交換、接收ＧＰＳ信息或與外部主控制器（如ＰＣ）交換數據及指令等。當以ＧＰＳ為參考源時，ＧＰＳ通道的測量值可用于計算秒間隔，
從而計算基本時鐘的頻率，根據計算結果可用另一串行移位寄存器來調整ＤＤＳ（ＡＤ９８５２）的輸出頻率。模塊的基本時鐘同時也是ＤＤＳ的時鐘。它可控制兩個ＤＤＳ，以便輸出兩個不同的頻率。它們共用一個串行移位寄存器，可由ＤＤＳＣＳ１和ＤＤＳＣＳ２來選擇。而外部ＤＤＳ（ＡＤ９８５２）則一般工作于串行輸入方式。實際上，設計時也可用其它定時脈沖作為外部參考以校準時間和頻率。
當輸入待測脈沖多于四種時，可采用時分復用的方法進行測量。通常可由模塊內部實現時分復用，也可由外部控制實現時分復用。
外部控制器通過串行移位寄存器向模塊發送操作指令。模塊根據外部控制器的指令來測量相應通道的信號，然后經計算送回外部控制器。
ＴＣＭ－２高精度通用時間比對模塊還能自動識別參考定時脈沖和基準時鐘的類別，同時可調整相應的算法。表２給出了ＴＣＭ－２的主要參數指標。
表1 TCM-2引腳分配及功能表
功 能
DDSD18ODDS串行數據線DDSCK19ODDS串行時鐘線DDSUD/PWM12ODDS輸入數據更新或PWM輸出DDSRST10ODDS芯片復位DDSIORST31ODDS數據口復位DDSCS233O第二片DDS的片選DDSCS135O第一生DDS的片選LEDSD13O串行顯示口數據線LEDSCK14O串行顯示口時鐘線SDDM2O輸出移位寄存器數據SCKDM3O輸出移位寄存器時鐘MBUSY4I外部接收移位寄存器滿標志SDMD42I輸入移位寄存器數據SCK MD43I輸入移位寄存器時鐘DBUSY44O內部移位寄存器滿標志CKO17I輸出時鐘信號，用于生成定時脈沖及與對方盤時鐘比較CKOX46I對方盤輸出時鐘，用于在主/備工作時與本盤比較GPS1PPS48IGPS秒脈沖輸入G1PPSD47IGPS秒脈沖直接輸入，用于測量天線延時1PPSO1O秒脈沖輸出W/FSNCI41I光纖/微波輸入同步脈沖（用于時間雙向傳遞同步）W/FSNCO40I光纖/微波輸出同步脈沖（用于時間雙向傳遞同步）W/FORQU45O光纖/微波輸出同步脈沖發送請求
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