基于DP83640的高精度时钟的研制

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1、总第２６１期计算机与数字工程Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．７２０１１年第７期Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆ＤｉｇｉｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ１５７＊基于ＤＰ８３６４０的高精度时钟的研制何一航（华中科技大学控制科学与工程系武汉４３００７４）摘要文章基于ＤＰ８３６４０研制了一种高精度时钟。该方案在分析了ＤＰ８３６４０的时钟电路结构的基础上，阐述了如何使其内部的时钟与ＵＴＣ时间获得较高的同步精度的方法，从而实现了可以获得任意时刻的高精度时间的高精度时钟。关键词高精度时钟；ＤＰ８３６４０；ＵＴＣ；时间同步中图分类号ＴＰ３９９ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＨｉｇｈＰｒｅｃｉｓｉｏ

2、ｎＣｌｏｃｋＢａｓｅｄｏｎＤＰ８３６４０ＨｅＹｉｈａｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７４）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｈｏｗｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｌｏｃｋｂａｓｅｄｏｎＤＰ８３６４０，ａｎｄｈｏｗｔｏｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｔｈｅｃｌｏｃｋｏｆＤＰ８３６４０ｗｉｔｈｔｈｅＵＴＣｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕ

3、ｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｌｏｃｋｉｎｓｉｄｅＤＰ８３６４０．Ｗｉｔｈｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｃｌｏｃｋｃａｎａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ａｎｄｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｉｍｅｖａｌｕｅａｔａｎｙｔｉｍｅ．ＫｅｙＷｏｒｄｓｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃｌｏｃｋ，ＤＰ８３６４０，ＵＴＣ，ｃｌｏｃｋｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎＣｌａｓｓＮｕｍｂｅｒＴＰ３９９１引言２ＤＰ８３６４０的时钟电路结构高精度时钟在许多领域内都具有重要的作用，－３２ＤＰ８３６４０内部的时钟可以以２ｎｓ为单位进［１

4、０］尤其是那些需要高精度绝对时间的场合。在大行精细调节，并且可以记录ＧＰＳ接收机的秒脉冲多数的应用中，使用ＧＰＳ接收机提供的ＵＴＣ（世到达芯片的时间，因此被选取为高精度时钟的核心界协调时）时间作为精确时间来源是一个较好的选器件。由于了解其内部时钟的结构对于如何精细择，但一般的ＧＰＳ接收机仅能提供整秒时刻的精调节时钟十分重要，因此本节会对ＤＰ８３６４０的时确时间，在需要任意时刻的精确时间的应用中，仅钟结构进行详细介绍。仅使用ＧＰＳ接收机提供的ＵＴＣ时间就不能满足２．１ＤＰ８３６４０的本地时钟的相位和速率要求了。如果专门设计一种可以精细调节的

5、时钟本文中所提及的时钟，指的是在晶振驱动下的电路，并使用ＧＰＳ接收机来将时钟电路的时间与计数器，是一种数字电路。时钟具有两个基本的属ＵＴＣ时间同步，并达到较高的同步精度，就可以获性：相位和速率。相位指的是某一时刻时钟的时间得任意时刻的高精度绝对时间。值，而速率指的是时钟走时的快慢。ＤＰ８３６４０是美国国家半导体公司推出的一款ＤＰ８３６４０的时钟结构如图１所示，由３２位的内含可精细调节的时钟电路的芯片，本文使用这款秒累加器，３０位的纳秒累加器和３２位的亚毫微秒３２［１］芯片研制了高精度的时钟，与ＵＴＣ时间的同步精（１纳秒＝２亚毫微秒）累加器

6、构成。其中的秒度达到了纳秒级。累加器和纳秒累加器值可以通过ＤＰ８３６４０提供的＊收稿日期：２０１１年１月１３日，修回日期：２０１１年２月２５日作者简介：何一航，男，硕士研究生，研究方向：网络同步授时技术。１５８何一航：基于ＤＰ８３６４０的高精度时钟的研制第３９卷相应寄存器被读出或修改，若某时刻读出的秒累加ＤＰ８３６４０内部时钟的时间为５ｓ１００ｎ，我们也称当器的值为５，纳秒累加器的值为１００，那么说明当前前时钟的“相位”是５ｓ１００ｎｓ。图１ＤＰ８３６４０的时钟结构ＤＰ８３６４０内部的时钟是通过外部的晶振来驱生效，因此这种速率调整方式被称

7、为“固定速率调动的，在每个晶振的上升沿，纳秒累加器的值就会整”。在原值的基础上增加一个固定值，这个值通常是晶除了“固定速率调整”这种方式以外，ＤＰ８３６４０振的参考周期，如果用１２５Ｍ的晶振驱动时钟，那还提供了另一种称为“临时速率调整”的速率调整么这个固定值就是８。这个固定值的大小就反映机制，这种机制可以使时钟在一个事先设定的的时了ＤＰ８３６４０内部的时钟“速率”的快慢，这个值越间段内，将原有速率加快或减慢，待这个时间段过大，说明时钟走时越快；这个值越小，说明时钟走时去后，速率便会恢复到原先的值。ＤＰ８３６４０与这种越慢。当纳秒累加器的值

8、经过这样反复的累加后机制相关的寄存器有两个：临时速率寄存器和临时超过１０９速率持续时间寄存器，这两个寄存器的值的单位分－１后，纳秒累加器的值被清零，然后向秒累加器进位。别是亚毫微秒和晶振周期的