【導讀】時鐘同步的應(yīng)用廣泛,但常規(guī)的時鐘同步方案或?qū)K端設(shè)備要求高,或原理相對復雜。對此,本文利用大普的RTC秒上升沿即時生效原理,設(shè)計一種低功耗、高精確時鐘同步方案。
摘要
時鐘同步的應(yīng)用廣泛,但常規(guī)的時鐘同步方案或?qū)K端設(shè)備要求高,或原理相對復雜。對此,本文利用大普的RTC秒上升沿即時生效原理,設(shè)計一種低功耗、高精確時鐘同步方案。
時鐘同步的應(yīng)用涵蓋通信、交通、電力、視頻、醫(yī)療、金融、教育等領(lǐng)域,在低功耗的設(shè)備上提高時鐘的同步精度具有較高的應(yīng)用價值。
1. 時鐘同步的概念及精度影響因素
2. 時鐘同步的設(shè)計原理
市場上RTC的時間寄存器分辨率一般精確到秒,但本文將探討基于RTC,如何進行毫秒甚至微秒級別的時鐘同步設(shè)置。其主要原理是利用大普的RTC秒上升沿即時生效原理——即秒上升沿會移動到秒設(shè)置生效的位置,當MCU捕捉到時鐘服務(wù)器輸出1PPS上升沿時,對RTC進行秒的寫操作,即能實現(xiàn)精準時鐘同步。工作原理框圖見圖1。
3. 時鐘同步的具體實現(xiàn)
3.1誤差確認
減少誤差需要先分析和確認誤差。如圖2所示,圖中T1是MCU軟件操作時延和IIC指令時延,主要和單片機以及IIC速率有關(guān)系。硬件和軟件系統(tǒng)確定后,T1即為固定值。T2是IIC操作生效到秒上升沿變化時間差,是RTC同步誤差,主要由RTC內(nèi)部邏輯電路確定,也是固定值。T3為T1和T2之和,即總誤差。
3.2誤差校準
確認誤差之后,需要對誤差進行校準。如上文所述,總誤差為固定值T3,那么校時起點若相對于GPS/BDS秒上升沿提前T3,就能實現(xiàn)精準的秒上升沿同步。如圖3所示。
4. 時鐘同步的測試驗證
按照以上原理進行了測試驗證。實際測試結(jié)果顯示,經(jīng)過誤差校準后,RTC輸出的1PPS(綠色)和服務(wù)器輸出的1PPS(黃色)同步精度非常高,相位偏差在±10us[3]內(nèi),實現(xiàn)了微秒級別的時鐘同步。
(10)多種接口類型,接口可定制
(2)超高穩(wěn)定度:
±3.4ppm @ -40℃~+85℃
(3)內(nèi)置晶體:32.768kHz
(9)封裝尺寸:3.2* 2.5*1.0mm
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