时间统一设备系统简述

1、系统概述

时间统一设备用于实现时间的同步功能，在特定应用场合称为“时统设备”。在运行原理上主要由输入的时间源基准和输出的授时协议类型组成，在不同的项目环境中根据项目要求确定时间同步方案，从而得到时间的有序统一。

2、系统要求

根据系统文件内容的描述，对时间同步功能的要求主要有两处的说明（列举修改标题为《时钟同步（一）》和《时钟同步（二）》）。其具体说明文件中表现形式如下：

2.1时钟同步（一）

时钟终端与北斗、GPS时间同步精度：优于100ns（卫星信号在线）

IRIG-B(DC)同步精度：优于1us；（相对于输入在线参考）

IRIG-B(AC)同步精度：优于10us；（相对于输入在线参考）

守时精度：优于1us/30分钟

2.2时钟同步（二）

具有接收北斗、卫星、B(DC)、B(AC)、NTP网络授时功能

能产生并发布IRIG-B(DC)、频率脉冲信号等时统信号

能够接收基底时统中心站的10MHz频率信号

可通过B(DC)向计算机时码卡进行授时服务

时码卡自身具有守时能力

3、系统配置

根据原文件中显示对时钟同步要求的描述，整个系统应用实际拆分为两类设备，分别为用于综合接收各种时间源信号并满足多种授时协议时统设备，和系统中提到单独用于计算机授时的时码卡设备。

3.1时统设备

时统设备指系统文件中除时码卡功能外，满足于其他接收和授时协议接口需求的设备，其需满足参数如下：

3.1.1输入基准参考

具有接收北斗、卫星、B(DC)、B(AC)、NTP网络授时功能；

时钟终端与北斗、GPS时间同步精度：优于100ns（卫星信号在线）；

能够接收基底时统中心站的10MHz频率信号；

IRIG-B(DC)同步精度：优于1us；（相对于输入在线参考）；

IRIG-B(AC)同步精度：优于10us；（相对于输入在线参考）；

守时精度：优于1us/30分钟。

3.1.2输出方式参考

能产生并发布IRIG-B(DC)、频率脉冲信号等时统信号。

3.1.3时统设备选型

根据以上描述，对时统设备输入输出的参考参数总结，选择型号为SYN012型B码时统设备，其在设计中信号的输入输出均采用电气隔离电路，抗干扰、抗损坏，且输出接口信号种类齐全，可根据系统需要灵活配置各种输入输出信号，在本系统应用上选择最为合适。

根据以上描述中的需求，对时统设备守时精度的要求，需内置铷原子钟实现系统对设备守时精度的要求。对本次选型的SYN012型B码时统设备的技术参数配置如下表所示：

输入信号	GPS北斗接收机	频点	L1， B1
		定时精度	≤30ns
		跟踪灵敏度	-160dBm
	双模天线	数量	1套
		形状	蘑菇头
		线长	30米
		物理接口	BNC
		支架	蘑菇头安装支架
	IRIG-B（DC）码	路数	1路
		物理接口	航插
		电平	RS485/422
	IRIG-B（AC）码	路数	1路
		物理接口	航插
		电平	600欧姆平衡
	10MHz	路数	1路
		波形	正弦
		电平	≥5dBm
	网络输入	路数	1路
		物理接口	RJ45
输出信号	网络输出	路数	1路
		物理接口	RJ45
		授时精度	1-10ms
		支持协议	NTP v1.v2.v3&v4(RFC1119&1305)，SNTP(RFC2030)，SNMP，IPV4、IPV6、IPv4/IPv6 Hybrid，SSH/SCP,MD5（RFC1321）,Telnet（RFC854），NTP Unicast，Broadcast，Multicast，DHCP (RFC2131)，HTTP/SSL/HTTPS（RFC2616)，802.11b/g/n，Telnet，UDP，TCP，FTP，NFS，PPTP/VPN等
		用户容量	支持数万台客户端
		吞吐量	4000次/秒
	IRIG-B（直流电口）码	路数	1路
		电平	RS485/422
		物理接口	航插
		同步精度	≤200ns
	IRIG-B（交流AC）码	路数	1路
		电平	600Ω平衡输出
		物理接口	凤凰端子
		同步精度	≤10μs
	1PPS脉冲信号	路数	1路
		电平	TTL
		同步误差	≤30ns
		物理接口	BNC
	RS232C串口	路数	1路
		电平	RS232C
		串口格式	RMC语句
		物理接口	DB9
环境特性	工作温度	0℃～＋50℃
	相对湿度	≤90%（40℃）
	存储温度	-30℃～＋70℃
供电电源	交流 220V±10%， 50Hz±5%，功率小于30W
时钟源	内置铷原子钟
机箱尺寸	1U，19″标准机箱（上机架）482mm（宽）x300（深）x45mm（高）

3.2时码卡

根据系统文件中的说明，对于时码卡的要求有明确的功能说明，具体描述如下：

可通过B(DC)向计算机时码卡进行授时服务

时码卡自身具有守时能力

即时码卡在选择上应满足于接收IRIG-B(DC)时间源基准的功能，同时可通过某种方式对计算机实现授时服务，且自身具有守时能力。

3.2.1时码卡选型

根据描述我们对时码卡的选择为SYN4632型PCIe时钟同步卡，可通过PCIe总线为计算机、工控机等操作系统提供高精度硬件时钟的同步卡。该时钟同步卡采用流水线自动化贴片生产，使用FPGA+ARM框架设计，提高系统的时间精度和准确度，满足不同用户需求。

SYN4632型PCIe时钟同步卡相对其他计算机时码卡，因其PCIe接口除提供供电的作用外，还通过PCIe总线协议进行对计算机的授时服务，其精度可达到10us以上，更适用于此次系统的需求。内装OCX0恒温晶体振荡器，接收卫星信号，使恒温晶振输出频率同步于卫星铯原子钟信号上，当内部锁相环工作正常后，能自动学习锁相过程，在卫星信号丢失后自动复现这个过程。在断开外部参考一定长的一段时间内保持锁定前的状态，提高了频率信号的长期稳定性和准确度，能够提供铯钟量级的高精度时间频率标准，满足守时精度：优于1us/30分钟。

根据以上描述，对SYN4632型PCIe时钟同步卡技术参数配置如下：

 

输入信号	IRIG-B（DC）码	路数	1路
		物理接口	航插
		电平	RS485/422
输出信号	PCIE总线	接口	PCIe X1（兼容X4/X8/X16）
		同步精度	优于10us
		中断	标配：10PPS 选件：20PPS/40PPS/100PPS/1000PPS
		数据	时间信息，GPS、BD卫星颗数，板卡同步状态等信息
		驱动	提供Windows/Linux32位/64位驱动
		API函数	提供二次开发函数库（API函数接口）
	RS232C串口	1路DB9，RS232C电平，年月日时分秒地理位置信息
	脉冲信号	1PPS
内置时钟	高精度恒温晶振
软件	提供Windows校时及管理软件
环境特性	工作温度	标配：0℃～＋70℃
	相对湿度	≤90%（40℃）
	存储温度	-30℃～＋70℃
供电电源	PCIe插槽+3.3v，﹢12v供电，功耗小于6W
MTBF	≥100000小时
机箱尺寸	标准PCIe接口： 175（长）×107mm（高）×（厚）21mm

4、系统应用

时间统一设备在系统应用中，主要标示为输入信号，输出信号，时码卡对计算机的授时三部分。其中输入信号和输出信号隶属于时统设备。

根据以上描述，将系统环境统一，并简化，其系统在运行中时统设备可接收卫星时间基准信号（GPS北斗），同时可预选B(DC)、B(AC)、NTP或基底时统中心站的10MHz频率信号。

其中卫星时间信号，通过时统设备链接GPS北斗卫星天线进行时间信息的获取，需天线蘑菇头安装在天线支架上并装固于房屋顶端或平台上，要保证天线蘑菇头有尽可能大的视场（360度天空），不得有障碍物遮挡。

其他输入信号，需要通过上级时间源设备获取，如基时统中心站的10MHz频率信号参考。即相同协议的信号接入相对应的输入接口即可。

整个系统在运行中的基准图如下所示：

如系统基准图所示，为整个设备的运行基准示意说明。时统设备相对应的输出接口用于系统分系统内各个协议接口的客户端设备时间同步的实现。

同时时统设备输出的IRIG-B(DC)接口，直接给时码卡提供输入时间源基准信息，时码卡将接收到的B码协议信息，通过PCIe总线的形式给计算机提供时间同步服务，且不需要再连接其他设备。

5、安装说明

整个系统在运行中，需要用于工程安装的部分为天线的架设，其天线为“蘑菇”型天线，为保证天线安装牢固和可靠，在天线安装时，可选择一根铸铁水管（长度可考虑1～1.5米），将天线置于铸铁管的一端，铸铁管的另一端电焊在加重的金属底座上，然后安置于房顶即可。

当天线馈线垂直向下而具有一定重力时，请注意避免天线顶部直接受力过大而损坏天线。