此图来自成都云智优创科技有限公司www.iyzyc.cn简介时间同步装置根据《电力系统时间同步技术规范》、《华东电网统一时钟系统技术规范》和《上海电网 GPS 时间同步系统技术原则和运行管理规定》进行设计。装置采用1U全宽、全铝合金材质机箱结构稳定耐腐蚀能力强能够满足各类恶劣现场环境的使用要求。以下将时间同步装置以下简称“装置”。装置可同时接收中国北斗系统(北斗二号和北斗三号)BDS、美国GPS导航系统GPS、日本准天顶卫星系统QZSS、俄罗斯格洛纳斯导航系统GLONASS、欧盟伽利略卫星导航系统GALIEO、以及星基增强系统SBAS。实现多系统联合定位和授时并通过最优算法确保输出最精准的时间和坐标位置。用户可通过配置软件任意选择需要的星座。下图为装置的资源示意图它采用模块化设计最多可支持40路B码8个百兆或千兆网口支持双路 GPS 卫星模块配置及双路电源热备用配置灵活多样。输出信号制式丰富包括 TTL、空接点、差分、串口、网络、光纤等可为变电站、发电站、通信基站、新能源站、公路交通、航运、金融机构等领域提供高精度、高稳定、高安全、高可靠的时间基准信号。特点标准兼容同时支持美标与国军标。美标IEEE1344、IRIG STANDARD 200、DLT1100.1-2018、B00x等国军标GJB2991A-2008。高稳守时内置高精度恒温晶振通过闭环伺服控制卫星信号丢失后仍可保持高精度时间输出。掉电守时掉电后RTC自动守时续航≥30天。无电池免维护设计。手动设置时间支持通过调试软件设置装置的系统时间可以任意设置。多网口支持最多支持8路百兆/千兆独立网口每口可配不同网关实现局域网隔离。百兆网口支持V2/V3/V4、SNTPV3/V4、、单播、组播、广播、Modbus-TCP千兆网口NTP支持V2/V3/V4、SNTPV3/V4、单播、组播、广播PTP支持IEEE 1588 V2.0、Modbus-TCP串口与协议RS232/RS485支持Modbus-RTU、DLT1100.1、NMEA0183ZDA/RMC/GGA、自定义简易规约等。脉冲输出支持秒脉冲PPS/分脉冲PPM/时脉冲PPH输出方式TTL、RS422/RS485、空节点、光纤。10MHz基准输出支持10MHz方波或正弦波默认为方波。网管与维护支持SNMP具备NTP日志查看、远程固件升级、密码登录功能。全隔离防护所有通信接口3KV电气隔离提升EMC抗干扰能力保护核心电路。电磁屏蔽使用全铝合金机箱表面氧化导电处理形成全封闭屏蔽层增强电磁屏蔽能力抗静电、抗辐射。绝缘环设计绝缘环使SMA接口与机箱绝缘信号地与大地隔离阻断外部干扰增强抗EMC能力。工业级可靠性全部器件工业级工作温度-40℃85℃。多种输出配置配置B(4网口配置C6网口配置D8网口10MHz参考时钟输出通过SMA接口输出10MHz参考时钟测量10MHz参考时钟并不是简单的通过恒温晶振输出而是通过系统精确的计算和调控的最终实现频率的与卫星时间同步相位与卫星时间同步。上图是卫星时钟驯服恒温晶振的一个系统。其核心目标是通过卫星的秒脉冲PPS长期高精度特性来校准本地恒温晶振的短期稳定度从而输出一个既准确又稳定的频率与时间基准。PPS卫星秒脉冲作为整个系统的外部绝对时间基准。虽然单次PPS可能存在几十纳秒的随机抖动但它在长时间内如数小时或数天的平均值极为准确无累积误差。恒温晶振10MHz OCXO作为本地高稳频率源。它提供10MHz正弦波或方波。OCXO的短期稳定度极高秒稳好但存在因老化、温度变化引起的频率漂移长期偏差。FPGA 接收10MHz基准信号和PPS信号。在FPGA内部通过时间数字转换器TDCTime-to-Digital Converter或计数器逻辑精确测量PPS上升沿与10MHz时钟下一个上升沿之间的时间差值即相位差。同时FPGA利用10MHz时钟计数测量两个连续PPS之间的时钟周期个数。由于标准PPS间隔为1秒10MHz理论计数值应为10,000,000。实际计数值与理论值的差值直接反映了晶振当前的频率偏差。偏差计算与环路滤波FPGA MCU协作粗测与滤波FPGA将每次测量的相位差和计数值传给MCU微控制器。MCU运行数字锁相环DPLLDigital Phase-Locked Loop算法通常包含一个低通滤波器环路滤波器。消除抖动该滤波器会滤除单次PPS的高频随机抖动提取出晶振缓慢变化的频率漂移趋势即控制量。这一环节至关重要防止PPS的瞬间抖动直接干扰晶振的控制电压。数模转换与压控调频执行级DAC数模转换器MCU根据滤波后的偏差值计算出一个对应的数字控制字并写入DAC。电压转频率DAC将此数字量转换为一个高精度的模拟压控电压施加到OCXO的压控端Vc。闭环反馈该电压改变OCXO内部的晶体负载电容从而微调其输出频率。若测出10MHz偏快则降低DAC电压若偏慢则升高DAC电压。整个系统处于负反馈闭环状态比对FPGA持续比对“卫星PPS”与“本地10MHz”的相位差。积分MCU将相位差随时间累积计算出频率误差的积分值消除静态误差。校正MCU输出DAC值缓慢牵引OCXO的频率使其分频产生的1Hz信号无限逼近卫星PPS。保持当卫星信号丢失时Holdover模式MCU停止更新DAC值并依赖OCXO极高的短稳特性依靠最后一次存储的控制电压继续维持高精度输出保持数小时内的守时精度。驯服后的10MHz信号不仅用于反馈还直接输出给外部设备作为高精度的频率基准源。10MHz输出恒温晶振会根据卫星模块的PPS实时进行伺服调节频率和相位准确度会越来越高。注意10MHz方波是上升沿对齐正弦波是向下过零点对齐。10MHz方波与PPS黄色10MHz正弦波与PPS黄色