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TCM-2通用时间比对模块及其应用
摘要：美国Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｙｎｃ公司研发的通用高精度时间比对模块能使用户方便地开发高精度同步系统，成本低，性能高。因此已在多种时间、频率同步系统中得到了应用（如ＧＰＳ、光纤、无线和时间双向传递同步系统等）。文章详细介绍了ＴＣＭ－２的内部结构、工作原理和性能指标，并给出了该模块在高精度通用计数器、ＣＤＭＡ基站时钟以及光纤ＣＤＭＡ同步时钟方面的应用电路。１ 概述
美国精密同步公司研发的通用高精度时间比对模块，可提供四通道０．１ｎｓ 分辨率的时间比对或时间间隔测量，同时它还提供多种接口。因此，用户可以很方便地用它构成自己的系统或仪器，包括用于时间／频率标准、电网电压向量测量系统、电网故障定位系统、移动通信基站时钟、ＳＤＨ中的ＢＩＴＳ、多基地雷达系统、ＯＴＤＲ、光纤通信网故障实时监测、激光测距以及高精度通用计数器（高精度时间间隔测量仪）等。
２ 结构原理及引脚功能
ＴＣＭ－２采用双列直插４８引脚封装。各引脚的功能如表１所列。其内部结构如图１所示，具有四通道扩展器、微处理器和ＦＰＧＡ三个主要功能模块。
两事件之间的时间差通常是用脉冲填充法进行测量的。它的测量精度取决于参考时钟的频率。这种方法具有固定的±１计数的误差。为了提高测量的分辨率，在高精度通用定时模块中采用了模拟扩展技术。
当待测脉冲输入模块后，由模块测量它们的时刻，并按要求将相应的计算结果通过串行移位寄存器输出。
由于被测事件与测量时钟之间没有确定的相位关系?但它们之间有一小数周期的差。因此为了提高测量分辨率，系统中的扩展器采用了模拟技术，并将不足一个计数的时间间隔展宽（例如展宽１０００倍），然后再用相同的１０ＭＨｚ时钟对展宽了的脉冲计数以达到０．１ｎｓ的分辨率。
ＦＰＧＡ可实现所有的数字逻辑功能，包括输入信号的选择、扩展逻辑、计数器、锁存器、多路数据选择、多个串行移位寄存器、ＰＷＭ等。其中串行移位寄存器又包括ＤＤＳ控制、ＬＥＤ显示、与外部的数据交换等。
ＦＰＧＡ中的各输出控制模块可按使用的要求舍取，例如，当使用ＤＤＳ时，一般不使用ＰＷＭ。实际上，在不单独构成仪器时也不用ＬＥＤ显示。
模块中的单片机可控制整个工作流程，包括控制各通道的测量、采集测量数据、计算测量数据、与母板的数据交换、接收ＧＰＳ信息或与外部主控制器（如ＰＣ）交换数据及指令等。当以ＧＰＳ为参考源时，ＧＰＳ通道的测量值可用于计算秒间隔，
从而计算基本时钟的频率，根据计算结果可用另一串行移位寄存器来调整ＤＤＳ（ＡＤ９８５２）的输出频率。模块的基本时钟同时也是ＤＤＳ的时钟。它可控制两个ＤＤＳ，以便输出两个不同的频率。它们共用一个串行移位寄存器，可由ＤＤＳＣＳ１和ＤＤＳＣＳ２来选择。而外部ＤＤＳ（ＡＤ９８５２）则一般工作于串行输入方式。实际上，设计时也可用其它定时脉冲作为外部参考以校准时间和频率。
当输入待测脉冲多于四种时，可采用时分复用的方法进行测量。通常可由模块内部实现时分复用，也可由外部控制实现时分复用。
外部控制器通过串行移位寄存器向模块发送操作指令。模块根据外部控制器的指令来测量相应通道的信号，然后经计算送回外部控制器。
ＴＣＭ－２高精度通用时间比对模块还能自动识别参考定时脉冲和基准时钟的类别，同时可调整相应的算法。表２给出了ＴＣＭ－２的主要参数指标。
表1 TCM-2引脚分配及功能表
功 能
DDSD18ODDS串行数据线DDSCK19ODDS串行时钟线DDSUD/PWM12ODDS输入数据更新或PWM输出DDSRST10ODDS芯片复位DDSIORST31ODDS数据口复位DDSCS233O第二片DDS的片选DDSCS135O第一生DDS的片选LEDSD13O串行显示口数据线LEDSCK14O串行显示口时钟线SDDM2O输出移位寄存器数据SCKDM3O输出移位寄存器时钟MBUSY4I外部接收移位寄存器满标志SDMD42I输入移位寄存器数据SCK MD43I输入移位寄存器时钟DBUSY44O内部移位寄存器满标志CKO17I输出时钟信号，用于生成定时脉冲及与对方盘时钟比较CKOX46I对方盘输出时钟，用于在主/备工作时与本盘比较GPS1PPS48IGPS秒脉冲输入G1PPSD47IGPS秒脉冲直接输入，用于测量天线延时1PPSO1O秒脉冲输出W/FSNCI41I光纤/微波输入同步脉冲（用于时间双向传递同步）W/FSNCO40I光纤/微波输出同步脉冲（用于时间双向传递同步）W/FORQU45O光纤/微波输出同步脉冲发送请求
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