如何设计使主从时钟频率同步？

3491 FPGA 可编程逻辑

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 网络化运动控制是未来运动控制的发展趋势，随着高速加工技术的发展，对网络节点间的时间同步精度提出了更高的要求。如造纸机械，运行速度为1 500～1 800m／min，同步运行的电机之间1μs的时间同步误差将造成30 μm的运动误差。高速加工中心中加工速度为120 m／min时，伺服电机之间1μs的时间同步误差，将造成2 μm的加工误差，影响了加工精度的提高。分布式网络中节点的时钟通常是采用晶振+计数器的方式来实现，由于晶振本身的精度以及稳定性问题，造成了时间运行的误差。时钟同步通常是选定一个节点时钟作为主时钟，其他节点时钟作为从时钟。主节点周期性地通过报文将主时钟时间发送给从节点，从节点接收到报文后，以主时钟为基准进行延迟补偿，然后将计算出的新时钟值赋给从时钟。这种同步方法造成了从时钟计数值的不连续，即会出现重复(从时钟晶振频率快于主时钟)或跳跃(从时钟晶振频率慢于主时钟)，而且这种方法并没有从根本上解决时钟频率的不同步问题，因此要进一步提高同步精度很困难。如何设计使主从时钟频率同步？这个问题急需考虑！ 0
2019-8-6 06:34:51　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × jerry1978 该类别下有 6 个回答。邀请回答唯安an 该类别下有 5 个回答。邀请回答 h1654155957.9852 该类别下有 4 个回答。邀请回答 LY90186 该类别下有 4 个回答。邀请回答 hjh22678 该类别下有 4 个回答。邀请回答 vnwueurw 该类别下有 4 个回答。邀请回答 vtwterwer 该类别下有 4 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 bei232 该类别下有 4 个回答。邀请回答 diaoshayu 该类别下有 4 个回答。邀请回答 nyvvhxcs 该类别下有 4 个回答。邀请回答周小舟1 该类别下有 4 个回答。邀请回答 liese 该类别下有 4 个回答。邀请回答 cai868 该类别下有 3 个回答。邀请回答 rstech_rd 该类别下有 3 个回答。邀请回答报纸弟弟麦花该类别下有 3 个回答。邀请回答 zzpf 该类别下有 3 个回答。邀请回答 qinghong325 该类别下有 3 个回答。邀请回答 xiaoshuhao 该类别下有 3 个回答。邀请回答 shide87812 该类别下有 3 个回答。邀请回答举报丁峙昌相关推荐 • 分享一种实现时钟频率同步的设计方案 2162 • 如何利用FPGA实现可调频率的时钟设计？ 2751 • 什么是基于时钟频率调整的时间同步原理？ 3666 • 时钟同步如何实现组网？ 1145 • 需要一款小功率同步电机，以及驱动板，求大神推荐 2635 • 一种新的MIMO-OFDM同步技术解析 1706 • 请问DDS哪个系列具有主从同步功能？ 1932 • DP83640同步以太网模式是什么 1563 • 该电路有啥改进的地方，输入12V交流，正负10%的变化下，能保持频率不变不？ 2570 • 空口同步測試包括哪些？ 2339 2个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 1 时钟同步原理要实现两个时钟的同步，一是时钟的计数值要相同，二是计数增长速率要相同。如图1所示，设主时钟的频率为f，从时钟频率在Nn-1到Nn时间段为fn-1，在Nn到Nn+1为fn，SyncDelay为同步报文从主站到从站的延迟时间，可以通过延时测量帧采用往返法测量得到，从时钟要在Nn+1时刻达到与主时钟相等，那么有：因为主时钟是周期性发出同步报文，所以有Mn+1-Mn=Mn-Mn-1=T，由式(2)和(3)可得： kn就是时钟频率调整系数。在每个同步周期可以计算出频率调整系数，然后通过相应的硬件电路来实现频率调节。 2 可调频率的时钟设计可调频率时钟是一种完全由数字电路组成的时钟计数器，构造简单，可以很方便地在FPGA中实现，原理如图2所示。该频率可调时钟由一个p位时钟计数器，q位累加器和r位频率补偿值寄存器组成。每个晶振周期，累加器与频率补偿寄存器中的FreqCompValue相加，并将结果保存到累加器。如果累加器发生溢出，时钟计数器的值就增加1；反之，时钟计数器保持不变。由此可以看出，晶振频率和频率补偿值FreqCompValue的大小决定了累加器的溢出速率，也决定了时钟计数器的计数频率。所以可以通过调整FreqCompValue来调节时钟频率。为了实现高精度时钟，晶振频率要比时钟频率高。设晶振频率为FreqOsc，时钟计数频率为FreqClk，分频比为DivRatio，同步周期为SyncInterval，补偿精度为Precision，p、q、r可由下列公式得出：在本系统中，取FreqClk为50 MHz，FreqOsc为60MHz，则DivRatio为1.2。当同步周期为1 s时，补偿精度Precision可选10-9，由公式可选择r=q=32，p=64。频率补偿初值由下式求出： FreqCompValue=2q／DivRatio=232／1.2=32’d3579139413 在时钟输出算法中，该值由频率调整系数动态调整：

2019-8-6 17:03:08 评论举报杨芳

答案对人有帮助，有参考价值 0 3 频率补偿算法在FPGA中的实现由式(4)和式(10)可得：频率补偿就是在每个同步周期计算FreqCompValuen，FPGA提供了参数化的乘法器兆函数(1pm_mult)和除法器兆函数(1pm_divide)，可以快速实现上述算法。原理如图3所示，在每个同步周期同步信号的驱使下，锁存器B和C分别锁存当前时钟读数和上个同步周期时钟读数，同时将主时钟读数输入到加法器A中，经过减法器E、F和乘法器G，以及除法器H后计算出新的FreqCompValuen，并在同步信号的驱动下，将其锁存到锁存器D中。由于中间的计算结果要经过一定的时钟周期，所以锁存器D的锁存信号要延时一定的晶振周期。在本设计中延时50个FreqOse，即在<1μs的情况下就可以得到新的频率补偿值。同步报文的传输延迟SyncDelay理论上是不变的，而实际上报文在传输过程中有抖动。参考文献[3]对此进行了分析，并指出同步周期越长，报文传输延迟抖动的影响就越小，因此可以忽略不计。 4 实验验证主时钟采用50 MHz的有源晶振来实现，并将其作为固定时钟；从时钟采用30 MHz有源晶振，通过FPGA的锁相环PLL将其频率倍频到60 MHz，然后1.2分频，实现可调频率的50 MHz时钟。让主时钟和从时钟以一定的时间间隔产生中断，并通过逻辑分析仪采样中断信号分析其偏差。由于系统时钟的分辨率为20 nS，采用广州致远电子有限公司的逻辑分析仪LA1532，其最大采样频率为100 MHz，所以偏差测量精度可以达到10 ns。图4(a)是未进行同步前两个时钟的偏差分析，X轴表示主时钟和从时钟的计时长度，Y轴表示主时钟和从时钟的计时偏差。从图中可以看出两个时钟的偏差大概为5×10-6，即1 s内的偏差可以达到5μs。图4(b)为同步后主时钟和从时钟偏差测量结果，共测量1 000次，其10 ms内同步偏差在±20 ns。X轴表示测量时间，Y轴表示主从时钟同步偏差。图4(c)为同步后两个从时钟偏差测量结果，共测量1 000次，其10 ms内同步偏差在±40 ns。X轴表示测量时间，Y轴表示从时钟之间同步偏差。结语基于时钟频率调整的时间同步方法，实现简单，而且没有复杂的软件同步协议，占用较小的网络带宽就可以实现高精度的时钟同步，在硬件上只需要低成本的FPGA支持。

2019-8-6 17:03:11 评论举报李朝