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(多图) DP83640同步以太网模式:在PTP应用中实现次纳秒精度

美国国家半导体公司DavidMiller?? 2010年01月29日 ?? 收藏1

?  使用DP83640能测量同步,可以使用输出触发器(包括一个周期性的PPS输出触发),或者使用实际的PTP时钟信号,可通过对器件的CLK_OUT引脚(引脚24)上的输出编程来实现。参见图6。

同步测量的设置

图6.同步测量的设置

  根据本应用注释的用途,将两个DP83640演示板卡分别用作主从器件来进行测量,采用1米电缆进行连接。主器件采用OCXO25MHz参考时钟源。从器件采用OCXO和晶振,以此表明同步以太网模式提供了对于本地温度/频率不稳定性的抗干扰性能。在25℃室温和3.3V的VCC等正常条件下进行测量。采用了Tektronix784C示波器。

  7.0测量结果

  表1总结了在正常条件下同步数据的长时间(几个小时)累计。统计数据代表了主示波器触发信号和相应的从信号在扩展周期内测量的时间。在数据表中每行的相关直方图也用附加的示波图表示出来。

  为了进行比较,在表1(图7)中的测试编号1代表了同步以太网模式禁止时采集的同步数据。主从器件利用非常稳定的OCXO参考时钟源测量数据。可以看到,当以主时钟为参考时,测量捕捉到的从时钟分布的标准偏差约为5ns,最大峰峰值约为48ns。

  测试编号2(图8)表示了同步以太网模式禁止时在相同配置中采集的数据,但是将晶振作为一个从参考时钟源来比较。可以发现,在测量的最大峰峰值约为119ns时,标准偏差几乎倍增到约9.5ns。如果最大峰峰值结果大于100ns,就不可能得到一个稳定的10MHz信号直方图迹线,所以会采用1MHz时钟输出信号来代替。

  作为对比,测试编号3(图9)显示了当使能同步以太网模式时标准偏差约为80ps,此时峰峰值测量约为900ps。测得的精度比采用同步以太网模式禁止时的相应数据高出50倍以上(测试编号1,图7)。

  测试编号4(图10)显示了同步以太网模式使能时在相同配置下测试的数据,但再次使用了晶振作为从参考时钟源以进行比较。以大约77ps的标准偏差和大约700ps的峰峰值,很清楚地阐明了同步以太网模式提供的对本地时钟不稳定性的抗干扰能力。与以太网模式禁止下的参照数据相比,精度高出约100倍以上。

  测试编号5(图11)可将代表10MHzCLK_OUT信号的数据与代表秒脉冲触发输出同步的数据作比较。数据表明,当标准偏差与类似的10MHzCLK_OUT数据(测试编号3)可比拟时,测得的数据峰峰值加倍到约2ns。

  最后,测试编号6(图12)表明标准偏差约为79ps,最大幅值约为760ps时,125MHz主时钟到从时钟输出的性能与10MHz条件下的性能可比拟。

表1.同步输出测试结果

同步输出测试结果

测试编号

时钟输出的性能

  8.0结论

  通过提供的经验数据,能清楚地说明美国国家半导体DP83640的同步以太网模式特性的优点。可以看到,同步以太网模式使能与同步以太网模式禁止时在类似配置下得到的结果相比,精度可提高100倍以上。

  对于要求记录数据达到次纳秒级精度的任何应用而言,在PTP使能的网络环境中,同步以太网模式是很有用的。同步以太网模式对于网络链路上主时钟源需要精密锁定扩展的应用,或者在同步从系统须与本地参考时钟的不稳定性影响相隔离的应用中也很有用。

  在显著改善精度时,为了正确应用同步以太网模式,必须满足要求的网络拓扑限制。这些限制包括将主PTP时钟对主物理层时钟的相位锁定,以及在锁频网络链路上,将锁相的主PTP时钟结点和从PTP时钟结点直接相连。


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DP83640? 同步以太网? 纳秒精度?

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