军用交换系统中二级时钟的设计与实现

作     者：王勤民 

作者单位：解放军信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杭德全

授予年度：2006年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：网同步 二级时钟 锁相环 CPLD 

摘      要：网同步技术是数字通信系统的关键技术之一，网同步时钟是网同步技术的关键设备。随着我国通信网的发展，同步设备在通信网中所起的作用越来越大，人们对高稳定度、跟踪能力强的时钟需求也越来越迫切。尤其是在军事通信网中，更是如此。从国内外高级别时钟的研究发展状况来看，商用时钟的设计思想不适合用于军用可搬移通信系统，需要对它进行改进。本文结合项目“军用可搬移交换系统，对军用可搬移交换系统中的二级时钟的实现方案进行了研究，特别是在时钟中的锁相环的设计上做了深入的研究，力图为军用通信网提供高性价比、可搬移、战时应急的交换设备。本文所做主要工作如下： 1．本文介绍了网同步技术的基本知识，以及时钟在同步通信系统中的地位，并对时钟的相关性能指标进行了说明，针对主从同步通信网的结构，讨论了时钟系统性能指标的基本要求。 2．根据锁相环的基本结构和工作原理，结合时钟的特殊要求，本文分析了传统时钟的实现方案所存在的问题，指出这种方案与现代时钟的发展方向不相适应，特别强调了它在应用于军事交换系统的时钟时所遇到的挑战。 3．针对传统时钟实现方案所存在的问题，我们提出了一种新的时钟设计方案，它是一种软硬件设计基本分离的设计，把时钟的绝大部分功能放在CPLD内部来实现，而微控制器仅负责通信和对整个系统的控制，减小了时钟对微处理器的依赖程度，提高了时钟的性能。然后，分析了时钟冗余度的问题，初步解决了时钟的主用板和备用板在切换过程中所引起的相位滑动的问题，提高了时钟的可靠性。 4．本文突破了传统的单纯用模拟或数字设计来实现锁相环的思想，采用模拟和数字混合设计的方案。根据鉴频鉴相器的工作特点，用“记忆环和“无记忆环协调工作的思想，来实现时钟锁相环的各项功能。其中“记忆环用来快速地捕获频率并进行跟踪，而“无记忆环则在跟踪状态下对相位进行微调，改善了系统的性能，简化了对时钟的控制。 5．进一步分析了新型时钟锁相环工作性能，对双环协调工作的情况和“无记忆环对系统性能的改善进行了重点分析。这种锁相环具有时钟所要求的窄带、松耦合和智能化等特点。经过测试，新型时钟系统频率稳定度高，实现简单，便于维护，达到军用通信网二级时钟的要求。