1.0 引言
美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體產(chǎn)品DP83640的獨(dú)特性能，即100 Mb/s下的同步以太網(wǎng)技術(shù)，可在用以太網(wǎng)連接的IEEE1588精密時(shí)
間協(xié)議（PTP）系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)非常精確的同步。采用這種特性，便可工作在要求的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束內(nèi)，實(shí)現(xiàn)PTP應(yīng)用達(dá)到
次納秒級(jí)的主從同步精度。同時(shí)也能產(chǎn)生一個(gè)與主PTP時(shí)鐘鎖定和校準(zhǔn)的從結(jié)點(diǎn)時(shí)鐘輸出。本應(yīng)用注釋首先提供了采用同步以太網(wǎng)模式測(cè)量主從結(jié)點(diǎn)同步所得到的經(jīng)驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)。然后，提供了與同步以太網(wǎng)模式相關(guān)的工作原理和拓?fù)湎拗朴嘘P(guān)的背景信息。接著討論了典型應(yīng)用，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)清楚地解釋了采用同步以太網(wǎng)模式的潛在精度。本應(yīng)用注釋適用于下列產(chǎn)品：
DP83640
2.0 測(cè)量同步
同步精確性可定義為主時(shí)鐘計(jì)數(shù)器和相應(yīng)的同步從時(shí)鐘計(jì)數(shù)器之間的瞬間時(shí)差。通過(guò)測(cè)量在特定時(shí)間觸發(fā)的主信號(hào)和由本地同步時(shí)鐘計(jì)數(shù)器在相同時(shí)間觸發(fā)的相應(yīng)從信號(hào)之間的時(shí)間差，可以確定同步精度。通常，在PTP討論的上下文中，這些觸發(fā)信號(hào)每1秒發(fā)生一次，故定義為平均每秒脈沖，或稱之為PPS（秒脈沖）信號(hào)。根據(jù)主從同步的精確性，也可直接測(cè)量控制PTP計(jì)數(shù)器的主從PTP時(shí)鐘輸出的相位關(guān)系。在擴(kuò)展周期內(nèi)重復(fù)進(jìn)行測(cè)量，采集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可提供主從時(shí)鐘或者PPS信號(hào)之間的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和一個(gè)最大時(shí)間或“峰峰值”差。
當(dāng)連接從器件并與主器件進(jìn)行同步時(shí)，在主從PTP時(shí)鐘之間確立一個(gè)固定的相位關(guān)系。采用在特定時(shí)間內(nèi)積累的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的平均值來(lái)測(cè)量這種固定的相位關(guān)系。這種相位關(guān)系
變化的程度受到內(nèi)部PTP計(jì)數(shù)器的精度限制。在DP838640T器件中，內(nèi)部PTP計(jì)數(shù)器（或數(shù)字時(shí)鐘）在125 MHz頻率下以8 ns為增量不斷更新。因此，固定的相位關(guān)系，或者主從
器件之間確定的平均值變化范圍從+8 ns到-8 ns。主PTP時(shí)鐘和從PTP時(shí)鐘之間的物理層雙向路徑中的任何不對(duì)稱也會(huì)導(dǎo)致額外的變化。只要維持同步連接，平均值就會(huì)保持恒定。然而，當(dāng)連接斷開(kāi)并重新建立時(shí)，就會(huì)確定一個(gè)新的，采樣時(shí)鐘限制內(nèi)的固定平均值。根據(jù)本文的用途，用術(shù)語(yǔ) “精度”來(lái)描述當(dāng)確立同步時(shí)在符合固定平均值的一個(gè)主信號(hào)和一個(gè)從信號(hào)之間測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)偏差。3.0 結(jié)果總結(jié)在為同步以太網(wǎng)工作配置的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)PTP系統(tǒng)中，正常條件下在擴(kuò)展周期內(nèi)進(jìn)行的測(cè)試表明，主時(shí)鐘到從時(shí)鐘的同步可獲得優(yōu)于100 ps的精度，測(cè)量的峰峰值小于1 ns。這些結(jié)果與同步以太網(wǎng)模式禁止時(shí)的類似測(cè)試相比大約精確100倍。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)還說(shuō)明了產(chǎn)生的高達(dá)125 MHz的從時(shí)鐘并將其與PTP主時(shí)鐘連接的網(wǎng)絡(luò)鎖定和校準(zhǔn)的性能。采用一個(gè)外部精確時(shí)鐘器件，例如NSC LMK3000系列的器件，可實(shí)現(xiàn)更高的鎖頻時(shí)鐘。還需注意，若使能同步以太網(wǎng)模式，可以消除任何本地從參考時(shí)鐘的不穩(wěn)定性，因?yàn)閺腜TP時(shí)鐘被鎖定到主時(shí)鐘上。
4.0 背景介紹
IEEE 1588精密時(shí)間協(xié)議在主從系統(tǒng)之間提供了網(wǎng)絡(luò)連接、基于信息包的同步功能。當(dāng)僅使用純軟件過(guò)程時(shí)，系統(tǒng)獲得的同步精度一般在毫秒數(shù)量級(jí)。在PTP使能的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接中使用DP83640提供的硬件主導(dǎo)的優(yōu)勢(shì)，有可能實(shí)現(xiàn)優(yōu)于10 ns的同步精度。此外，使能同步以太網(wǎng)模式，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接中有可能實(shí)現(xiàn)次納秒級(jí)的精度。為了利用同步以太網(wǎng)模式，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須符合特定的拓?fù)浼s束。為了幫助解釋這些限制，一些關(guān)鍵參數(shù)，器件的內(nèi)部時(shí)鐘結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟竺枋鋈缦隆?BR>4.1 重要術(shù)語(yǔ)
主結(jié)點(diǎn): 主結(jié)點(diǎn)是已使能精密時(shí)間協(xié)議（PTP）的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，其包含或傳播一個(gè)主PTP時(shí)鐘信號(hào)和主PTP計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)。從結(jié)點(diǎn): 從結(jié)點(diǎn)是已使能PTP的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，其包含了一個(gè)從PTP時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器。從結(jié)點(diǎn)通常會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連到一個(gè)主結(jié)點(diǎn)。采用PTP將一個(gè)從PTP時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器同步到一個(gè)主PTP時(shí)鐘和計(jì)數(shù)器。PTP 時(shí)鐘: 一個(gè)PTP時(shí)鐘是與PTP計(jì)數(shù)器鎖定的輸出時(shí)鐘信號(hào)源。在DP83640中，本地PTP時(shí)鐘工作在250 MHz，配置時(shí)鐘用來(lái)控制CLK_OUT信號(hào)。這種PTP CLK_OUT信號(hào)可被編程為250 MHz PTP時(shí)鐘的整除頻率，整除數(shù)范圍從2到255（相應(yīng)頻率為125 MHz到0.98 MHz）。
PTP 計(jì)數(shù)器: PTP計(jì)數(shù)器包含時(shí)間信息，并與PTP時(shí)鐘鎖定。在主結(jié)點(diǎn)上，PTP計(jì)數(shù)器是使用精密時(shí)間協(xié)議時(shí)的數(shù)
據(jù)源，目的是同步PTP從結(jié)點(diǎn)中的計(jì)數(shù)器。PTP計(jì)數(shù)器的增量值為8 ns。本地參考時(shí)鐘: 本地參考時(shí)鐘用來(lái)產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)流量。本地參考時(shí)鐘被嵌入到發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)信息流，并在接收器結(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)信息流中恢復(fù)。所有以太網(wǎng)物理層器件都采用本地參考時(shí)鐘源。在DP83640內(nèi)部的本地參考時(shí)鐘工作頻率為125 MHz。