[发明专利]分布式同步和定时系统

说明书

本申请是根据2008年9月16日提交到中国专利局的题为“分布式同步和定时系统”的申请No.200780009153.0(国际申请号PCT/AU2007/000155)提出的分案申请。

相关申请

本申请基于2006年2月15日提交的第60/773,537号美国申请，并要求其提交日的权益，其内容通过引用而整体包含于此。

技术领域

本发明涉及一种用于提供分布式同步和定时系统的方法和设备，具体地但是决不是排他性地，用于提供在必要的任意程度上同步的、测试和测量设备、仪器接口和处理控制设备的时钟、数据采集和控制。

背景技术

USB规范旨在以开放的架构促进来自不同厂商的装置的互连。通过利用以传送信息的两条导线的信号电平之间的差的形式的差动信令(即所述两条导线)来编码USB数据。USB规范旨在作为对PC架构、跨越便携的、台式和家用环境的增强。

USB规范假定各种装置是不同的。这对于其中连接来自多个制造商的装置的指定环境是成立的，但是还存在其他的环境(如特定的普通工业或者实验室环境)，其中要求用于以同步的方式来操作具有相似特性的多个装置的规范。上述规范不足以解决这个问题。这样的环境通常是其中执行测试、测量或者监视、并且要求使装置以比规定的程度更准确地程度而同步的环境。通过向所有的装置提供1kHz的时钟信号，USB规范允许装置之间的有限的同步。但是，很多实验室和工业环境要求在兆赫兹频率和更高频率下的同步。

USB使用分层的星型拓扑，其中，集线器为USB装置提供附接点。位于用户的个人计算机(PC)、便携式计算机或者个人数字助理(PDA)上的USB主机控制器包含根集线器，该根集线器是在系统内所有USB端口的源。所述根集线器提供多个USB端口，USB功能装置或者附加的集线器可以附接到所述多个USB端口。

另外，可以将多个集线器(如USB复合装置)附接到这些端口中的任何一个端口，这些端口又经由用于另外的USB装置的端口而提供另外的附接点。以这种方式，USB允许最多127个装置(包括集线器)互连，其中限制是任何装置最多可以有5级深。

主机内的根集线器每毫秒向每个装置发送一个帧开始(SOF)信号包，两个SOF包之间的时间称为帧。每个模块在不同的时间接收该SOF包，从而允许USB拓扑内固有的电延迟。所述拓扑意味着：对于接收相同的信号，在直接连接到主机控制器的装置与低5级的装置之间可能有相当大的时延(规定为≤380ns)。当需要在兆赫兹等级和更高频率等级同步装置时，这是一个严重的限制。而且，USB规范使得主机控制器不能发送多达5个的连续SOF令牌。

通过两种类型的USB传输(即中断和等时)，当前可以在USB主机和USB装置之间进行同步。中断传输允许保证装置的最小周期为125微秒的轮询频率，而等时传输保证不变的传输速率。这两种方法均要求在装置和主机之间有通信流用于进行同步，并因此保留更多带宽用于更高程度的同步。不幸的是，这意味着在连接最大数量的装置之前就会用完可用的USB带宽。这种方法还在主机上设置了通过软件使127个装置保持与主机同步的巨大计算负担，但是仍不能解决保持所述装置之间同步的问题，原因是，对于主机，各个装置代表单独的进程。

包含某种物理换能器(如激光二极管或光电检测器)的装置可能需要时钟和触发信息。这样的装置(如具有1MHz的调制光输出的激光二极管)可以使用时钟信号，以便以规则的间隔或以恒定的频率来执行换能器功能。通常使用触发信号以在设定的时间启动或者结束操作。在激光二极管的示例中，可以使用触发信号来接通或者关断调制光输出。

这些时钟和触发信号或者信息(以下称为同步信息)可以用于使多个装置彼此同步，只要所述信号对于所有装置是公共的和同时的。‘公共’和‘同时’在此表示这些在所述装置之间的信号在时间上的变化小于规定的量□t。在激光二极管的示例中，这使得多个激光二极管能够将它们的光输出调制在一个频率上。所有装置的调制频率将是相同的，并且它们的波形将是同相的。当前的USB规范(即2.0)允许高达0.35微秒的δt中的延迟。对于具有1MHz的频率和1.0微秒的周期的信号，这个延迟几乎占所述周期的一半。因此其不能用来被指定为用于例行使用的同步信号。