時(shí)鐘同步技術(shù)的發(fā)展前景[1]

  摘要

  介紹了鐘源技術(shù)和鎖相環(huán)技術(shù)，分析了現(xiàn)有的幾種時(shí)間同步技術(shù)，展望了同步技術(shù)的發(fā)展趨勢。

  1  引言

  作為數(shù)字通信網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，時(shí)鐘同步技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)始終受到通信網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動。在網(wǎng)絡(luò)方面，通信網(wǎng)從模擬發(fā)展到數(shù)字，從TDM網(wǎng)絡(luò)為主發(fā)展到以分組網(wǎng)絡(luò)為主；在業(yè)務(wù)方面，從以TDM話音業(yè)務(wù)為主發(fā)展到以分組業(yè)務(wù)為主的多業(yè)務(wù)模式，從固定話音業(yè)務(wù)為主發(fā)展到以固定和移動話音業(yè)務(wù)并重，從窄帶業(yè)務(wù)發(fā)展到寬帶業(yè)務(wù)等等。在與同步網(wǎng)相關(guān)性非常緊密的傳輸技術(shù)方面，從同軸傳輸發(fā)展到PDH，SDH，WDM和DWDM，以及最新的OTN和PTN技術(shù)。隨著通信新業(yè)務(wù)和新技術(shù)的不斷發(fā)展，其同步要求越來越高，包括鐘源、鎖相環(huán)等基本時(shí)鐘技術(shù)經(jīng)歷了多次更新?lián)Q代，同步技術(shù)也在不斷地推陳出新，時(shí)間同步技術(shù)更是當(dāng)前業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

  2  時(shí)鐘技術(shù)發(fā)展歷程

  時(shí)鐘同步涉及的最基本技術(shù)包括鐘源技術(shù)和鎖相環(huán)技術(shù)，隨著應(yīng)用需求的不斷提高，技術(shù)、工藝的不斷改進(jìn)，鐘源技術(shù)和鎖相環(huán)技術(shù)也得到了快速的演進(jìn)和發(fā)展。

  （1） 鐘源技術(shù)

  時(shí)鐘振蕩器是所有數(shù)字通信設(shè)備的基本部件，按照應(yīng)用時(shí)間的先后，鐘源技術(shù)可分為普通晶體鐘、具有恒溫槽的高穩(wěn)晶振、原子鐘、芯片級原子鐘。

  一般晶體振蕩器精度在nE-5~nE-7之間，由于具有價(jià)格便宜、尺寸小、功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn)，晶體振蕩器在各個行業(yè)和領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。然而，普通晶體鐘一般受環(huán)境溫度影響非常大，因此，后來出現(xiàn)了具有恒溫槽的晶體鐘，甚至具有雙恒溫槽的高穩(wěn)晶體鐘，其性能得到很大改善。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對時(shí)鐘精度和穩(wěn)定性提出了更高的要求，晶體鐘源已經(jīng)難以滿足要求，原子鐘技術(shù)開始得到應(yīng)用，銣鐘和銫鐘是其中最有代表性的原子鐘。一般來說，銣鐘的精度能達(dá)到或優(yōu)于nE-10的量級，而銫鐘則能達(dá)到或優(yōu)于1E-12的量級。

  然而，由于尺寸大、功耗高、壽命短，限制了原子鐘在一些領(lǐng)域的應(yīng)用，芯片級原子鐘有望解決這個難題。目前民用的芯片級原子鐘基本上處于試驗(yàn)階段，其尺寸只有立方厘米量級，耗電只有百毫瓦量級，不消耗原子，延長了使用壽命，時(shí)鐘精度在nE-10量級以上，具有很好的穩(wěn)定性。芯片級原子鐘將在通信、交通、電力、金融、國防、航空航天以及精密測量等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

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