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关键词：同步、PXIe、GPS、北斗、驱动

导读

测量系统的同步需要触发的同步和采样时钟的同步。常用的测量同步有以下几种方式：近距离测量设备的外部同步、PXI机箱内主从（Master-Slave）板卡同步、PXI机箱内使用时钟模块卡同步、卫星信号同步、以太网的同步。

外部同步

这是最常见的同步方式。测量设备都应该使用一个公共的外部时钟源并在接到外部触发信号后开始工作。它的优点是：机理简单，不受厂家产品的限制。同步精度主要受限于：1）触发信号的精度；2）设备的布线，布线长短不一直接影响高频信号的同步精度；3）测量设备对外部信号的响应时间的差异。

图 1 外部触发同步

主从板卡同步

在一个系统里，我们可以指定一张卡为主卡，另外的卡为从卡。从卡直接使用主卡的时钟并接受触发指令。但是从卡不同的位置会影响接受主卡信号的时间，在高速应用里会是一个不可忽略的问题。这类主从板卡同步和外部同步机制是类似的。

PXIe系统提供了PXIe_SYNC100的同步信号和PXIe_CLK100的时序信号如图 2。一个设计良好的驱动可以利用这两组信号完成主从板卡的同步而且不受槽位的限制【1】。

主从板卡同步的优点是：1）省去了昂贵的时钟卡；2）主卡可以在任何槽位；3）PXI主从板卡可以做到非常高的精度，除去系统误差后可以在30ps甚至更高【2】。缺点是：1）不同厂商的卡对主从板卡的处理不同，所以无法通用；2）很多厂商根本不支持PXI主从板卡这一模式。

图 2 PXI主从卡同步时序示意图

使用PXI时钟槽和时钟模块同步

PXIe标准定义了时钟槽和三组信号线DSTAR A/B/C。DSTARA用来提供高精度的同步时钟源，DSTARB/C路由触发信号图 3。为了保证同步精度，时钟槽到其它每一个槽位都必须等距离。使用PXI时钟槽同步的优点是同步精度最高，在除去系统误差后可达到5ps左右。缺点是价格昂贵。

图 3 PXI时钟槽同步示意图

卫星信号同步

如果测试设备分散在比较远的距离，卫星信号同步可能是唯一的解决方案。无论是GPS还是北斗系统，地面接到的是一个相当准确的时钟。民用GPS同步信号的精度大约在10ns，北斗同步精度大约在20至50ns左右。但是大部分民用接受器的精度在100ns左右。【4】【5】【6】【7】

图 4 使用GPS信号同步

以太网同步

LXI（LAN eXtensions for Instrumentation）协议使用1588同步标准【8】，使用以太网来完成分布式系统的同步，同步精度可以达到100ns。

参考

【1】简仪FirmDrive及PXIe-1010使用手册

【2】National Instruments Document

【3】PXI Express-5 Hardware Specification Revision 1.1

【4】GPS Accuracy

【5】GPS Receiver Accuracy

【6】北斗同步精度

【7】简仪GPS-1101s同步模块的应用

【8】IEEE1588标准