1.0 引言
美國國家半導(dǎo)體產(chǎn)品DP83640的獨特性能，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
間協(xié)議（PTP）系統(tǒng)之間實現(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)拓撲約束內(nèi)，實現(xiàn)PTP應(yīng)用達到
次納秒級的主從同步精度。同時也能產(chǎn)生一個與主PTP時鐘鎖定和校準的從結(jié)點時鐘輸出。本應(yīng)用注釋首先提供了采用同步以太網(wǎng)模式測量主從結(jié)點同步所得到的經(jīng)驗結(jié)果的總結(jié)。然后，提供了與同步以太網(wǎng)模式相關(guān)的工作原理和拓撲限制有關(guān)的背景信息。接著討論了典型應(yīng)用，通過經(jīng)驗數(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 測量同步
同步精確性可定義為主時鐘計數(shù)器和相應(yīng)的同步從時鐘計數(shù)器之間的瞬間時差。通過測量在特定時間觸發(fā)的主信號和由本地同步時鐘計數(shù)器在相同時間觸發(fā)的相應(yīng)從信號之間的時間差，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。根據(jù)主從同步的精確性，也可直接測量控制PTP計數(shù)器的主從PTP時鐘輸出的相位關(guān)系。在擴展周期內(nèi)重復(fù)進行測量，采集的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可提供主從時鐘或者PPS信號之間的平均值、標準偏差和一個最大時間或“峰峰值”差。
當連接從器件并與主器件進行同步時，在主從PTP時鐘之間確立一個固定的相位關(guān)系。采用在特定時間內(nèi)積累的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的平均值來測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計數(shù)器的精度限制。在DP838640T器件中，內(nèi)部PTP計數(shù)器（或數(shù)字時鐘）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時鐘和從PTP時鐘之間的物理層雙向路徑中的任何不對稱也會導(dǎo)致額外的變化。只要維持同步連接，平均值就會保持恒定。然而，當連接斷開并重新建立時，就會確定一個新的，采樣時鐘限制內(nèi)的固定平均值。根據(jù)本文的用途，用術(shù)語 “精度”來描述當確立同步時在符合固定平均值的一個主信號和一個從信號之間測得的標準偏差。3.0 結(jié)果總結(jié)在為同步以太網(wǎng)工作配置的點對點PTP系統(tǒng)中，正常條件下在擴展周期內(nèi)進行的測試表明，主時鐘到從時鐘的同步可獲得優(yōu)于100 ps的精度，測量的峰峰值小于1 ns。這些結(jié)果與同步以太網(wǎng)模式禁止時的類似測試相比大約精確100倍。經(jīng)驗數(shù)據(jù)還說明了產(chǎn)生的高達125 MHz的從時鐘并將其與PTP主時鐘連接的網(wǎng)絡(luò)鎖定和校準的性能。采用一個外部精確時鐘器件，例如NSC LMK3000系列的器件，可實現(xiàn)更高的鎖頻時鐘。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鐘的不穩(wěn)定性，因為從PTP時鐘被鎖定到主時鐘上。
4.0 背景介紹
IEEE 1588精密時間協(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。當僅使用純軟件過程時，系統(tǒng)獲得的同步精度一般在毫秒數(shù)量級。在PTP使能的點對點連接中使用DP83640提供的硬件主導(dǎo)的優(yōu)勢，有可能實現(xiàn)優(yōu)于10 ns的同步精度。此外，使能同步以太網(wǎng)模式，在點對點連接中有可能實現(xiàn)次納秒級的精度。為了利用同步以太網(wǎng)模式，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必須符合特定的拓撲約束。為了幫助解釋這些限制，一些關(guān)鍵參數(shù)，器件的內(nèi)部時鐘結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓撲要求描述如下。
4.1 重要術(shù)語
主結(jié)點: 主結(jié)點是已使能精密時間協(xié)議（PTP）的一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點，其包含或傳播一個主PTP時鐘信號和主PTP計數(shù)器數(shù)據(jù)。從結(jié)點: 從結(jié)點是已使能PTP的一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)點，其包含了一個從PTP時鐘和計數(shù)器。從結(jié)點通常會通過網(wǎng)絡(luò)連到一個主結(jié)點。采用PTP將一個從PTP時鐘和計數(shù)器同步到一個主PTP時鐘和計數(shù)器。PTP 時鐘: 一個PTP時鐘是與PTP計數(shù)器鎖定的輸出時鐘信號源。在DP83640中，本地PTP時鐘工作在250 MHz，配置時鐘用來控制CLK_OUT信號。這種PTP CLK_OUT信號可被編程為250 MHz PTP時鐘的整除頻率，整除數(shù)范圍從2到255（相應(yīng)頻率為125 MHz到0.98 MHz）。
PTP 計數(shù)器: PTP計數(shù)器包含時間信息，并與PTP時鐘鎖定。在主結(jié)點上，PTP計數(shù)器是使用精密時間協(xié)議時的數(shù)
據(jù)源，目的是同步PTP從結(jié)點中的計數(shù)器。PTP計數(shù)器的增量值為8 ns。本地參考時鐘: 本地參考時鐘用來產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)流量。本地參考時鐘被嵌入到發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)信息流，并在接收器結(jié)點從網(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鐘源。在DP83640內(nèi)部的本地參考時鐘工作頻率為125 MHz。