基于IEEE 802.1AS的多跳时钟同步算法与系统实现

针对现有IEEE 802.1AS协议中单一主时钟无法保障多跳网络下高精度同步的问题,提出一种基于多属性决策的冗余时钟同步方法.首先,基于链路拥塞程度、节点拓扑属性和时钟源质量系数对时钟属性值进行建模;其次,采用多属性决策算法选取最佳主时钟并生成冗余时钟序列表;最后,利用FPGA(Field Programmable Gate Array)平台设计并实现冗余时钟同步系统,同时搭建真实网络环境对所提方法进行测试.结果表明,相较于现有方法,时钟同步精度提升了68%,主时钟失效后重新同步所需收敛时间减小了60%.

基于合并时钟域的片上时钟描述优化方法

多时钟域的可测试性设计有两种描述片上时钟(On Chip Clock,OCC)行为的方法:时钟控制定义(Clock Control Definition,CCD)和命名捕获过程(Named Capture Procedure,NCP)。但这两种方法都存在不足:CCD无法定义复杂的时钟方案和捕获方案;NCP所需的测试向量数目多,运行时间久。有鉴于此,提出了一种合并时钟域NCP方法。合并时钟域NCP提高了对时钟、捕获方案、流程的可控性,弥补了CCD不可控的不足。实验数据表明,合并时钟域NCP在不影响覆盖率的情况下,为固定型故障(Stuck At Fault,SAF)节省约28%的测试向量数量和22%的运行时间,为跳变延迟型故障(Transition Delay Fault,TDF)节省约18%的测试向量数量和13%的运行时间,提升了测试向量的效率,弥补了NCP的不足。

高动态跳频信号时钟同步设计与实现

由于跳频信号各跳之间的符号速率和符号数量不一致,特别是低速跳只含少量符号,导致时钟误差提取困难。针对高动态下的跳频信号时钟同步难题,提出基于频偏估计的钟偏反馈调整方法。该方法通过同步序列进行频率估计和钟偏估计,并结合反馈方法调整钟偏和时钟跟踪,实现了高精度时钟同步。仿真结果表明:该方法适应飞行速度7.9 km/s、加速度0.2 km/s2的超高动态,定时同步性能优越,定时精度满足高速跳频信号解调要求,且解调损失小于0.1 dB。

基于无迹卡尔曼滤波的精密时钟同步算法

工业以太网中,各设备对时钟同步精度的要求越来越高。以IEEE1588协议理论为基础,设计一种基于无迹卡尔曼滤波的时钟同步算法。通过对PTP得到的时间差进行观测,获取对下一个周期时钟偏差、时钟频率的估计值,使用该估计值校正从时钟频率和时钟偏差,以保证时钟同步。实验证明,该方法能够有效提高时钟同步精度。

基于PI闭环反馈的EtherCAT分布式时钟漂移补偿优化

接入工业总线的设备的增加会导致高延迟等同步性问题。基于EtherCAT对分布式时钟同步算法进行研究与分析,针对其在漂移补偿过程中存在补偿精度低的问题,提出了一种基于闭环反馈控制思想的动态漂移补偿算法。算法先利用定点数改进本地时钟,再利用PI控制调节漂移补偿值。最后搭建了测试平台,包括基于SOEM实现的主站与基于STM32+FPGA架构实现的从站,优化前后的算法分别在FPGA中实现。测试结果表明:定点数改进的本地时钟分辨率可以达到2^(-20) ns, PI闭环反馈优化后的漂移补偿算法可以将同步误差降低到25 ns之内,明显提高从站之间的同步性能。

应用于0.5~12.5Gb/s CMOS时钟数据恢复电路的相位插值器设计

文中采用28 nm CMOS工艺,设计了一款应用于半速率CDR电路中的相位插值器。该插值器采用锁相环提供的正交参考时钟,通过编码控制的DAC电流源调整电流权重控制输出相位,一个周期内可实现128次相位插值。为了提高接收器在多通道、多协议的性能,提出了输入时钟整形电路对斜率进行调节,提高了线性度。仿真结果表明,插值器在6.25 GHz工作频率下线性度良好,微分非线性(DNL)最大不超过1 LSB,积分非线性(INL)最大不超过2 LSB,实现了高线性度、宽频率范围的设计目标。

物联网智能北斗时钟的设计与实现

传统的数字时钟功能单一,且易受环境温度等因素影响出现误差。本设计基于北斗卫星导航系统的精准授时技术,结合单片机主控系统、传感器模块、WiFi模块和LCD12864模块,实现日期、时间的实时获取和显示、语音闹钟的设置和提醒、LCD背景灯光的自动开关、温湿度数据的检测和监控报警等功能。其中,闹钟、温湿度等数据的功能设置和信息获取均可通过手机端进行远程无线智能语音交互,实现北斗数字时钟的物联网智能控制。

一款0.16 mm^(2)基于180 nm CMOS采用全局去偏斜的半速率8×2.5 Gb/s时钟转发架构接收机

在时钟转发架构的高速有线通信接收机中,需要去偏斜电路实现时钟与数据之间的最佳采样关系,并保证多路数据的同步。本文提出了一种全局去偏斜方案,仅采用一路数据与时钟进行对齐,并通过时钟延时匹配与分布技术实现多路数据同步,减小了各通道独立去偏斜方案带来的功耗与面积开销。所提出的接收机由8路数据通道、1路半速率转发时钟通道与基于延迟锁定环路的全局去偏斜电路构成。基于180 nm CMOS工艺,在2.5 Gb/s数据率下,可去除输入时钟与数据任意偏斜,得到位于数据中心的采样相位,同时具有时钟占空比校准能力。在1.8 V电源电压下,所提出的接收机总功耗为187 mW,总面积为0.16 mm^(2),对比各通道独立去偏斜方案,功耗和面积开销分别节约了45.2%与62.8%。

辛伐他汀预防小鼠高脂血症合并脑缺血损伤及其对时钟基因的调控

目的探讨辛伐他汀对小鼠高血脂合并脑缺血再灌注损伤(CIRI)的预防作用及机制。方法将60只C57BL/6J小鼠分为假手术组、CIRI组〔采用大脑中动脉阻塞再灌注法(MCAO/R)制备小鼠CIRI模型〕、高脂组(ip给予泊洛沙姆407)、高脂+CIRI组(ip给予泊洛沙姆407,24 h后MCAO/R造模)、高脂+CIRI+辛伐他汀5和10 mg·kg^(-1)组(先ig给予辛伐他汀连续7 d,后按照高脂+CIRI组处理)。再灌注24 h后,对各组小鼠进行神经功能缺损评分;转棒实验测定掉落潜伏期;自主活动测试小鼠活动次数;TTC染色测定脑梗死体积;激光散斑血流成像检测小鼠脑血流量;取全血分离血清,并测定总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、丙二醛(MDA)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)含量;实时荧光定量PCR和Westen印迹法检测小鼠右脑皮质时钟基因Rev-erbα和Bmal1 mRNA及蛋白表达水平。结果与假手术组相比,CIRI组小鼠神经功能缺损评分升高(P<0.01),掉落潜伏期缩短(P<0.01),活动次数减少(P<0.01)。与CIRI组相比,高脂+CIRI组小鼠神经功能损伤加重(P<0.01);脑梗死体积显著增加(P<0.01);脑血流量显著降低(P<0.01);血清中TC,TG,LDL-C及MDA含量显著升高(P<0.01),GSH-PX水平显著降低(P<0.01);脑皮质Rev-erbαmRNA和蛋白表达水平显著下调(P<0.01);Bmal1 mRNA和蛋白表达水平显著上调(P<0.01)。与高脂+CIRI组相比,高脂+CIRI+辛伐他汀5和10 mg·kg^(-1)组小鼠神经功能损伤减轻(P<0.01);脑梗死体积显著减小(P<0.01);脑血流量显著增加(P<0.01);血清中TC,TG,LDL-C及MDA含量显著降低(P<0.01),GSH-PX水平显著升高(P<0.01);脑皮质Rev-erbαmRNA和蛋白表达水平显著上调(P<0.01);Bmal1 mRNA和蛋白表达水平显著下调(P<0.01)。结论辛伐他汀预防性给药能有效减轻小鼠高脂血症合并CIRI,其机制与其降血脂及调节时钟基因表达有关。

基于时钟抖动流水线结构的高效率真随机数发生器

现代加密系统对密钥随机性的需求不断增加。使用时序抖动、热噪声、亚稳态等作为熵源的真随机数发生器,因其可以提供高质量的随机性成为该领域的研究热点。因此,提出一种可配置、轻量级、高效率的真随机数发生器。该发生器使用基于随机数学模型的设计方法,由差分构架的两级时钟抖动流水线组成。第一级流水线中两个环形振荡器在规定时间内累积抖动,第二级流水线利用近似相同的两个环形振荡器的微小周期差构建时间数字转换器,对第一级输出的高斯抖动进行量化,通过数字化模块输出随机比特。在时间数字转换器运行过程中,第一级流水线已经重新启动累积下一个阶段的抖动,减少了空闲时间,提高了真随机数的质量和效率。在Xilinx Atrix-7平台进行了验证,该结构的硬件资源仅消耗了25个LUTs和13个DFFs,获得高达32.55 Mb/s的吞吐量。

基于时钟循环神经网络的光伏故障诊断

光伏电站大多地处恶劣环境,遭受风沙雨雪腐蚀,电池板容易出现多类型故障,如何对故障进行有效识别与定位尤为重要。为此,提出了一种基于时钟循环神经网络(clockwork-recurrent neural network,CW-RNN)的光伏故障诊断策略。首先,建立了光伏阵列系统仿真模型,分析了光伏发电故障的成因,模拟了不同故障下的光伏阵列输出特征;其次,采用CW-RNN方法建立了故障诊断模型,对光伏阵列故障进行识别与定位;最后,基于实时数据库系统搭建了光伏发电故障分析平台,对所提出的故障诊断模型性能进行验证,结果表明其有效性和准确性,对光伏电站高效地进行故障准确识别与定位具有一定参考意义。

面向无线传感网络的同步时钟技术研究

考虑到传统的时钟同步技术在信息交互过程中产生的延迟具有不确定性,为了消除其对时钟同步的影响,提出了面向无线传感网络的同步时钟技术研究。通过对任意一个网络节点在真实物理时间的本地时间进行变换处理,构建无线传感网络的线性时钟模型,根据高斯分布所具有的加减特性,计算两个连续同步轮次的动态响应时间差值,在离散形式下,构建无线传感网络观测模型。通过计算无线传感网络时钟差值的均值,得到无线传感网络节点的时间戳,将无线传感网络节点数据交互误差补偿的目标函数转换成向量的形式,补偿无线传感网络节点数据交互误差,实现无线传感网络的时钟同步处理。实验结果表明,在微秒级延迟下,该技术的同步精度仍较高,可以有效消除网络信息延迟的不确定性对同步时钟的影响。

一种FPGA时钟频率动态重置设计

所谓时钟频率动态重置,即通过软件动态地改变电路的工作时钟频率。本文结合作者项目研发,提出一种基于DCM的时钟频率动态重置算法。通过采用一个状态机动态驱动FPGA数字时钟管理器DCM的动态重配置端口DRP,不需要向FPGA重新加载新的比特数据流就可以对DCM进行参数设置,以达到软件动态改变电路模块工作频率的功能。硬件上,我们设计了一个用户可控的时钟频率动态重置系统,用户通过上位机直接输入相应参数即可改变相应模块的工作频率。

Multisim 14.0在电子设计课程中的应用研究——以数字时钟电路为例

为提高电子设计课程的教学效果,帮助学生依照电路原理进行虚拟实验,以数字时钟设计教学为例,研究在电子设计课程中应用Multisim14.0进行电路设计、仿真、修改、元器件封装及PCB制作。实践结果表明,在电子设计课程中应用Multisim 14.0可以夯实学生的理论知识,提高学生的实践能力,提升电子设计课程的教学效果。

时钟基因调控低氧训练肥胖大鼠白色脂肪组织棕色化

背景:低氧训练可以促进机体脂肪的降解,外界环境变化可影响动物昼夜节律,但昼夜节律变化对脂肪组织棕色化及脂肪降解的调控机制尚不明确。目的:阐明时钟基因对低氧训练大鼠附睾脂肪组织棕色化的调控机制。方法:喂养高脂饲料构建肥胖大鼠模型,造模成功后抽取40只肥胖大鼠随机分为4组,即常氧安静组、低氧安静组、常氧训练组、低氧训练组,每组10只,进行4周的干预。安静组大鼠不实施干预;低氧组大鼠全天生活在氧浓度为13.6%的低氧仓中;训练组第1周为适应性训练,后3周训练速度和时长保持不变。测量肥胖大鼠体质量、体长和肾周脂肪质量;并使用血脂生化检测试剂盒检测肥胖大鼠血清中三酰甘油、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇以及高密度脂蛋白胆固醇水平;油红O染色观察肝脏脂肪含量变化;苏木精-伊红染色评价各组大鼠附睾脂肪组织棕色化变化;转录组测序技术结合生物信息学分析脂肪组织中转录组水平变化;采用qRT-PCR检测附睾脂肪组织中PGC-1α、Beclin1、KLF2、Perilipin1 mRNA的表达变化情况。结果与结论:①低氧训练干预使营养性肥胖大鼠体质量、脂体比、Lees’s指数、血清总胆固醇、三酰甘油以及低密度脂蛋白胆固醇浓度显著降低(P<0.01),高密度脂蛋白胆固醇浓度显著升高(P<0.01);②油红O染色和苏木精-伊红染色显示,相比于常氧安静组、低氧安静组和常氧训练组,低氧训练更能有效促进大鼠肝脏组织中脂肪动员和附睾旁脂肪组织棕色化;③转录组测序结果显示,低氧训练时钟基因Dbp、Nr1d1、Sik1以及脂肪组织棕色化基因Ppargc1a(PGC-1α)等表达显著上调(P<0.05),而Arntl(Bmal1)显著下调(P<0.05),同时伴随物质代谢相关基因的表达增强;④qRT-PCR结果证实低氧训练时脂肪组织棕色化基因PGC-1α和脂代谢基因Perilipin1表达量均显著升高(P<0.01);⑤结果证实时钟基因在低氧训练促进脂肪组织棕色化过程中起到重要作用。

脊椎动物体节形成的分节时钟调控机制

脊椎动物胚胎发育早期中胚层细胞的分节时钟控制着体节的周期性形成。体节是沿身体轴的重复结构,最终发育形成椎骨和肋骨。如果分节时钟受到干扰,体节形成就会出现缺陷,从而导致身体发育异常,最终产生脊柱先天性疾病。参与体节发育的主要模型是时钟和波前模型。中胚层分化由组合梯度系统调节,该系统涉及成纤维细胞生长因子(FGF)、Wnt/β-catenin和视黄酸(RA)信号通路。FGF信号和Wnt/β-catenin信号控制后中胚层处于未分化状态,RA信号则诱导前中胚层细胞分化导致体节成熟。因此相反的信号梯度在特定位点达到平衡。当分子振荡器从尾芽起始表达并以行波模式向前传播至信号平衡临界点时,将启动分节时钟程序,触发Mesp2等分化基因表达,表现为未成熟的前体节中胚层发育形成一对体节。随着细胞二维培养体系和时事报告系统的成熟,研究人员成功在体外将干细胞诱导分化至中胚层并实现了分节时钟的二维可视化振荡。研究表明,细胞通信中的耦合延迟可以保持相邻细胞之间同步振荡,因此导致体节边界和双侧对称形成。此后研究人员在体外重建了诱导多能干细胞的三维培养系统,再现了具有前-后(AP)轴特征的体节样结构的形成。这为解码分节时钟网络调控机理、探索体节双侧对称形成以及不同物种发育速率的代谢调控机制提供了一个宝贵的研究体系。同时为探索病理性体节缺陷发展中的失调机制创造了一个平台。

无人战车中时钟同步技术的研究

时钟同步技术应用于无人战车是目前无人战车实时性的发展趋势。通过分析无人战车中对于时钟同步技术的需求,以及比较用于无人战车的主要时钟同步技术协议IEEE 1588、SAE AS6802和IEEE 802.1AS,提出将AS6802中的容错机制增加到IEEE802.1AS中,即将时钟监测技术、路径冗余技术和主时钟冗余技术应用到IEEE802.1AS中,最终实现在保持高精度时钟同步,提高其可靠性。

高速比较器与时钟驱动器电源模块电磁敏感性研究

高空电磁脉冲(HEMP)能够对电子器件或系统产生不可忽视的电磁脉冲效应。选取高速比较器与时钟驱动器,采用脉冲电流注入(PCI)的实验方法研究这两种器件电源模块的电磁敏感性。试验结果表明:双指数脉冲电流的上升沿是引起高速比较器与时钟驱动器输出扰动的主要原因,且扰动幅度都受到注入脉冲电流幅值的影响;高速比较器工作在不同电平时电源模块的电磁敏感性不同;高速比较器与时钟驱动器在不同工作频率下会表现出不同的电磁敏感性。研究结果对电子器件或系统的电磁敏感性分析与加固具有一定的指导意义。

基于5G信号异步时钟误差补偿的多无人机协同定位方法

5G信号可为多无人机(UAV)提供精确的相对测距/测角信息,进而提升其在卫星接收机故障时的协同定位精度。然而,协同网络中各节点的5G通讯时钟往往是异步的,这会对测距/测角信息的精度产生较大影响,进而降低融合性能。针对上述问题,提出了一种基于5G信号异步时钟误差补偿的多无人机协同定位方法。首先,构建了基于5G信号异步时钟误差的相对测距模型,并利用相对测距/测角信息以及高度计信息建立了从机的位置观测方程。在此基础上,通过设计迭代扩展卡尔曼滤波器(IEKF)实现了对从机惯导系统(INS)误差以及异步时钟误差的联合最优估计,提高了从机定位精度。仿真结果表明,相比于传统方法,所提方法将从机的水平定位精度提高了25.3%。

基于联合时钟恢复和均衡技术的光互连信号处理方法

在数据中心光互连系统中,针对时钟恢复模块和均衡模块相互依赖而导致两模块先决条件冲突的问题,提出了联合均衡和定时恢复反馈环路的数字信号处理方案。该方案针对PAM4信号特征,采用了改进的Gardner反馈式全数字时钟同步算法,以降低时钟恢复误差、提高收敛性能;在均衡模块,提出并采用了一种基于T/2分数间隔的改进级联多模盲均衡算法,以减小均衡稳态误差、改善信号均衡效果。仿真结果表明,该联合方案能够降低系统误码率,在满足硬判决前向纠错阈值下,40 km传输后的接收机灵敏度为-16 dBm,相较于级联方案提升了至少3 dBm。同时,联合方式的抗抽样时钟偏移(SCO)的能力更强,最大能容忍的SCO提高约200个时钟偏移量,说明本方案可以有效补偿线性损伤和时钟误差。