一种基于光纤传输的多机相位同步系统及方法与流程

1.本发明涉及多机系统技术领域，具体涉及一种基于光纤传输的多机相位同步系统及方法。


背景技术：

2.多机相位同步在电源系统中应用极为广泛。多相系统中，从设备在同步主设备相位的基础上，进行实现对主设备的相位差；多机电源设备也是通过同步相位后，加入180度的相差进行反相，进而串联实现升压。多机相位同步的实时性和准确性是应用中两大要点。目前多机系统中相位同步相主要采用两种方式，一类是传递过零信号，主设备向从设备发送同步过零信号，从设备接收到同步过零信号，在零相位点处与主设备进行相位同步，实时性较强，但准确度不高，一个周期同步一次，尤其是频率变化时，无法准确追踪相位变化，会产生相位突变；另一类是基准源锁相技术，将主设备的模拟基准源发送给从设备，从设备将其鉴频，锁相，获得相位信息。准确性较高，能跟踪相位的变化，但实现电路较为复杂，且实时性无法满足要求，有一定的延时效应。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种基于光纤传输的多机相位同步系统及方法，在高速率光纤通讯中实时传递同步相位码值，准确性较高，能实时地跟踪相位的变化，在多机电源系统具有很好的同步性能和扩展性。
4.本发明公开了一种基于光纤传输的多机相位同步系统，包括主设备和若干从设备，所述主设备和所述从设备均设有光纤发射接口和光纤接收接口，所述主设备的光纤发射接口通过光纤与一个从设备的光纤接收接口相连，与主机相连的从设备和其他从设备之间依次串联，所述从设备的光纤接收接口通过光纤与其相连的上一个从设备的光纤发射口相连，所述从设备的光纤发射口通过光纤与其相连的下一个从设备的光纤接收接口相连；所述主设备每间隔t时刻产生一个新的本机数字参考源，并将本设备数字参考源的相位信息作为系统同步相位信号经由光纤传输给与所述主设备相连的从设备，所述从设备的光纤接收接口接收系统同步相位信号，将接收到系统同步相位信号作为本机的数字参考源相位，并将系统同步相位信号通过光纤发射口发送给与该从设备的光纤发射接口相连的从设备的光纤接收接口；当最后一个所述从设备的光纤发射口与所述主设备的光纤接收接口相连，所述主设备和所述从设备形成闭环通信测试，测试包括自测试模式和自校正模式。
5.进一步地，所述主设备在产生本机数字参考源时，将数字参考源的相位信息进行编码，生成同步相位码值为系统同步相位信号。
6.进一步地，所述光纤传播信息的时间为t
光纤
，t
光纤
《《t。
7.进一步地，系统进入自测试模式时，当主设备接收到最后一个从设备返回的系统同步相位信号的时间tr小于t时，自测试判定实时传输成功；当tr大于t时，自测试判定实时传输失败。
8.进一步地，系统进入自校正模式时，主设备获取当前同步相位信号的信息位数设置值，并进入自测试模式，当自测试判定实时传输成功，则完成校正，当自测试判定实时传输失败，调整系统同步相位信号的信息位数，再次进入自校正模式，直至自测试判定实时传输成功。
9.进一步地，当系统同步相位信号的信息位数为最小精度位数，自测试判定实时传输失败，则自校正失败。
10.本发明公开了一种基于光纤传输的多机相位同步方法，基于上述的一种基于光纤传输的多机相位同步系统，包括以下步骤：步骤一：所述主设备每间隔t时刻，产生一个新的本机数字参考源，将数字参考源的相位信息进行编码，生成同步相位码值，即系统同步相位信号；步骤二：所述主设备通过光纤发射口将系统同步相位信号经由光纤传输给与所述主设备相连的从设备的光纤接收接口；步骤三：与所述主设备相连的从设备的将接收到系统同步相位信号作为本机的数字参考源相位，并将系统同步相位信号通过光纤发送给与该从设备光纤发射接口相连从设备的光纤接收接口；步骤四：从设备光纤发射口的接收到系统同步相位信号的从设备将接收到系统同步相位信号为本机的数字参考源相位，并将系统同步相位信号通过发送给与该从设备光纤发射接口相连的下一个从设备的光纤接收接口；步骤五：重复步骤四直至所有从设备接收到系统同步相位信号，并将系统同步相位信号作为本机的数字参考源相位，实现多机相位同步。
11.进一步地，所述光纤传播信息的时间为t
光纤
，t
光纤
《《t,当有n台设备，所述主设备t1时刻发送系统同步相位信号，第n台从设备tn时刻接收到系统同步相位信号，tn-t1《t，第n台从设备收到主设备的第一帧系统同步相位信号时，主设备的第二帧系统同步相位信号还未生成。
12.进一步地，所述光纤传递一帧系统同步相位信号所需时长为δt，当第n台从设备收到主设备的第一帧系统同步相位信号时，需要满足n*δt《t，在同一光纤速率下，光纤传递同步相位码值位数越多，相位精度越高，传递时间δt越长，当δt随着同步相位码值位数变长后，n 《t/δt，设备的数量n越小。
13.进一步地，当所述主设备和所述从设备形成闭环通信测试，首先进入自测试模式，当主设备接收到最后一个从设备返回的系统同步相位信号的时间tr小于t时，自测试判定实时传输成功，当tr大于t时，自测试判定实时传输失败，系统进入自校正模式。
14.进一步地，系统进入自校正模式时，主设备获取当前同步相位信号的信息位数设置值及最小精度设置位数，并进入自测试模式，当自测试判定实时传输成功，则完成校正，当自测试判定实时传输失败，调整系统同步相位信号的信息位数，再次进入自校正模式，直至自测试判定实时传输成功。
15.进一步地，当系统同步相位信号的信息位数为最小精度设置位数，自测试判定实时传输失败，则自校正失败。
16.本发明的有益效果：本发明基于高速光纤通信链路，实现多机相位同步功能。主设备在产生本机数字
参考源时，将源相位信息进行编码，生成同步相位码值，通过光纤发送出去。从设备从光纤获取同步相位码值，作为本机的数字参考源相位信息，使得本机同主设备工作在同一相位，同时从设备再次将同步相位信息传递给下一个从设备，使得所有的设备的数字参考源都工作在同一相位，完成相位同步。系统中传输的同步相位信息位数可以依据系统的需求进行调整。位数多，同步相位精度高，系统多机数量变小；位数少，同步相位精度降低，系统多机数量可增加。在高速率光纤通讯中实时传递同步相位码值，准确性较高，能实时地跟踪相位的变化，在多机电源系统具有很好的同步性能和扩展性。
17.本发明还提供一种多机系统自测试模式，检测该系统是否满足实时同步相位传输；提供一种多机系统自校正模式，同时满足实时同步相位传输和系统设置的相位信息最小精度，获得最优的同步相位信息位数，使得多机系统实时，准确的实现同步功能。
附图说明
18.图1是本发明系统结构示意图。
19.图2是数字参考源相位生成示意图。
20.图3是多机系统光纤收发相位时间点示意图。
21.图4是本发明系统形成闭通信环测试的结构示意图。
22.图5是本发明系统自测试模式的流程图。
23.图6是本发明系统自校正模式的流程图。
具体实施方式
24.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
25.本发明公开了一种基于光纤传输的多机相位同步系统，如图1所示，包括若干个（至少两个）设备形成一个多机系统，每一个设备的都有一个光纤发射接口（tx）和一个光纤接收接口（rx），其中第n-1号设备的接收口和第n-2号设备的发射口相连，第n-1号设备的发送口和第n号设备的接收口相连，n为设备的台数。系统中一台设备为主设备，其它为从设备，即主设备1号、从设备2号、从设备3号
…
和从设备n号，主设备1号的光纤发射接口通过光纤与从设备2号的光纤接收接口相连，从设备2号的光纤发射接口通过光纤与从设备3号的光纤接收接口相连，以此类推，直至第n号设备的发射接口通过光纤与从设备n-1号的光纤接收接口相连。主设备1号将本设备数字参考源的相位信息作为系统的同步相位信号，经由光纤传输给从设备2号，从设备2号从光纤中接收到系统同步相位信号，一方面将其作为本机的数字参考源相位，使其与主设备实时同步，另一方面将系统同步相位信号发送给3号从设备，以此类推，直至所有从设备接收到主设备发出的相位信息，并将本机的数字参考源与之同步，实现多机相位同步。
26.主设备1号在产生本机数字参考源时，将源相位信息进行编码，生成同步相位码值，通过光纤通信发送出去。同步相位信息码值个数影响相位的精度，应根据系统的需求和硬件要求选择位数。本设计中同步相位采用30位码值，相位精度达到0.00000033度。
27.如图2所示，主设备数字参考源的处理周期为t,即主设备每间隔t时刻，产生一个
新的相位信息，电源系统中交流源信号多为几k速率，相位生成周期t对应的频率是几m速率，光纤传播能达gbps，即光纤传播信息的时间t光纤《《t。
28.当最后一台从设备收到主设备的第一帧系统同步相位信号时，主设备的第二帧系统同步相位信号还未生成。此时，系统中所有的设备的数字参考源都工作在同一相位，多机系统完成相位同步。如图3所示，本系统中，光纤传递一帧系统同步相位信号所需时长为δt，在同一光纤速率下，光纤传递同步相位码值位数越多，相位精度越高，传递时间δt越长。
29.n*δt《tn 《t/δt当δt随着系统同步相位信号位数变长后，n会变小。
30.如图4所示，本系统还包括测试模式，测试模式下最后一个所述从设备的光纤发射口与所述主设备的光纤接收接口相连，形成闭环通信测试，也就是将最后一台从设备n号与主设备1号首尾相连，形成闭环通信测试，系统会自动检测当前多机系统是否满足实时同步相位，如果不满足，自校正模式可自动调整为实时同步相位的最优设置。待校正完成后，可断开此项连接，进入常规模式。
31.具体的，测试模式包括自测试模式和自校正模式。自测试模式是多机系统自动进行实时同步相位的检测。如图4所示，多机系统进入自测试模式，主设备1号接收从设备n号返回的相位信息，该相位信息为主设备1号在t1时刻发送出去的系统同步相位信号，通过闭环光纤通信链路在t1+tr时刻回到主设备1号。其中tr为多机系统闭环光纤传输一次的时长，tr=n*δt由主设备1号每间隔t时刻，产生一个新的系统同步相位信号，则有tr《t时，自测试判定实时传输成功，同理，tr》t时，自测试判定实时传输失败。
32.当自测试未通过，主设备1号可进入自校正模式。自校正模式需用户设置最小同步相位信息位数，即多机系统可接受同相位信息的最小精度。自校正模式是通过调整同步相位信息的位数来缩短光纤传递一帧信息所需时长为δt，进而达到缩短多机系统闭环光纤传输一次的时长tr的目的。校正中会逐步减少同步相位信息的位数，每减少一位，重复进行一次自测试，自测试成功，则完成校正。测试不成功，继续减少一位，重复该过程，直至自测试成功，自校正完成，同时给出最优同步相位信息位数。当同步相位信息位数为用户设置的最小精度位数，自测试仍不成功，则自校正失败。
33.基于上述系统，本发明还公开了一种基于光纤传输的多机相位同步方法，包括以下步骤：步骤一：主设备1号每间隔t时刻，产生一个新的本机数字参考源，将数字参考源的相位信息进行编码，生成同步相位码值，即系统同步相位信号；步骤二：主设备1号通过光纤发射口将系统同步相位信号经由光纤传输给从设备2号的光纤接收接口，发送时间为t1；步骤三：从设备2号的将接收到系统同步相位信号作为本机的数字参考源相位，并将系统同步相位信号通过光纤发送给从设备3号的光纤接收接口，从设备2号接收到相位信息的时间为t2；步骤四：从设备3号的将接收到系统同步相位信号作为本机的数字参考源相位，并
将系统同步相位信号通过光纤发送给下一个从设备的光纤接收接口，从设备3号接收到相位信息的时间为t3；步骤五：重复步骤四直至所有从设备接收到系统同步相位信号，即从设备n号接收到系统同步相位信号，并将系统同步相位信号作为本机的数字参考源相位，从设备n号接收到相位信息的时间为tn。从设备n号设备收到主设备1号的第一帧相位信息时，主设备1号的第二帧相位信息还未生成，即满足 tn-t1《t。此时，多机系统中所有的设备的数字参考源都工作在同一相位，多机系统完成相位同步。
34.如图3中，δt= t2-t1。在同一光纤速率下，光纤传递同步相位码值位数越多，相位精度越高，传递时间δt越长。因此，可以通过调整同步相位信息的位数来达到系统所需的多机数量和相位精度。位数多，同步相位精度高，系统多机数量变小；位数少，同步相位精度降低，系统多机数量可增加。
35.本发明公开的一种基于光纤传输的多机相位同步方法，还包括自测试模式和自校正模式，自测试模式可检测该系统是否满足实时同步相位传输；自校正模式可同时满足实时同步相位传输和系统设置的相位信息最小精度，获得最优的同步相位信息位数，使得多机系统实时，准确的实现同步功能。
36.如图5所示，将系统的最后一台从设备n号与主设备1号首尾相连，形成闭环通信测试，启动自测试模式。主设备1号发送同步测试相位信息，同时启动计数器开始计时，当主设备1号接收到从设备n发送来的同步测试相位信息时，解析判断闭环传输完成并停止计数器，获得闭环传输时长tr，重复进行k次测试，统计k次测试数据得到自测试结果。
37.主设备1号每间隔t时刻发送同步测试相位信息，则有tr《t时，自测试判定实时传输成功，同理，tr》t时，自测试判定实时传输失败。
38.自测试判定实时传输失败，系统进入自校正模式。如图6所示，启动自校正模式，用户设置最小系统同步相位信息位数，获得最小精度设置位数m，获得当前系统同步相位信息位数r，判断r是否小于m，如果r《m, 则自校正失败,如果r≥m，启动自测试模式，完成一次系统自测试，并返回测试结果，判断自测试结果是否成功，如果成功，则校正成功，返回r值，r值即最优系统同步相位信息位数，如果不成功，则减少一位同步相位位数（r=r-1），重复该过程，直至自测试成功，成功校正，返回r值即最优系统同步相位信息位数。
39.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。