同步与异步传输的区别

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同步与异步传输的区别

篇1：同步与异步传输的区别

同步与异步传输的区别

1,异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传输，

2,异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。

3,异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会，而同步传输则是以数据中抽取同步信息。

4,异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。

5,异步传输相对于同步传输效率较低。

同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。

异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样，字符与字符间的传输是异步的。

在网络通信过程中，通信双方要交换数据，需要高度的协同工作。为了正确的解释信号，接收方必须确切地知道信号应当何时接收和处理，因此定时是至关重要的。在计算机网络中，定时的因素称为位同步。同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差。通常可以采用同步或异步的传输方式对位进行同步处理。

1. 异步传输（Asynchronous Transmission）：异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达。一个常见的例子是计算机键盘与主机的通信。按下一个字母键、数字键或特殊字符键，就发送一个8比特位的ASCII代码。键盘可以在任何时刻发送代码，这取决于用户的输入速度，内部的硬件必须能够在任何时刻接收一个键入的字符。

异步传输存在一个潜在的问题，即接收方并不知道数据会在什么时候到达。在它检测到数据并做出响应之前，第一个比特已经过去了。这就像有人出乎意料地从后面走上来跟你说话，而你没来得及反应过来，漏掉了最前面的几个词。因此，每次异步传输的信息都以一个起始位开头，它通知接收方数据已经到达了，这就给了接收方响应、接收和缓存数据比特的时间；在传输结束时，一个停止位表示该次传输信息的终止。按照惯例，空闲（没有传送数据）的线路实际携带着一个代表二进制1的信号，异步传输的开始位使信号变成0，其他的比特位使信号随传输的数据信息而变化，

最后，停止位使信号重新变回1，该信号一直保持到下一个开始位到达。例如在键盘上数字“1”，按照8比特位的扩展ASCII编码，将发送“00110001”，同时需要在8比特位的前面加一个起始位，后面一个停止位。

异步传输的实现比较容易，由于每个信息都加上了“同步”信息，因此计时的漂移不会产生大的积累，但却产生了较多的开销。在上面的例子，每8个比特要多传送两个比特，总的传输负载就增加25%。对于数据传输量很小的低速设备来说问题不大，但对于那些数据传输量很大的高速设备来说，25%的负载增值就相当严重了。因此，异步传输常用于低速设备。

如果往磁盘里写，异步是先写到Buffer，再写到目标磁盘，比如原写 1 2 3 4 5，而目标端只写了1。同步是不等收到没收到都会写到本地磁盘，容易造成Buffer阻塞。同步传输通常要比异步传输快速得多。接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作。一旦检测到帧同步字符，它就在接下来的数据到达时接收它们。另外，同步传输的开销也比较少

2. 同步传输（Synchronous Transmission）：同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧，或简称为帧。

数据帧的第一部分包含一组同步字符，它是一个独特的比特组合，类似于前面提到的起始位，用于通知接收方一个帧已经到达，但它同时还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，使收发双方进入同步。

帧的最后一部分是一个帧结束标记。与同步字符一样，它也是一个独特的比特串，类似于前面提到的停止位，用于表示在下一帧开始之前没有别的即将到达的数据了。

同步传输通常要比异步传输快速得多。接收方不必对每个字符进行开始和停止的操作。一旦检测到帧同步字符，它就在接下来的数据到达时接收它们。另外，同步传输的开销也比较少。例如，一个典型的帧可能有500字节（即4000比特）的数据，其中可能只包含100比特的开销。这时，增加的比特位使传输的比特总数增加2.5%，这与异步传输中25 %的增值要小得多。随着数据帧中实际数据比特位的增加，开销比特所占的百分比将相应地减少。但是，数据比特位越长，缓存数据所需要的缓冲区也越大，这就限制了一个帧的大小。另外，帧越大，它占据传输媒体的连续时间也越长。在极端的情况下，这将导致其他用户等得太久。

篇2：同步传输与异步传输

OSI物理层中涉及到了位同步的问题，物理层中的信号都是以位，即比特流来传输的，所以要求的同步系统自然就是位同步系统了，一般情况下也就是这两种类型：异步位传输系统和同步位传输系统。

异步位系统是面向字符来传输信息的，也就是我们一般情况下的一个字符，8位，1bit，当然了传输的时候还要加上起始位和结束位，没有这两位接收方就不知道什么时候开始接收数据什么时候结束了。如此一来字符与字符之间就不是连着的，打个比喻，就像秋天的叶子一样，一片一片往下落。发送方和接收方不要求同步，就是说你想什么时候落就什么时候落，我都接着，用不着先通知我。

对应的同步位系统就不同了，他要求发送方与接收方严格的同步。这个同步是嘛意思呢，这里我们要提到一个概念，波特率。

波特率是指线路状态更改的次数，只有每个信号符合所传输数据的一位时，才等于每秒位数。（具体的解释学术定义可以上百度找）简单点说就是两台计算机之间要通信，则他们俩的猫必须要使用相同的波特率进行操作，

一个数据能够被正确的接受，那么它自身的波特率必须要和计算机的时钟要吻合。比方说一个字符一共8秒，每位一秒，如果一个机器想正确完整的接收这个字符，那么他的时钟就必须与这个波特率一致，快了倒还好说，慢了肯定不行，对吧，丢失了数据位。这里的这个概念在学习配置路由器的时候会碰到，即给DCE设备设置时钟速率。

接着说。同步位系统传输的什么呢，不是字符，是字符组合，也就是帧，我们在OSI数据链路层可以学习到。帧的长度没有规定，传输的时候视情况而定吧。这个帧里面包含了同步信息，来通知接收方调整以同步。这里再打个比喻，前面我们说异步位系统传输的数据像树叶，那么同步位系统传输的就像是把这些树叶串成一串，是连续的。

同步位系统比异步位系统要实用高效。这个比较好理解，计算机对帧的处理比对字符要少的多，在传送相同大小的数据量的时候，计算机要对大量的字符进行开始与结束操作，帧则要少的多。同时同步位系统的下的网络效率也更高，因为每个字符都至少包含两位的开始结束信息，这个在数据量大的时候开销是很客观的。

大概情况就是这样了。有错误的地方还请路过的高人指点。

篇3：linux中rsync异步服务器实现文件同步与备份linux操作系统

rsync是一个非常好用的文件同步软件它可以实现不同服务器之间文件实时备份功能，它比起我们常用的ftp要强大的多了，rsync可以实现文件有更新或有新文件就会自动备份到指定机器中去哦，下面我来给大家介绍一个例子，

Rsync 非常适合在两台机器之间快速同步大型、复杂的目录，例如论坛的附件目录。再配合 ssh ，则安全性也有保证，且可以利用 ssh public key 和 cron 来进行自动定时同步。

说明：两台机器分别为 localhost 和 remotehost ；用户分别为 localuser 和 remoteuser。

环境：FreeBSD 4.9 和 FreeBSD 6.1

代码如下复制代码

设置 ssh public key 认证

$ssh-keygen -t dsa -b 2048

生成所需的密钥

$scp /home/localuser/.ssh/id_dsa.pub remoteuser@remotehost:/home/remoteuser/.ssh/localuser_id_dsa.pub

将公钥拷贝至 remotehost

$ssh remoteuser@remotehost

登录到?端

代码如下复制代码$cd .ssh/ ; cat localuser_id_dsa.pub >>authorized_keys

至此，设置 ssh 认证完毕。

设置 rsync

确认两端机器都安装 rsync ， freeBSD 有 ports ，安装非常方便，

写个脚本名为 backup.sh ，内容如下：

代码如下复制代码#!/bin/sh

RSYNC=/usr/local/bin/rsync

SSH=/usr/bin/ssh

KEY=/home/localuser/.ssh /id_rsa

RUSER=remoteuser

RHOST=remotehost

RPATH=/remote/dir

LPATH=/this/dir

$RSYNC -az—delte -e “$SSH -i $KEY” $RUSER@$RHOST:$RPATH $LPATH

-a 选项相当于选项 -rlptgoD 。简单来讲，此选项可递归并将几乎所有的东西同步过去，非常有用。注意的是， -a 默认不会保存 hardlinks ，不过可以单独用 -H 选项来实现。

-z 选项在传输中压缩文件，这无疑加快同步速度。

-delete 选项会删除接受方一些不应存在的文件，此文件在发送方已经被删除，这将保持目录完全同步。

让 cron 每天凌晨1点来跑这个脚本

代码如下复制代码$crontab -e

0 1 * * * /home/localuser/bin/backup.sh

友情提示

rsync是没有自动启动同步功能了，如果我们要定时去备份一个网站数据我们就需要用到定时功能了，上面的例子来使用到了linux中$crontab命令来定时执行备份数据脚本了哦。

篇4：PIC18FXX8单片机通用同步异步收发器的编程应用

通用同步/异步收发器（USART）模块是由PIC18FXX8内的三个串行I/O模块组成的器件之一（USART也叫串行通信接口即SCI），可以配置为全双工异步方式、半双工同步主控方式、半双工同步从动方式三种工作方式。

TXSTA是PIC18FXX8单片机串行通信发送状态和控制寄存器，RCSTA是接收状态和控制寄存器。由于在实际工程中，异步方式用得最多，这里仅介绍异步工作方式，其它方式可参阅相关资料。

1.1 USART 异步工作方式

在异步工作方式下，串行通信接口USART采用标准的不归零（NRZ）格式（1位起始位、8位或9位数据位和一位停止位），最常用的.数据位是8位。片内提供的8位波特率发生器BRG可用来自振荡器时钟信号产生标准的波特率频率。通过对SYNC位（在TXSTA寄存器中）清零，可选择USART异步工作方式。

1.2 USART波特率发生器（BRG）

USART带有一个8位的波特率发生器（BRG），这个BRG支持USRAT的同步方式和异步方式。用SPBRG寄存器控制一个独立的8位定时器的周期。在异步方式下，BRGH位（控制寄存器TXSTA的）也被用来控制波特率。在同步方式下，用不到BRGH位。表1给出了在主控方式下（内部时钟）不同USART工作方式时的波特率计算式。

表1 主控方式下的波特率计算式

SYNC

BRGH=0（低速）

BRGH=1（高速）

（异步）波特率=FOSC/[64（X+1）]

波特率 = FOSC/[16（X+1）]

（同步）波特率=FOSC/[4（X+1）]

无

1.3 USART 异步工作方式配置

下面是串行通信异步工作方式配置步骤（顺序可以改变）：

（1）配置发送状态和控制寄存器TXSTA；

（2）配置接收状态和控制寄存器RCSTA；

（3）配置RX（RC7引脚）、TX（RC6引脚）分别为输入和输出方式；

（4）通过设定的通信波特率配置SPBRG寄存器，计算公式参见表1；

（5）设置串行通信接收或发送中断是否使能；

（6）清串行通信接收或发送中断标志；

（7）设置串行通信接收中断或发送中断的优先级是高或低优先级中断方式，PIC18单片机默认情况下是高优先级中断，若是低优先级中断，则必须进行设置；

（8）设置串行通信接收和发送数据是否允许。

若用到了中断功能，还需设置总中断和外围中断使能，以开放未屏蔽的中断。

2 USART接口硬件电路

利用PC机配置的串行口，可以很方便地实现PC机与PIC18单片机的串行数据通信。PC机与PIC单片机USART连接最简单的是三线方式。由于PIC单片机输入、输出电平为TTL电平，而RS-232C PC机配置的是RS-232C标准串行接口，二者电气规范不一致，因此要完成PC机与微控制器的串行数据通信，必须进行电平转换。图1为PIC18F458单片机的RS-232电平转换电路。图中MAX232（或MAX202）将PIC18单片机TX输出的TTL电平信号转换为RS-232C电平，输入到PC机，并将PC机输出的RS232C电平信号转换为TTL电平输出到PIC微控制器的RX引脚。J9和PC机的连接方式见RS-232标准，与单片机相接的D型头（J9）的2脚（PIC接收信号）与接PC机D型头的3脚（PC机发送信号）相连，与单片机相接的D型头（J9）的3脚（PIC发送信号）与接PC机D型头的2脚（PC机接收信号）相连，二者的5脚与5脚相连（地相连）。PC机串口数据的发送和接收显示均可采用各种串口调试软件，我们使用的是串口调试助手V2.2（或V2.1、V2.0均可），在网上可以下载该调试软件，该软件操作简单，这里不作介绍。

3 USART异步工作方式编程

串行通信的接收有查询和中断2种方式，在实际应用中，一般不采用查询接收数据，常用的是中断接收数据。发送有中断发送和非中断发送，在下面的例程中我们采用了中断接收数据，发送数据采用中断方式还是非中断方式可以在程序中通过对发送方式标志Send_Mode（不为0,中断方式发送;=0,非中断方式发送）进行设置实现。

在PIC单片机发送数据时，发送中断标志TXIF不能用软件清0，只有当新的发送数据送入发送数据寄存器TXREG后，TXIF位才能被硬件复位，因此在程序中清该标志是无效的。采用中断发送数据的方法是：在主程序中启动发送一串数据的第一个数据，然后利用发送完成中断启动下一个数据发送，当一串数据发送后，不再发送数据，但有发送完成中断标志，程序还要进入一次中断，这最后一次中断对数据发送是无用的，必须将该标志清0，采用的方法是禁止发送使能（TXEN＝0）而引起发送被终止或对发送器复位。

下面是一个用串行通信进行接收和发送数据的例程，程序实现功能：PIC18单片机接收到PC机下发的8个数据后，将收到的8个数据以中断或非中断发送方式返送回PC机。

#include “pic18.h” /* PIC18系列的头文件 */

unsigned char receive232[8]; /* 接收数据数组 */

unsigned char send232[8]; /* 发送数据数组 */

unsigned char receive_count=0; /* 接收数据个数计数 */

unsigned char send_count=0; /* 发送数据个数计数 */

unsigned char *pointer; /* 发送数据指针 */

unsigned char i; /* 程序中用到的循环变量 */

unsigned char SciReceiveFlag; /* =1,接收到8个数据 */

unsigned char Send_Mode=0; /* 不为0,中断方式发送;=0,非中断方式发送 */

void sciinitial /* 串行通讯初始化子程序 */

{

TXSTA=0x04; /* 选择异步高速方式传输8位数据 */

RCSTA=0x80; /* 允许串行口工作使能 */

TRISC=TRISC|0X80; /* :将RC7(RX)设置为输入方式 */

TRISC=TRISC&0Xbf; /* RC6(TX)设置为输出 */

SPBRG=25; /* 4M晶振且波特率为9600时,SPBRG设置值为25 */

PIR1=0x00; /* 清中断标志 */

PIE1=PIE1|0x20; /* 允许串行通讯接口接收中断使能 */

RCIP=0; /* 设置SCI接收中断为低优先级中断 */

CREN=1; /* 允许串口连续接收数据 */

if(0==Send_Mode) TXEN=1; /* Send_Mode=0,非中断方式发送,串口发送数据使能 */

else /* Send_Mode=1,中断方式发送 */

{

PIE1=PIE1|0x10; /* 允许中断发送 */

TXIP=0; /* 发送低优先级中断 */

}

void interrupt low_priority LOW_ISR() /* 低优先级中断子程序 */

{

if(RCIF==1) /* RS232接收中断 */

{

RCIF=0; /* 清中断标志 */

receive232[receive_count]=RCREG; /* 接收数据并存储 */

send232[receive_count]=RCREG; /* 接收数据存放到发送缓冲数组 */

receive_count++; /* 接收计数器加1 */

if(receive_count>7) /* 如果已经接收到8个数据 */

{

receive_count=0; /* 接收计数器清0 */

SciReceiveFlag=1; /* 置接收到8个数据标志 */

}

else if((0!=Send_Mode)&&(TXIF==1)) /* 中断发送数据方式且为发送中断 */

{

if(send_count>7) /* 已经发送完8个数 */

{

TXEN=0; /* 发送不使能 */

return;

}

else

{

send_count++; /* 发送计数器加1 */

TXREG=*pointer++; /* 发送当前应发送数据，发送指针加1 */

}

main() /* 主程序 */

{

INTCON=0x00; /* 关总中断 */

ADCON1=0X07; /* 设置数字输入输出口，不用作模拟口 */

PIE1=0; /* PIE1 的中断不使能 */

PIE2=0; /* PIE2 的中断不使能 */

PIE3=0; /* PIE3 的中断不使能 */

Send_Mode=1; /* Send_Mode不为0,中断方式发送数据;

Send_Mode =0,非中断方式发送数据 */

sciinitial(); /* 串行通讯初始化子程序 */

IPEN=1; /* 使能中断高低优先级 */

INTCON=INTCON|0xc0; /* 开总中断、开外围接口中断 */

while(1)

{

if(1==SciReceiveFlag) /* 是否接收到8个通信数据 */

{

SciReceiveFlag=0; /* 清接收到8个通信数据标志 */

if(0!=Send_Mode) /* Send_Mode不为0,中断方式发送 */

{

send_count=0; /* 发送数据计数清0 */

pointer=&send232[0]; /* 发送指针指向发送数据数组首地址 */

TXREG=*pointer++; /* 发送第一个数据后，将发送指针加1 */

TXEN=1; /* 使能发送 */

}

else /* Send_Mode =0,非中断方式发送数据 */

{

pointer=&send232[0]; /* 发送指针指向发送数据数组首地址 */

for(i=0;i<8;i++)

{

TXREG=*pointer++; /* 发送数据后，将发送指针加1 */

while(1) /* 等待发送完成 */

{

if(TXIF==1) break; /* 等待发送完成 */

}

参考文献

［1］ Microchip Technology Inc. PIC18FXX8 Data Sheet..

篇5：PIC18FXX8单片机通用同步异步收发器的编程应用

摘要：本文介绍了Microchip公司推出的PIC18FXX8单片机通用同步异步收发器USART（串行通信接口）的相关内容，给出了单片机该模块的接口电路和C语言应用编程。

关键词：PIC18FXX8，串行通信

0 引言

PIC18Fxx8单片机是美国微芯公司推出的16位RISC指令集的高级产品，由于芯片内含有A/D、内部E2PROM存储器、I2C和SPI接口、CAN接口、同步／异步串行通信（USART）接口等强大的功能，具有很好的应用前景。但是，目前介绍其应用和以C语言编程的中文参考资料很少。本文将探讨该型单片机异步串行通信的编程应用，程序用HI-TECH PICC-18 C语言编写，并在重庆大学-美国微芯公司PIC单片机实验室的`PIC18F458实验板上通过。

篇6：PIC18FXX8单片机通用同步异步收发器的编程应用

1.1 USART 异步工作方式

在异步工作方式下，串行通信接口USART采用标准的不归零（NRZ）格式（1位起始位、8位或9位数据位和一位停止位），最常用的数据位是8位。片内提供的8位波特率发生器BRG可用来自振荡器时钟信号产生标准的波特率频率。通过对SYNC位（在TXSTA寄存器中）清零，可选择USART异步工作方式。

1.2 USART波特率发生器（BRG）

表1 主控方式下的波特率计算式

SYNC

BRGH=0（低速）

[1] [2] [3] [4] [5] [6]

篇7：传输系统中的时钟同步技术

传输系统中的时钟同步技术

同步模块是每个系统的心脏，它为系统中的其他每个模块馈送正确的时钟信号。因此需要对同步模块的设计和实现给予特别关注。本文对影响系统设计的时钟特性进行了考察，并对信号恶化的原因进行了评估。本文还分析了同步恶化的影响，并对标准化组织为确保传输质量和各种传输设备的互操作性而制定的标准要求进行了探讨。

摘要：

网络同步和时钟产生是高速传输系统设计的重要方面。为了通过降低发射和接收错误来提高网络效率，必须使系统的各个阶段都要使用的时钟的质量保持特定的等级。网络标准定义同步网络的体系结构及其在标准接口上的预期性能，以保证传输质量和传输设备的无缝集成。有大量的同步问题，系统设计人员在建立系统体系结构时必须十分清楚。本文论述了时钟恶化的各种来源，如抖动和漂移。本文还讨论了传输系统中时钟恶化的原因和影响，并分析了标准要求，提出了各种实现技巧。

基本概念：抖动和漂移

抖动的一般定义可以是“一个事件对其理想出现的短暂偏离”。在数字传输系统中，抖动被定义为数字信号的重要时刻在时间上偏离其理想位置的短暂变动。重要时刻可以是一个周期为 T1 的位流的最佳采样时刻。虽然希望各个位在 T 的整数倍位置出现，但实际上会有所不同。这种脉冲位置调制被认为是一种抖动。这也被称为数字信号的相位噪声。在下图中，实际信号边沿在理想信号边沿附近作周期性移动，演示了周期性抖动的概念。

图 1.抖动示意

抖动，不同于相位噪声，它以单位间隔 (UI) 为单位来表示。一个单位间隔相当于一个信号周期 (T)，等于 360 度。假设事件为 E，第 n 次出现表示为 tE[n] 。则瞬时抖动可以表示为：

一组包括 N 个抖动测量的峰到峰抖动值使用最小和最大瞬时抖动测量计算如下：

漂移是低频抖动。两者之间的典型划分点为 10 Hz。抖动和漂移所导致的影响会显现在传输系统的不同但特定的区域。

抖动类型

根据产生原因，抖动可分成两种主要类型：随机抖动和确定性抖动。随机抖动，正如其名，是不可预测的，由随机的噪声影响如热噪声等引起。随机抖动通常发生在数字信号的边沿转换期间，造成随机的区间交叉。毫无疑问，随机抖动具有高斯概率密度函数 (PDF)，由其均值 (μ) 和均方根值 (rms) (σ) 决定。由于高斯函数的尾在均值的两侧无限延伸，瞬时抖动和峰到峰抖动可以是无限值。因此随机抖动通常采用其均方根值来表示和测量。

图 2.以高斯概率密度函数表示的随机抖动

对抖动余量来讲，峰到峰抖动比均方根抖动更为有用，因此需要把随机抖动的均方根值转换成峰到峰值。为将均方根抖动转换成峰到峰抖动，定义了随机抖动高斯函数的任意极限 (arbitrary limit)。误码率 (BER) 是这种转换中的一个有用参数，其假设高斯函数中的瞬时抖动一旦落在其强制极限之外即出现误码。通过下面两个公式，就可以得到均方根抖动到峰到峰抖动的换算。3

由公式可得到下表，表中峰到峰抖动对应不同的. BER 值。

确定性抖动是有界的，因此可以预测，且具有确定的幅度极限。考虑集成电路 (IC) 系统，有大量的工艺、器件和系统级因素将会影响确定性抖动。占空比失真 (DCD) 和脉冲宽度失真 (PWD) 会造成数字信号的失真，使过零区间偏离理想位置，向上或向下移动。这些失真通常是由信号的上升沿和下降沿之间时序不同而造成。如果非平衡系统中存在地电位漂移、差分输入之间存在电压偏移、信号的上升和下降时间出现变化等，也可能造成这种失真。

图 3，总抖动的双模表示

数据相关抖动 (DDJ) 和符号间干扰 (ISI) 致使信号具有不同的过零区间电平，导致每种唯一的位型出现不同的信号转换。这也称为模式相关抖动 (PDJ)。信号路径的低频截止点和高频带宽将影响 DDJ。当信号路径的带宽可与信号的带宽进行比较时，位就会延伸到相邻位时间内，造成符号间干扰 (ISI)。低频截止点会使低频器件的信号出现失真，而系统的高频带宽限制将使高频器件性能下降。7

正弦抖动以正弦模式调制信号边沿。这可能是由于供给整个系统的电源或者甚至系统中的其他振荡造成。接地反弹和其他电源变动也可能造成正弦抖动。正弦抖动广泛用于抖动环境的测试和仿真。不相关抖动可能由电源噪声或串扰和其他电磁干扰造成。

考虑抖动对数字信号的影响时，需要将整个确定性抖动和随机抖动考虑在内。确定性抖动和随机抖动的总计结果将产生另外一种概率分布4：双模响应，其中部表示确定性抖动，尾部为高斯响应，表示随机抖动分量。

抖动测量 ― TIE、MITE 和 TEDV

时间间隔误差 (TIE) 是通过对实际时钟间隔的测量和对理想参考时钟同一间隔的测量得到的。在给定时间 t，以一个称为观测间隔的时间间隔产生时间 T(t) 的时钟，其相对于时钟 Tref(t) 的TIE 可通过下面公式表示。（x(t) 称为误差函数。）

TIE 表示信号中的高频相位噪声，提供了实际时钟的每个周期偏离理想情况的直接信息。TIE 用于计算大量统计派生函数如 MTIE、TDEV 等。

最大时间间隔误差 (MTIE) 定义为，在一个观测时间 (t=nt0) 内，一个给定时钟信号相对于一个理想时钟信号的最大峰到峰延迟变化，其中该长度的所有观测时间均在测量周期 (T) 之内。使用下面公式进行估计：

MTIE是针对时间的缓变或漂移而定义的。当需要分析时钟的长期特性时，就需要对MTIE进行测量。MTIE 值是对一个时钟信号的长期稳定性的一种衡量。

图 4.TIE 的图形表示

TDEV 是另外一个统计参数，作为集成时间的函数对一个信号的预期时间变化的测量。DEV 也能提供有关信号相位（时间）噪声频谱分量的信息。TIE 图中每个点的标准偏差是对一个观测间隔计算的，该观测间隔滑过整个测量时间。该值在整个上述测量时间内进行平均以得到该特定间隔的 TDEV 值。增大观测间隔，重复测量过程。TDEV 是对短期稳定性的一种衡量，在评估时钟振荡器性能时有用。TDEV 属于时间单位。

高速传输系统中抖动和漂移的原因

最常用的一种时钟体系结构是，在备板上运行一个低频时钟，在每个传输卡上产生同步的高频时钟。低频时钟在集成电路内或通过分立 PLL 实现进行倍频以产生高频时钟。通过典型的 PLL 倍频，倍频后时钟上的相位噪声增大为原来时钟相位噪声的 20*log(N) 次方，其中 N 为倍频系数。此外，PLL 参考时钟输入上的抖动将延长锁定时间，且当输入抖动过大时高速 PLL 甚至无法实现锁定。在备板上采用一种更高速的差分时钟将比采用低速单端时钟具有更好的抖动性能。

由于 VCO 对输入电压变化较为敏感，因此电源噪声是增大时钟抖动的一个主要因素。输出时钟抖动幅度与电源噪声幅度、VCO 增益成正比，与噪声频率成反比。因导线电阻形成的电阻下降和因导线电感形成的电感噪声而造成的电源或接地反弹，会对上述输出时钟抖动产生相似的影响。在系统板上对电源进行充分过滤，靠近集成电路电源引脚提供去耦电容，可以确保 PLL 获得更高的抖动性能。

在系统板内，时钟和数据相互独立，发射和接收端在启动、保持和延迟时间方面的变化对高速率非常关键。因数据和时钟路径中存在不同有源元件而使数据和时钟路径之间出现传播延迟差异，时钟路径之间的接线延迟差异，数据位之间的接线延迟差异，数据和时钟路径之间不同的负载情况，分组长度差异等等，均可能造成上述变化。在规划系统抖动余量时，必须将不同信号路径的变化考虑在内。

当在一段距离上进行传输时，在发射机和接收机中的很多点上存在抖动累积。在发射机物理层实现中，DAC 非线性或激光非线性等非线性特性会加重信号失真。在传输介质和接收机中，除了外部乱真源（大多在铜导线中）之外，因不同频率和调制效应而导致的光纤失真、因接收机实现（主要与带宽有关）和时钟提取电路实现而导致的信号相关相位偏离，会加重信号流的抖动。

图 5.来自 TIE 图的 MTIE 偏差

具体到 SDH（同步数字系列）传输，有大量的系统级事件会导致抖动。在将 PDH（准同步数字系列）支路映射为 SDH 帧并通过 SDH NE（网络组件）进行传输的典型传输系统中，在 PDH 支路于 SDH 的终端多路分配器解映射之前，将在每个中间节点处出现 VC（虚拟容器）的重新同步。有间隙的时钟用于将各个支路映射到 STM-N 帧和从 STM-N 帧解映射，发出与开销、固定填充和调整位相应的脉冲，因而造成映射抖动。采用调整机会位补偿 PDF 支路中频率偏移的方法会造成等待时间抖动。还有指针调整机制，用于对来自初始 NE 的输入 VC 与本地产生的输出 STM-N 帧之间的相位波动进行补偿。根据频率偏离，VC 在 STM-N 帧中前后移动。这将使 VC 提取点看到位流中的突然变化，导致称为指针抖动的类型抖动。所有上述系统级抖动都将加重总的确定性抖动。

尽管所有上述因素都会加重从源到目的地之间信号传播的抖动，标准要求仍

然规定在传输点需具有比理论值更低的抖动数值。这样，考虑到时钟倍频、电源变化、电-光-电转换、发射和接收影响以及其他致使实际信号恶化的失真信号的影响，在源处驱动信号的时钟将具有一个相对很低的抖动数值。

抖动对收发器的影响

理想情况下，数字信号是在两个相邻电平转换点的中点进行采样的。抖动之所以会造成误码，是由于相对于理想中点，它改变了信号的边沿转换点。误码可能由于信号流边沿变化太晚（在时间上比理想中点晚0.5UI（单位间隔相当于信号的一个周期））或太早（在时间上比理想中点早0.5UI）所致。当时钟采样边沿在信号流的任何一侧错过0.5UI 时，将出现 50% 的误码概率，假设平均转换密度为 0.5。7如果分别知道确定性抖动和随机抖动，可通过上述两个数字和将峰到峰抖动值与均方根抖动值联系在一起的表，来估计误码率。校准抖动，定义为数字信号的最佳采样时刻与从其提取出来的采样时钟之间的短期变化，可以造成上述误码。对于商业应用，源时钟和源发射接口抖动规范将远远低于 1UI。

发射接口抖动规范通常与接收端的输入抖动容限相匹配。对于抖动测量回路滤波器截止频率，尤其如此。例如，在 SDH 系统中，有两种抖动测量带宽，分别规定：一个用于宽带测量滤波器（f1 到 f4），一个用于高频带测量滤波器（f3 到 f4）。数值 f1 指可在线路系统的 PLL 中使用的输出时钟信号的最窄时钟截止频率。低于此带宽的频率的抖动将通过系统，而较高频率的抖动则被部分吸收。数值 f3 表示输入时钟捕获电路的带宽。高于此频率的抖动将导致校准抖动。校准抖动造成光功率损失，需要额外光功率以防各种恶化。因此限制发射机端高频带频谱的抖动十分重要。

漂移对收发器的影响

市场上销售的大多数电信接收机都使用了一个缓冲器，以适应线路信号中存在的随机波动。下面框图6详细表示出这一概念。恢复时钟将数据送入富有弹性的缓冲器，而系统时钟则将数据送出到设备的核心部位。

在准同步传输系统中，发射机和接收机工作在相互独立而又极为接近的频率上，fL和 Fs分别表示发射机和接收机的频率。当两者之间存在相位或频率差异时，弹性存储会将其消除，否则缓冲器将出现欠载或溢出（取决于差异的幅度和弹性缓冲器的大小），造成一次可控的帧滑动（基本速率传输）或一次位调整（高阶异步多路复用器）。

在准同步应用中，根据可接受的缓冲滑动对频率变化和缓冲器深度进行了标准化。最初的网络主要用于语音传输，在一定的频率门限之下不会造成语音质量下降。ITU-T 规范规定该变化为 +/-50ppm。但是随着网络开始传送压缩语音、传真格式的数据、视频以及其他种类的媒体应用，对于差错和重传以及刚刚兴起的同步网络，滑动使效率严重下降。

在同步传输系统中，系统时钟通常同步到用于接收更高时钟等级信号的接口的恢复时钟上。恢复时钟和系统时钟之间相位和频率的瞬时和累积差异将被弹性缓冲器吸收，否则将导致弹性存储器溢出/欠载（取决于缓冲器大小和变化的幅度），造成指针调整而延迟或提前帧传输、帧滑动或系统中某处出现位调整。

在同步系统中，所有网络组件工作在同一平均频率，可以通过指针机制消除帧恶化。这些指针机制将提前或延迟有效载荷在传输帧中的位置，从而调整接收和系统时钟中存在的频率和相位变化。SDH 收发器中的缓冲器比 PDH 收发器中的要小，而且对于 SDH 系统中可能导致的指针移动等不规则性有限制。因此，与 PDH 系统相比，同步系统的要求更为严格。由于网络发展的历史和不同网络之间的互操作连接，在某些阶段或其他阶段，这些同步网络会通过准同步网络来连接。因此 PDH 网络的时钟体系结构也要考虑在内。

MTIE 提供了时钟相对于已知理想参考时钟的峰值时间变化。在同步传输和交换设备的弹性缓冲器的设计中将用到 MTIE 值。在弹性存储中，缓冲器填充水平与输入数字信号和本地系统时钟之间的 TIE 成正比。确保时钟符合有关 MTIE 的时钟规范，将保证不会超过一定的缓冲器门限。因此，在缓冲器设计中，其大小取决于 MTIE 的规定极限。

图6，典型传输系统的接收机接口

系统时钟输出相位扰动对收发器的影响

一个时钟的输出相位变化可以通过分析其 MTIE 信息获得。漂移产生（在自由振荡模式和同步模式中）主要指系统中所用时钟振荡器的长期稳定性，在自由振荡模式中系统的稳定性仅受振荡器的稳定性影响。除了漂移产生之外，输出时钟相位还受到大量系统不规则特性的影响。

特别是对一个系统同步器而言，将参考源从一个不良或恶化参考时钟转换到一个正常参考时钟可能会导致输出相位扰动。传输用高速 PLL 中使用的传统 VCO（压控振荡器）在改变参考时钟时采用了切换电容器组的方法。这种切换转换会对输出时钟造成暂时的相位偏移。采用超低抖动时钟倍频器电路可以解决这个问题。

高性能网络时钟在系统的所有参考时钟都失去时采用一种称为“保持”的机制。这是通过记忆存储技术产生系统最后一个已知良好参考时钟来实现的。进入和退出保持模式可能会对输出造成相位扰动。当处于保持模式中时，由于准确频率的再生不够精确，因此会继续产生输出相位误差。集成电路技术的进步已使保持精度达到了 0.01ppb。输入参考时钟恶化和对系统的维护测试（不会导致参考时钟切换）过少，也会造成输出相位扰动。

系统输出扰动是有限的，取决于系统在较低层次可以接受的输入容限。例如，符合 G.813 选项 1 的时钟，其相位扰动中所允许的相位斜率和最大相位误差被限制为 1μS，最大相位斜率为 7.5ppm，两个 120ns 相位误差段，其余部分的相位斜率为 0.05ppm。这些数字对应于 G.825 标准规定的输入抖动容限，该标准描述了在 SDH 网络内对抖动和漂移的控制。

当输出相位被扰动时，将相位误差的幅度和速率保持在标准组织所建议的极限之内，可确保在端到端系统中对信号恶化进行妥善处理，从而避免数据损坏或丢失。例如，当系统同步器进行参考时钟切换时，如果输出相位误差位于规范要求之内，同步器就可实现“无间断”参考时钟切换，指示存在缓冲器溢出或欠载，造成指针移动、位调整或滑动。

结论

网络同步和时钟产生是所有高速传输网络系统中最重要的部分。本文论述了时钟恶化的不同类型，主要是抖动和漂移。文章还详细论述了造成上述恶化的原因，以及它们如何影响传输系统。对时

钟子系统进行系统性设计和实现，将提高整个系统的性能，降低误码率，易于集成，提供更高的传输质量和效率。

篇8：传输系统中的时钟同步技术

传输系统中的时钟同步技术

摘要：

基本概念：抖动和漂移

抖动的一般定义可以是“一个事件对其理想出现的短暂偏离”。在数字传输系统中，抖动被定义为数字信号的'重要时刻在时间上偏离其理想位置的短暂变动。重要时刻可以是一个周期为 T1 的位流的最佳采样时刻。虽然希望各个位在 T 的整数倍位置出现，但实际上会有所不同。这种脉冲位置调制被认为是一种抖动。这也被称为数字信号的相位噪声。在下图中，实际信号边沿在理想信号边沿附近作周期性移动，演示了周期性抖动的概念。

图 1.抖动示意

一组包括 N 个抖动测量的峰到峰抖动值使用最小和最大瞬时抖动测量计算如下：

漂移是低频抖动。两者之间的典型划分点为 10 Hz。抖动和漂移所导致的影响会显现在传输系统的不同但特定的区域。

抖动类型

图 2.以高斯概率密度函数表示的随机抖动

由公式可得到下表，表中峰到峰抖动对应不同的 BER 值。

确定性抖动是有界的，因此可以预测，且具有确定的幅度极限。考虑集成电路 (IC) 系统，有大量的工艺、器件和系统级因素将会影响确定

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