時間相關單光子計數器TCSPC表征White Rabbit時間同步性
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科學、電信、金融、國防、廣播和智能電網的最新進展要求同步精度達到亞納秒級和皮秒級。為了滿足這些苛刻的規范而設計的White Rabbit網絡反過來又對實時測量同步質量的儀器提出了挑戰。
Swabian Instruments的Time Tagger Ultra是測試精密時間性能的理想儀器,因為它具有一流的皮秒分辨率和實時處理能力。在本白皮書中,我們使用1臺Time Tagger Ultra來表征Seven Solutions公司產品組成的多節點時間傳輸網絡。
系統
DOWR接收GPS參考信號,并通過1PPS的單脈沖信號和10 MHz信號將其提供給White Rabbit大師WR-Z16。WR-Z16將該外部參考時間分配給WR-ZEN TP系列的網絡節點:FL和32BNC。Time Tagger Ultra監控所有網絡組件的1 PPS輸出信號。

測試
Time Tagger Ultra在超過24小時的時間內一直對來自Seven Solutions的設備的1PPS信號進行連續的時間標記。這些時間標簽提供了時間誤差,即每對脈沖之間的個別時間差分布。圖1顯示了以來自DOWR的GPS信號為參考的White Rabbit網絡中每個節點的時間誤差直方圖。圖2顯示了以WR-Z16 大師為參考的兩個White Rabbit節點的時間誤差直方圖。

圖1 每個網絡節點相對于DOWR的GPS時間參考的時間誤差直方圖。每個直方圖的平均τ和寬度σ分別表示同步準確度和精度。

圖2 關于WR-Z16的WR時間參考,WR-ZEN TP-FL和TP-32BNC網絡節點的時間誤差直方圖。平均τ和寬度σ分別表示同步準確度和精度。
結論
圖1確認在White Rabbit網絡的每個節點上保留了與GPS參考相關的指定亞納秒時間誤差。
圖2顯示了White Rabbit技術本身的時間傳輸能力和穩定性,因為該測量僅涉及分布在White Rabbit網絡內的1PPS信號。
這些結果不僅證實了白兔協議的時間準確性和精確性,還突出了Time Tagger Ultra在同步監測方面的多重優勢。也就是說,該設備提供了非常高的時間分辨率(僅為幾皮秒)、友好的用戶界面、實時測量能力和遠程控制。多達144個通道的系統在測試多層網絡時特別有用。
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