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精確的時碼比什麼都重要 - 瞭解 IRIG-B 時碼

已更新:8月19日



精確的定時(Timing)與同步(Synchronization)可以透過許多方式來達成目的。雖然你對技術的具體選擇取決於你的需求,但遵循經過驗證的標準可讓你的系統更實用、更穩健且可擴充(Scalable)。以下是你可能要考慮採用IRIG-B時碼(Time Code)的原因。


什麼是 IRIG-B 時碼(Time Code)?

IRIG-B 快速簡介



IRIG(Inter-Range Instrumentation Group - 靶場儀器組*)時碼自1960年代起即已存在,當時是作為美國陸軍標準的一部分而首次引入。自此之後,它們經歷了無數次的更新和修改。今天,它們包含了許多字母稱號,包括IRIG-B格式,其特色在於100 PPS位元率(Pulse Per Second Bit Rate)。


* 靶場儀器組是靶場指揮委員會(Range Commanders Council - RCC)的標準機構。該小組透過位於白沙飛彈靶場(White Sands Missile Range)的RCC指揮部發布標準。最著名的IRIG標準是IRIG時碼,用於為在測試範圍內收集的視訊、膠捲、遙測(Telemetry)、雷達和其他資料等加上時間戳記(Timestamp)- 譯自 維基百科。



IRIG-B時碼最常被用來協助斷路器(Breaker)、繼電器(Relay)、開關(Switch)及其他在發電與配電(Power Generation and Distribution)中扮演重要角色的元件等裝置的同步化。你也可能在無線電波(Radio Wave)及原子頻率裝置(Atomic Frequency Device)中遇到IRIG格式的訊號(IRIG-Formatted Signal)。


關於 IRIG-B 的文件:https://reurl.cc/Re48ag



IRIG 時碼基礎

典型的IRIG標準採用直流訊號(DC Signal),這些訊號會隨著恆定參考訊號(Constant Reference Signal)的時間,從高電平位移(Level Shifted)至低電平,或從低電平位移至高電平。這種格式也允許訊號以振幅調變(Amplitude Modulated)的正弦波形式分佈。或者,也可對資料進行曼徹斯特編碼(Manchester Encoded)*,以應用於可能需要從波形中恢復時鐘訊號,而非只依賴資料本身所包含的後綴(Suffix)。


* 在電信與資料存儲中,曼徹斯特編碼,又稱自同步碼、相位編碼(Phase Encoding - PE),能用訊號的變化來保持發送設備和接收設備之間的同步。它用電壓的變化來分辨0和1,從高電平到低電平的跳變代表1,而從低電平到高電平的跳變代表0(as per G.E.Tomas編碼方式) - 源自 維基百科。



IRIG 時碼資訊是以Frame來傳送的,Frame與Frame之間以位置指示位元(Position Indicator Bit)隔開。在B格式中,每個一秒鐘的Frame包含100個資料位元(Data Bit),這些位元分成以下三個部分:


  1. 二進碼十進位(Binary-Coded Decimal - BCD)*,用於顯示當年的時間

  2. 包含額外資料的控制功能(Control Function - CF)

  3. 一個二進位直線秒(Straight Binary Seconds - SBS),包含當天經過的秒數。


* 二進碼十進數(Binary-Coded Decimal - BCD)是一種十進位數字編碼的形式。在這種編碼下,每個十進位數字用一串單獨的二進位位元來儲存與表示。常見的有以4位元表示1個十進位數字,稱為壓縮的BCD碼(Compressed 或 Packed);或以8位元表示1個十進位數字,稱為未壓縮的BCD碼(Uncompressed 或 Coned)。這種編碼技術,最常用於會計系統的設計裡,因為會計制度經常需要對很長的數字做準確的計算。相對於一般的浮點式記數法,採用BCD碼,既可儲存數值的精確度,又可使電腦免除作浮點運算所耗費的時間。除此之外,對於其他需要高精確度的計算,BCD編碼亦很常用 – 源自 維基百科。



IEEE 1344 的改進

當IEEE 1344標準在2004年被採用時,它在IRIG-B架構的CF(Control Function)群組中,指定了額外的基於位置的位元指定(Bit Designation)。CF資料包括下列重要資訊:


  • 年份

  • 夏令時間

  • 本地時區偏移值

  • 閏秒(Leap seconds)

  • 反映時間來源可靠性的時鐘品質指標(Clock Quality Indicator)


這種詳細程度提供了相當的精確度。舉例來說,使用者可使用時碼來方便遠端同步或順序操作分散式電網開關(Grid Switch)。他們也可將CF部分的額外位元用於自訂用途。在例行作業中,IRIG時碼也可提高系統記錄(System-Wide Logging)和資料分析的精確度。



善用 IRIG-B

IEEE 1344標準將許多細節交給使用者決定。例如,你可自行選擇傳輸方式。只要有正確的硬體,幾乎可以設計出任何用途的客製化應用。你的IRIG-B時碼產生器可依靠簡單的同軸電纜或雙絞線在5V下運行。或者,你可採用24 V訊號或如:RS-232等知名的序列通訊標準,建立一個更複雜的架構。



最終,你的選擇取決於什麼最適合你的應用。雖然考慮光纖等選項是明智之舉,因為它們可能更適合與GPS及其他定時架構整合,但你應該始終選擇滿足你的財務和營運目標的系統元件。






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