一种获取同步时钟信号的装置、方法以及无线通信系统与流程

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种获取同步时钟信号的装置、方法以及无线通信系统。

背景技术：

随着无线设备越来越小型化，应用环境越来越复杂，为了保证无线设备准确的休眠和唤醒，以保持无线设备与其他设备的准确同步成为需要解决的问题。

在无线通信系统中，为了所有的节点与主控节点之间能够正常通信，需要保证所有的节点与主控节点之间能够同步时间。目前无线设备的同步时间的方式主要有三种。第一种方式为通过第三方设备同步时间，即所有的节点与主控节点通过第三方设备连接获得授时，例如第三方设备可以为GPS模块。第二种方式为内置晶体同步时间，即所有的节点和主控节点内置高精度晶振，例如32.768KHz晶振，通过计数晶振进行计时。第三种方式为网络内部同步时间，即通过建立复杂的注册和频繁的无线通讯，频繁的由主控节点向其他节点授时的方式保证网络内部的时间同步。第一种方式需要额外增加成本较高的外部设备，并且第三方设备的电流消耗较大，功耗较高；第二种方式中，晶振保持工作状态需要电流消耗较大，功耗较高，并且晶振震荡频率误差与环境温度成指数关系，时间同步的准确性得不到保证；第三种方式中，组网协议复杂，频繁的同步时间会造成网络容量低，并且功耗较高。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种获取同步时钟信号的装置、方法以及无线通信系统，可以提高时间同步的准确率，并降低功耗。

本发明实施例第一方面，提供了一种获取同步时钟信号的装置，应用于无线通信系统，包括感应线圈、滤波放大电路和输出电路，其中：

所述感应线圈，用于感应外部电磁波信号；

所述滤波放大电路，用于从所述外部电磁波信号中提取工频信号并将所述工频信号进行放大，得到同步时钟信号；

所述输出电路，用于将所述同步时钟信号输出至所述无线通信系统中的无线设备。

本发明实施例第二方面，提供了一种获取同步时钟信号的方法，应用于本发明实施例第一方面所述的装置，包括：

感应线圈感应外部电磁波信号；

滤波放大电路从所述外部电磁波信号中提取工频信号并将所述工频信号进行放大，得到同步时钟信号；

输出电路将所述同步时钟信号输出至所述无线通信系统中的无线设备。

本发明实施例第三方面，提供了一种无线通信系统，包括多个无线设备，每个无线设备都包括本发明实施例第一方面所述的获取同步时钟信号的装置，以保证所述无线通信系统内的所述多个无线设备均采用频率为工频信号频率的同步时钟信号。

可见，本发明实施例提供的获取同步时钟信号的装置，可以保证无线通信系统中的所有无线设备都采用工频信号作为同步时钟信号，所有的无线设备的时钟频率都为工频信号的频率，可以提高时间同步的准确率，由于获取同步时钟信号的装置结构简单，工作电流低、可以降低功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例公开的一种获取同步时钟信号的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例公开的另一种获取同步时钟信号的装置的结构示意图；

图3是本发明实施例公开的一种滤波电路和放大电路的结构示意图；

图4是本发明实施例公开的一种获取同步时钟信号的方法的流程示意图；

图5是本发明实施例公开的一种无线通信系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种获取同步时钟信号的装置、方法以及无线通信系统，可以提高时间同步的准确率，并降低功耗。以下分别进行详细说明。

请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种获取同步时钟信号的装置的结构示意图。如图1所示，本实施例中所描述的获取同步时钟信号的装置，包括感应线圈101、滤波放大电路102和输出电路103，其中：

感应线圈101，用于感应外部电磁波信号。

滤波放大电路102，用于从外部电磁波信号中提取工频信号并将工频信号进行放大，得到同步时钟信号。

输出电路103，用于将同步时钟信号输出至无线通信系统中的无线设备。

本发明实施例中，感应线圈101可以感应外部电磁波信号。外部电磁波信号可以包括空间中传播的蓝牙信号、WiFi信号、红外信号、工频信号等等。

其中，工频信号是广泛存在于空间的。在现代社会中，基本上任何有电力供应的区域都会存在工频信号的高压或低压电力传输线，工频信号的频率在我国和其他大部分国家规定为50Hz，工频信号的频率由发电机组产生，是整个电力系统统一的运行参数，一个电力系统只会有一个频率。工频信号频率低，波长因而不易被物体吸收，因而工频信号极易在空间传输。电力系统中的电力传输线通常电流非常大，线路很长，持续向外传递工频信号(工频电场和磁场)。因此任何一个区域即使远离人烟，空间也存在很强的工频信号，对于任何一个直径小于10公里区域内的工频信号都是统一的，不存在误差，所以工频信号同步的准确性较高。

由于外部电磁波信号中可能包括多种信号，例如，蓝牙信号、WiFi信号、红外信号、工频信号等，为了从外部电磁波信号中提取工频信号，需要使用滤波放大电路102，滤波放大电路102可以从外部电磁波信号中提取工频信号并将工频信号进行放大，得到同步时钟信号。

在具体场景中，为了方便说明本发明的有益效果，假定无线通信系统中存在无线设备A、无线设备B和无线设备C三个设备，这三个设备之间可以相互通信。如果这三个设备都使用32.768KHz的晶振，由于晶振随环境温度会产生误差，可能无线设备A、无线设备B和无线设备C之间的时间相差好几秒，例如，无线设备A的当前时间为15点30分30秒，无线设备B的当前时间为15点30分32秒，无线设备C的当前时间为15点30分27秒，若无线设备A需要在15点30分30秒至15点30分32秒内同时唤醒无线设备B和无线设备C，则无线设备A向无线设备B和无线设备C发送唤醒信号，以使无线设备B和无线设备C在15点30分30秒至15点30分32秒内唤醒。然而，由于无线设备B和无线设备C的时间不同步，导致此时无线设备B已经唤醒，而无线设备C还无法唤醒。

在本发明实施例中，由于无线设备A、无线设备B和无线设备C三个设备均包括获取同步时钟信号的装置，这三个设备都可以接收到工频信号，若工频信号的频率为50Hz，则一个周期为20ms，如果无线设备A决定在第一个20ms内唤醒无线设备A和无线设备B，此时，无线设备B和无线设备C都处在第一个20ms内，则无线设备A和无线设备B可以同时唤醒。实施本发明实施例，可以提高时间同步的准确率。

可选的，本发明实施例中的工频信号(同步时钟信号)还可以用于校正无线设备的时钟，例如，无线设备可以统计20分钟或者一个小时内工频信号走了多少个周期。比如，如果20分钟内，工频信号走了60005个周期，则表明无线设备的时钟变慢了，需要将无线设备的时钟调快；如果20分钟内，工频信号走了59996个周期，则表明无线设备的时钟变快了，需要将无线设备的时钟调慢。

可选的，感应线圈101的长度大于预设长度，感应线圈101的阻抗低于预设阻抗。

为了感应线圈101能够较好的感应到工频信号，感应线圈101的长度需要大于预设长度，例如，10毫米；感应线圈101的阻抗需要低于预设阻抗，阻抗越低，感应到的工频信号的电流越大。

实施图1所示的装置，可以保证无线通信系统中的所有无线设备都采用工频信号作为同步时钟信号，所有的无线设备的时钟频率都为工频信号的频率，可以提高时间同步的准确率，由于获取同步时钟信号的装置结构简单，工作电流低、可以降低功耗。同时，图1所示的装置结构简单，易于实现，可以缩减成本，降低维护的难度。

可选的，如图2所示，图2是本发明实施例公开的另一种获取同步时钟信号的装置的结构示意图。图2是在图1的基础上进一步优化得到的，如图2所示，本实施例中所描述的获取同步时钟信号的装置，包括感应线圈101、滤波放大电路102和输出电路103，其中：

滤波放大电路102包括滤波电路1021和放大电路1022。

感应线圈101，用于感应外部电磁波信号。

滤波电路1021，用于从外部电磁波信号中提取工频信号。

放大电路1022，用于将工频信号进行放大，得到同步时钟信号。

输出电路103，用于将同步时钟信号输出至无线通信系统中的无线设备。

本发明实施例中，滤波电路1021可以将外部电磁波信号中除工频信号的其他频率的信号给滤除，例如，滤波电路1021可以为带通滤波器，滤波电路1021仅允许频率为50Hz附近的工频信号通过，而将其他频率的信号滤除。

由于滤波信号中提取的工频信号往往较弱，无法直接作为同步时钟信号，需要经过放大电路1022进行放大，放大电路1022可以将滤波电路提取的工频信号放大一定倍数，得到具有一定驱动能力的同步时钟信号。

可选的，如图3所示，图3是本发明实施例公开的一种滤波电路和放大电路的结构示意图。滤波电路1021包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一运算放大器A1，其中：

第一电阻R1的第一端连接输入端，第一电阻R1的第二端连接第一运算放大器A1的反相输入端，第一运算放大器A1的反相输入端连接第二电阻R2的第一端和第一电容C1的第一端，第二电阻R2的第二端和第一电容C1的第二端连接第一运算放大器A1的输出端。

本发明实施例中，可以通过设计第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1的大小，以使得滤波电路1021的中心频率为50Hz。举例来说，可以设定R1的阻值为16.2kΩ，R2的阻值为16.2kΩ，电容C1的阻值为0.33μF，其中，第一运算放大器A1的同相输入端的接入的电压可以设定为1/2Vdd，约为1.4V，当然，实际电路中，第一运算放大器A1的同相输入端的接入的电压可以配合感应天线的效率进行调整。

放大电路1022包括第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2、第三电容C3和第二运算放大器A2，其中：

第三电阻R3的第一端连接第一运算放大器A1的输出端，第三电阻R3的第二端连接第四电阻R4的第一端和第二电容C2的第一端，第四电阻R4的第二端连接第三电容C3的第一端和第二运算放大器A2的同相输入端，第三电容C3的第二端接地，第二电容C2的第二端连接第二运算放大器A2的输出端，第二运算放大器A2的反相输入端连接第二运算放大器A2的输出端，第二运算放大器A2的输出端连接输出电路103。

本发明实施例中，可以通过设计第三电阻R3、第四电阻R4、第二电容C2、第三电容C3的大小，以调整放大电路1022的放大倍数。举例来说，可以设定第三电阻R3为9.09kΩ，第四电阻R4为16.9kΩ，第二电容为0.56μF，第三电容为0.33μF，以使放大电路1022的放大倍数为60倍。

请参阅图4，图4是本发明实施例公开的一种获取同步时钟信号的方法的流程示意图，如图4所示，该获取同步时钟信号的方法包括如下步骤。

S401，感应线圈感应外部电磁波信号。

S402，滤波放大电路从外部电磁波信号中提取工频信号并将工频信号进行放大，得到同步时钟信号。

S403，输出电路将同步时钟信号输出至无线通信系统中的无线设备。

外部电磁波信号可以包括空间中传播的蓝牙信号、WiFi信号、红外信号、工频信号等等。

其中，工频信号是广泛存在于空间的。在现代社会中，基本上任何有电力供应的区域都会存在工频信号的高压或低压电力传输线，工频信号的频率在我国和其他大部分国家规定为50Hz，工频信号的频率由发电机组产生，是整个电力系统统一的运行参数，一个电力系统只会有一个频率。工频信号频率低，波长因而不易被物体吸收，因而工频信号极易在空间传输。电力系统中的电力传输线通常电流非常大，线路很长，持续向外传递工频信号(工频电场和磁场)。因此任何一个区域即使远离人烟，空间也存在很强的工频信号，对于任何一个直径小于10公里区域内的工频信号都是统一的，不存在误差，所以工频信号同步的准确性较高。

实施图4所示的方法，可以保证无线通信系统中的所有无线设备都采用工频信号作为同步时钟信号，所有的无线设备的时钟频率都为工频信号的频率，可以提高时间同步的准确率，由于获取同步时钟信号的装置结构简单，工作电流低、可以降低功耗。

可选的，滤波放大电路包括滤波电路和放大电路，步骤S402可以包括：

滤波电路从外部电磁波信号中提取工频信号；

放大电路将工频信号进行放大，得到同步时钟信号。

本发明实施例中，滤波电路可以将外部电磁波信号中除工频信号的其他频率的信号给滤除，例如，滤波电路可以为带通滤波器，滤波电路仅允许频率为50Hz附近的工频信号通过，而将其他频率的信号滤除。

由于滤波信号中提取的工频信号往往较弱，无法直接作为同步时钟信号，需要经过放大电路进行放大，放大电路可以将滤波电路提取的工频信号放大一定倍数，得到具有一定驱动能力的同步时钟信号。

请参阅图5，图5是本发明实施例公开的一种无线通信系统的结构示意图，如图5所示，包括多个无线设备(如图5所示的501、502、503、504等等)，每个无线设备都包括图1所示的获取同步时钟信号的装置，以保证无线通信系统内的多个无线设备均采用频率为工频信号频率的同步时钟信号。

本发明实施例采用工频信号作为系统的同步时钟信号，通过采集工频信号作为整个无线通信系统的同步时钟基础，可以以极低的成本和极低的功率消耗完成无线通信系统的时钟同步，且无线通信系统中只需要任何一个无线设备具有计时功能，即可完成整个无线通信系统的准确同步和计时。实施本发明实施例，可以提高时间同步的准确率，并降低功耗。

以上对本发明实施例所提供的一种获取同步时钟信号的装置、方法以及无线通信系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。