はじめに：
White Rabbit（WR）は、同期イーサネットを使用した大規模な分散データ収集システムの同期に、数ナノ秒の正確さとピコ秒の精度を提供します。WRネットワークは、測定データの高精度な時間タグ付けを可能にし大規模な設備でのトリガータイミングによるデータキャプチャを可能にします。この手法は、長距離でデジタイザ（A/Dボード）を同期するために使用できます。このホワイトペーパーでは、Seven Solutions社のWRハードウェアとTeledyne SP Devices（TSPD）社の高性能デジタイザ（A/Dボード）を使用してこれを実現する方法について説明します。
White Rabbitのセットアップ：
長距離で接続されたデジタイザ（A/Dボード）ノードは、同期サンプリングを実行し異なるボード間でサンプルを関連付けることを可能にするために共通のクロックを必要とします。このような高精度の分配には、通常次の3つが含まれます。
- 一般的な基準クロック、通常は10MHz。
- 毎秒最初のクロックエッジを示す1パルス/秒（PPS）信号。
- 日付と時刻。
White Rabbitは、光ファイバーケーブルを介してノードを接続します。ケーブルの長さは数キロメートルで、ノード間はデイジーチェーンで接続できます。各ノードには10MHzのクロックとPPS出力信号がありますが、時刻はPTPを使用して配信されます。この方法は、市販のハードウェアと一般的な技術のみを使用しています。WRネットワークは主にクロック分配に使用され、デジタイザ（A/Dボード）から大量のデータを転送するために使用することはできません。
Figure 1に示すように、各デジタイザ（A/Dボード）またはデジタイザクラスターにはホストPCが必要です。
デジタイザ（A/Dボード）の同期：
TSPD製デジタイザ（A/Dボード）によってキャプチャされた各データレコードには、ローカルタイムベースで高精度のタイムスタンプが付けられます。異なるデジタイザ間でタイムスタンプを比較できるようにするには、このローカルタイムベースとホワイトラビット時間の関係を見つける必要があります。この方法は、10MHzクロックと1PPS信号を使用して、既知の時間インスタンスt_zeroでデジタイザ（A/Dボード）のタイムスタンプをリセットすることです。
デジタイザ（A/Dボード）に接続されている各ホストPCは、PTPを介してWRネットワークと時刻と日付を同期させる必要があります。デジタイザ（A/Dボード）は、10MHzの基準クロックとPPS信号をSYNCおよびCLK入力に接続することによって同期されます。
同期は次の方法で実行されます。
- WRノードのスレーブ出力をデジタイザ（A/Dボード）のクロックリファレンスと同期入力に接続します。
- PTPを使用して、ホストPCのクロックをWhite Rabbitに同期します。
- 10MHzクロックに同期したPPSのデジタイザタイムスタンプをリセットします。
- PCの時計をサンプリングして最も近い秒単位（t_zero）に丸めます。
手順の例をFigure 2に示します。ホストPCはタイムスタンプのリセットを開始し、リセットが完了するまで待機します。次に、PC時間がサンプリングされ最も近い秒単位に丸められます。ここで説明している方法は、次のA/Dボードで使用できます。
複数のデジタイザ（A/Dボード）を備えたシャーシ：
Figure 1のWRノードは、PXIeまたはMTCA.4フォーマットのシャーシにインストールされたデジタイザ（A/Dボード）のセット、または複数のPCIeボードまたはUSBボックスデジタイザのいずれかを利用したPCで構成することもできます。1台のPCと1台のWRモジュールが複数のデジタイザ（A/Dボード）に対応します。
このテストは、USBボックスおよびPCIeボードのフロントパネル接続を使用して実行されました。PXIeおよびMTCA.4の場合、フロントパネルのケーブル接続を回避するために、代わりにバックプレーン信号を使用することが重要な場合があります。PXIeには適切なバックプレーン信号クロックとPXITRIG、MTCA.4にはTCLKとMLVDSバス。 これについては、さらに調査する必要があります。
データ収集：
同期後、通常の方法でデータをトリガーにより取得できます。前述の同期手順により、デジタイザ（A/Dボード）のタイムスタンプと絶対時間の間には既知の関係があります。タイムスタンプと絶対時間の間の変換は、タイムスタンプにt_zeroを追加することによって行われます。
同期パフォーマンステスト：
同期パフォーマンステストは、Figure 1で説明されているセットアップを使用して測定されました。このテストでは、2つのADQ14デジタイザ（A/Dボード）と、各デジタイザ（A/Dボード）のトリガー入力に接続された信号発生器を使用しました。同期パフォーマンス測定値は、2つのデジタイザ（A/Dボード）のトリガータイムスタンプ間の絶対時間差として定義されました。
2枚のボードは同じ長さのケーブルでトリガー信号に接続されており、理想的な条件下ではトリガーのタイムスタンプ差は2つの測定値間で異ならないはずです。
デジタイザ（A/Dボード）間の同期は、100レコードをキャプチャし、平均タイムスタンプの差を計算することによって測定され、WRノードとデジタイザの両方が各測定の間に再起動されました。 Figure 3は、結果のヒストグラムを示しています。
これらの測定値は、18ピコ秒の同期精度（標準偏差）と225ピコ秒の精度（オフセット）を示しています。これらの結果は、他の文献に示されている結果とよく一致しており、精度は似ていますがデジタイザ（A/Dボード）によって発生するジッタのために精度がわずかに劣っています。オフセットは再起動間で一定であったため、キャリブレーションができました。
テストに使用されたハードウェア構成（Figure 4参照）：
- 2個のADQ14デジタイザ（Teledyne SP Devices製）
https://www.spdevices.com/products/hardware/14-bit-digitizers/adq14
- 1個のWRスイッチ（Seven Solution製）
https://sevensols.es/index.php/index/timing-products/white-rabbit-switch/
- 2個のWRLEN（Seven Solution製）
https://sevensols.es/index.php/index/timing-products/wr-len/
- 2個の1GbSFPRJ45モジュール
- 光ファイバーおよび同軸ケーブル
- 信号発生器
- スプリッター
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原文ドキュメント：Teledyne SP Devices社
White Rabbit Application Note
Long Distance Synchronization Using White Rabbit
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Teledyne SP Devices社について
Teledyne SP Devicesは、世界をリードするモジュール式データ集録および信号生成機器を設計および製造しています。当社の製品は、特許取得済みのキャリブレーションロジック、最新のデータコンバータ、およびFPGAテクノロジを利用して、高いサンプリングレートと分解能の比類のない組み合わせを実現しています。製品には、さまざまなアプリケーション固有の機能と組み込みのリアルタイム信号処理があります。これにより、お客様はパフォーマンスのボトルネックを克服し、製品化までの時間を短縮し、幅広いアプリケーション分野でシステムレベルの利点を得ることができます。 SP Devicesの製品は、分析機器、リモートセンシング、科学機器、医療用画像など、さまざまな業界で採用されています。Teledyne SP Devices社の詳細については、https://spdevices.com/を参照してください。