Wie funktioniert diese PLL Schaltung für ein Frequenznormal?

[Thomas L. (ics1702)]

Hallo,
die Schaltung dient dazu, einen OCXO mit GPS zu disziplinieren.
Ich glaube, soweit habe ich es verstanden:

Die 10 kHz aus dem GPS Empfänger werden durch den 4027 in der Frequenz 
halbiert (um ein 50% Puls-Pausen-Verhältnis zu bekommen?)
Das 10 MHZ Signal vom OCXO wird auch auf 5 kHz geteilt und dann mit dem 
4070 XOR verglichen. Sollte es eine Frequenzabweichung geben und damit 
eine Phasenverschiebung, dann funktioniert der XOR als 
Frequenzverdoppler und es wird ein 10 kHz Signal auf den TL72 OP 
gegeben, welcher als Integrierer geschaltet ist und die Regelspannung 
des OCXO erzeugt.

Wie aber wird die Regelspannung in beide Richtungen erzeugt? Die 
Schaltung erkennt doch gar nicht, ob die Frequenz vom OCXO zu hoch, oder 
zu niedrig ist? Oder doch ?

Gruß Thomas

[MN (Gast)]

nabend, das wesentliche hast du schon richtig erkannt.
der trick ist, dass der ocxo um eine bestimmte phasenverschiebung der 
referenz hinterherlaeuft. denn der integrierer hat an seinem +eingang 
etwa die halbe betriebsspannung, ebenso wie der fenster-komparator fuer 
den lock-detektor.

ist die frequenz zu niedrig, wird die phasendifferen groesser und somit 
auch das pwm-signal asu dem xor und der integrierer zieht nach und 
umgekehrt.

[Gerd E. (robberknight)]

In was für einen Genauigkeitsbereich willst Du denn kommen?

Die 10 KHz von dem GPS sind im Vergleich zu dem was möglich wäre nicht 
sonderlich genau. Die Schaltung gleicht das ganze außerdem sehr schnell 
ab und vergleicht die Differenzen nicht über einen längeren Zeitraum.

Ne andere Idee:

Du nimmst die 10MHz von Deinem OCXO als Takt für nen Mikrocontroller. 
Mit dem µC zählst Du dann die Geschwindigkeit von dem 10 KHz-Signal. Mit 
dem Output fütterst Du ein PID-Reglerprogramm. Damit steuerst Du dann 
ein DAC (oder meinetwegen ein PWM-Output mit Filter), die dann über nen 
Opamp-Puffer als Steuerspannung wieder in den OCXO gehen.

Nach nen paar Stunden bis wenigen Tagen solltest Du dann ganz 
ordentliche Werte bekommen.

[Zac Hobson (Gast)]

Die Regelbandbreite sollte in den Stunden liegen.
Rechnen wir. 1000 Sekunden sind eine Viertel Stunde. Wie weit ist der 
OCXO in dieser Viertel Stunde weggelaufen? Wir hatten erst 1000pps 
Signale. Nicht wirklich viele...

[Thomas L. (ics1702)]

Danke erst einmal für die Erklärung, jetzt habe ich auch die Auswertung 
des Lock Singals verstanden.
Als Genauigkeit wollte ich ca. 1x10-10 erreichen. Besser wäre natürlich 
nicht schlimm. Die 10Mhz sollen als Referenztakt für Frequenzzähler und 
einen Frequenzgenerator dienen. Alles nur im Hobbybereich. Von einem 
Rubidium Frequenznormal habe ich erst einmal Abstand genommen. Hier 
gefällt mir die Lebensdauer bei Dauerbetrieb nicht und kurzfristiges 
Einschalten soll ja auch nicht so gut sein.
Ich hatte vor den Morion MV89 OCXO zu verwenden. Laut Datenblatt ist die 
Allan deviation für 1 Sekunde <2x10-12, aber ich habe weder ein Diagramm 
der Allan deviation vom MV89, noch vom Navman jupiter T Tu60 GPS 
Empfänger gefunden um die optimale Regelzeitkonstante zu ermitteln. 
Kennt die vielleicht jemand?
Der GPS Empfänger hat einen 10kHz Ausgang, den wollte ich anstelle des 
1PPS verwenden. Dadurch erhoffe ich mir eine höhere Auflösung bei der 
Regelung.
Die Idee einen MC zu verwenden und die Quarzfrequenz als Takt für den MC 
zu verwenden finde ich interessant. Ich hatte mal darüber nachgedacht, 
mit dem 1PPS Signal ein Gate vom Timer des MC zu steuern und mit dem 
Zählereingang die Quarzfrequenz zu zählen. Aber ich weiß nicht, ob das 
Gate so genau durch die Software gesteuert werden kann.

Gruß Thomas

[Zac Hobson (Gast)]

Gemaess AMSAT Journal ist der OCXO kuerzeitig besser als das GPS. Und 
das GPS bringt die Langzeit Stabilitaet. Daher muss die Regelzeit eher 
lang sein. Ein mittlerer OCXO hat eine Genauigkeit in den 10-8. Wie 
lange muss man den laufen lassen, damit er sich deutlich vom GPS 
unterscheidet. Das GPS zaehlt die Sekunden. Nehmen wir das GPS nun mal 
unendlich genau an. Der Minimum Unterschied ist ein Count auf 10^8, 
macht bei bei 10MHz 0.1 Counts pro Sekunde. Nun bringt das GPS aber 
keine 10MHz. Allenfalls 10kHz. das waeren dann 1 counts auf 10000 
sekunden, resp 2.5 Stunden. Oder 1Hz, mit 1 count pro 1200 Tage. Nun 
koennen wir uns fragen, ob die 10kHz von der Mikrowellen Frequenz 
runtergeteilt oder vom PPS hoch-ge-
PLLt ist. Egal. Die andere Frage ist, auf welcher Zeitskala wird das GPS 
besser gegenueber dem OXCO in Sachen Phasenrauschen. Auf dem Langsamsten 
der obigen antworten sollte man den Regelkreis laufen lassen.

[m.n. (Gast)]

Thomas L. schrieb:
> Die Idee einen MC zu verwenden und die Quarzfrequenz als Takt für den MC
> zu verwenden finde ich interessant.

Oder einfach so: Beitrag "reziproker Frequenzzähler, GPS-stabilisiert, ATmega162"
Da muß man nicht auf die PLL warten.

[Thomas L. (ics1702)]

Zac Hobson schrieb:
> Die andere Frage ist, auf welcher Zeitskala wird das GPS
> besser gegenueber dem OXCO in Sachen Phasenrauschen. Auf dem Langsamsten
> der obigen antworten sollte man den Regelkreis laufen lassen.

das verstehe ich nicht.
Ich dachte, beim GPS mittelt sich das Phasenrauschen immer mehr raus und 
je länger der Beobachtungszeitraum beim GPS ist, desto genauer wird es?
Oder was meinst du mit "auf dem langsamsten der obigen ...."?

und warum spielt das Phasenrauschen eine so tragende Rolle für die 
Regelzeitkonstante? Ist das Phasenrauschen nicht nur ein kleiner Faktor, 
der zur Frequenzabweichung führt?

[Zac Hobson (Gast)]

Das Phasenrauschen ist eine Frequenzabweichung, die unterhalb einer 
Periode Abweichung bleibt. Die Phase ist ja gelockt, also ist der 
Phasenfehler im Mittel null. Wenn man einfach eine genaue Uhr will, 
braucht man das Phasenrauschen nicht zu beachten.