Moin zusammen,
ich möchte Euch mal nach Eurer Meinung bzw. Expertise Fragen:
ich habe ein OCXO (Doppelofen) mit 10 MHz sowie ein GPS-Empfänger mit 10
KHz. Die 10 KHz sind ohne GPS Signal so ... naja es geht. Aber mit GPS
sieht es sehr gut aus. Nun möchte ich mit dem 10 KHz-Signal einen OCXO
nachführen. Bauvorschläge gibt es viele. Ich habe hier zwei Konzepte von
den Funkamateuren JH2CLV und G3RUH.
Wo liegen die Vorteile oder was sind die Nachteile? Unser japanische
Freund hat einen 4046 PLL-Baustein verwendet. Ist dieses Konzept daher
besser oder geeigneter als das aus England?
Im Forum las ich schon "ich würde den 7486 gegen einen 4046 tauschen"
aber die Begründung fand ich nicht.
Gruß
Holger
Holger D. schrieb:> Die 10 KHz sind ohne GPS Signal so ... naja es geht.
Du könntest die NMEA Daten auswerten und den Ausgang nur frei geben,
wenn der DOP-Werte eine bestimmte Schwelle unterschreitet.
Holger D. schrieb:> Im Forum las ich schon "ich würde den 7486 gegen einen 4046 tauschen"> aber die Begründung fand ich nicht.
Der 4046 hat sowohl den EXOR Vergleicher, als auch eine digitale
Phasenregelausgang, d.h. man hat bei dem Baustein die Wahl, wie es der
japanische Plan ja auch vorsieht mit dem Umschalter.
Der Unterschied ist der grosse Fangbereich des digitalen
Phasenvergleichers um den Preis eines höheren Jitter. Beim EXOR ist es
genau umgekehrt, kleiner Fangbereich aber auch wenig Jitter.
Das ein EXOR auf 90° Phasenverschiebung regelt und der digitale
Pasenvergleich auf 0°, spielt hier eher keine Rolle.
Thomas W. schrieb:> Du könntest die NMEA Daten auswerten und den Ausgang nur frei geben,> wenn der DOP-Werte eine bestimmte Schwelle unterschreitet.
Moin,
das ist ja wohl klar. Die Aussage hat eigentlich auch nichts mit meiner
Frage zu tun ...
Holger
M.N. schrieb:> Prinzipiell sind CMOS 4000-er eher langsame Bausteine.> Ich würd daher 74AS86 oder 74F86 nehmen für richtig steile Flanken
Da der Phasenvergleich bei 10kHz stattfindet, dürfte HC oder HCT-Technik
bei den ICs völlig ausreichen.
CMOS hat den Vorteil, dass das Signal bei hochohmigen Lasten viel
eindeutiger, dh. ohne Restpannung auf 0V oder VCC schaltet.
Zu überlegen wäre es, den Phasenvergleicher aus einer extra
stabilisierten Spannung zu versorgen. Schließlich wirkt sich sein
H-Zustand direkt auf die Ausgangsspannung des Phasendemodulators aus.
Beim zweiten Schaltplan mit dem XOR-Phasendetektor wäre CMOS ebenfalls
besser. Das extrem schnelle Schalten, das eventuell einen Jitter
verhindern sollte ist unnötig. Der Jitter wird durch den nachfolgenden
Tiefpass sowieso geschluckt.
Nachteil des XOR-Phasendemodulators ist sein geringes Fangvermögen u.U.
schwankt der Regelkreis um die Sollfrequenz herum, ohne einzurasten.
M.N. schrieb:> Prinzipiell sind CMOS 4000-er eher langsame Bausteine.
Bei 10kHz aber noch lange kein Problem.
Der 74HC4046 ist auch kein langsamer CD4046.
Eine FLL in einem Mikrocontroller, der die Abstimmspannung per
hochauflösendem DAC erzeugt, dürfte bessere und reproduzierbarere
Ergebnisse liefern als eine analoge Regelung bei den Zeitkonstanten
hier. Da brauch doch nur ein bisschen Luft über die Platine streichen
und schon frequenzmoduliert man seine Referenzfrequenz...
Ein MC hätte auch den Vorteil, daß er den Ausfall der Referenz erkennen
kann und dann auf dem letzten DAC-Wert stehen bleibt.
Ein Kondensator würde sich durch die Leckströme aber langsam umladen.
Marian B. schrieb:> Eine FLL in einem Mikrocontroller, der die Abstimmspannung per> hochauflösendem DAC erzeugt, dürfte bessere und reproduzierbarere> Ergebnisse liefern als eine analoge Regelung bei den Zeitkonstanten> hier. Da brauch doch nur ein bisschen Luft über die Platine streichen> und schon frequenzmoduliert man seine Referenzfrequenz...
Ein in einem Kontroller verwirklichter Phasendetektor hat nun wirklich
einen heftigen Jitter weg3en der sequentoiellen Arbewitsweise des
Kontrollers. Wer sich also um den Jitter Sorgen macht, solllte auf den
Kontroller gleich verzichten.
Ein Phasendetektor (4046) der sorgfältig vor Störsignalen geschützt
ist, wird da besser sein.
Ein hochauflösender DAC ist für ein Bastelprojekt schon zu teuer und zu
aufwändig in der Realisierung, wenn man wirklich seine Auflösung nutzen
will.
Der Einsatz des Kontrollers als "Störungsfeuerwehr" ist allerdings eine
gute Idee.
Peter R. schrieb:> Ein in einem Kontroller verwirklichter Phasendetektor hat nun wirklich> einen heftigen Jitter weg3en der sequentoiellen Arbewitsweise des> Kontrollers.
Nö.
Man nehme die 10MHz des OCXO direkt als CPU-Takt z.B. des ATtiny24 und
die 10kHz des GPS am Capture Input.
Nach dem Einrasten kann man dann über mehrere Perioden der 10kHz
mitteln.
Prinzipiell gibt es einen Restjitter, wann die 10kHz-Flanke mit den
10MHz gesampled wird. Mit einem 74VHC74 als schnelles Vorlatch könnte
man ihn noch weiter verringern.
Der MC muß aber einen direkten Takteingang haben und nicht noch eine
weitere interne PLL. Ein 500MHz ARM Cortex ist daher nicht geeignet.
Peter R. schrieb:> Ein in einem Kontroller verwirklichter Phasendetektor hat nun wirklich> einen heftigen Jitter weg3en der sequentoiellen Arbewitsweise des> Kontrollers. Wer sich also um den Jitter Sorgen macht, solllte auf den> Kontroller gleich verzichten.
Und eine FLL hat einen Phasendetektor genau wo?
Man braucht auch nicht unbedingt einen hochauflösenden DAC, es geht
problemlos mit 12 Bit. Dann muss man allerdings den Bereich
einschränken.
Na, ein FLL zaehlt den OCXO gegen den 10kHz. Und integriert die
Abweichung. Bei 10MHz muessen 1000 clock bis zur naechsten 10k Flanke
vergegen. Wenn das gut ist, ist er mal in der Naehe, und zaehlt bei
wievielen 10kHz Zyklen eine Abweichung von einer 100ns Einheit in
welcher Richtung, zu kurz oder zu lang, entsteht.
Marian B. schrieb:> Man braucht auch nicht unbedingt einen hochauflösenden DAC
Quarze habe eh nur einen kleinen Ziehbereich.
Wenn der Bereich +/-100Hz ist und man will auf 1Hz genau sein, reichen
doch 8Bit.
Ich würde einen PWM-Ausgang mit RC-Tiefpaß nehmen.
>Wenn der Bereich +/-100Hz ist und man will auf 1Hz genau sein, reichen
doch 8Bit.
Oops. Die 1Hz sind ein Witz. Die bringt der OCXO schon alleine. Ein
vernuenftiger OCXO ist besser als 10^-7. Je nach Preislage <= 10^-8. Die
ganze Uebung mit dem GPS macht man, um besser als eine Mikrosekunde pro
Jahr zu sein. Was auch immer das bringen mag.
Man kann sich's ja auf den Grabstein meisseln lassen. "er war so
wahnsinnig gut und hat sich eine Uhr gebaut, die genauer als 1us pro
jahr ist"
- eigentlich kann ein mobiltelefon das auch...
Ein veraenderbarer OCXO hat einen Ziehbereich von vielleicht 2ppm, und
der spannungsmaessige Ansteuerbereich ist im Datenblatt angegeben, muss
nicht 0..Vcc zu sein.
Die Schaltung im 4046 hat schon gewisse Vorteile, weil sie weniger von
der Versorgungsspannung abhängt, und weniger Rippel am Ausgang hat. Je
nach Offset des OPs hat man auch keine großen Probleme mit Jitter um den
Nullpunkt. Der Phasenvergleicher sollte halt immer kleine Pulse ausgeben
und nicht gerade um 0 arbeiten.
Die bessere Alternative wäre da ggf. eine ähnliche Funktion als
Flankenvergleicher wie im 4046 mit 2 schnellen Flipsfops (74AC74 oder
ähnlich) und Gattern nachzubauen.
Von der Tendenz ist das GPS Signal aber nicht so gut das es da auf die
Details des Phasenvergelichers oder der Logicfamilie ankommt.
Für die Filterfunktion des PLL / FLL macht es ggf. schon Sinn einen µC
einzusetzen. Die optimale Zeitkonstante für den Übergang GPS - OCXO ist
halt doch recht lang (im Stunden Bereich). Das wird digital ggf.
einfacher und schneller beim Einrasten, Einregeln.
Einfach nur als einfacher FLL mit so etwas wie der Capture funktion
bräuchte halt je nach Anforderungen eine hohe Taktfrequenz oder analoge
Interpolation. Mit einem schnellen (z.B. > 100 MHz) µC reicht dann ggf.
auch die rein digitale FLL, weil ja nur über lange Zeiten nachgeregelt
werden soll. Je nach GPS Quelle hat man auch da Jitter im 10 ns Bereich.
Die analoge Interpolation ist auch nur eine Art erweiterter analoger
Phasenvergleich.
Ich halte beide Schaltungen für ausgemachten Mist.
Bei der einen wrd der Abgleicheingang des OCXO direktemang von Hand auf
OpV umgeschaltet und das ist um mehrere Größenordnungen zu
grobschlächtig.
Bei der anderen sehe ich eine Regelzeitkonstante im Bereich von 1..2
Sekunden und das ist um mehrere Größenordnungen zu gering.
Normalerweise ist ein sorgfältig abgeglichener OCXO nach thermischem
Einlaufen so stabil, daß man ihn für 1E-8 oder besser direkt so nehmen
kann. Die ganze Ausregelung des Restes sollte sich also im Bereich von
+/-1.5E-8 bis höchstens +/-2E-8 austoben und nicht den Abgleichbereich
des OCXO von zumeist +/- 3..5E-7 überstreichen. Das ist das zu
Grobschlächtige.
Zu den Zeitkonstanten: Ein OCXO ist nicht als Grashüpfer gedacht. Wenn
man mal dessen Ausgangssignal mit einem 1PPS auf dem Oszi anschaut
(Choppermodus), dann stellt men fest, daß das Bild zwar im Bereiche
einiger Sekunden mal hin und her wandert, aber die eigentliche Drift bei
einigermaßen sinnvollem Abgleich vergleichsweise sehr langsam erfolgt,
so daß man etwa nach 1..3 Minuten sehen kann, daß beide Signale sich im
Mittel gegeneinander verschoben haben. Das sollte einen lehren, daß man
alle Fluktuationen im Bereich bis zu 10..20 Sekunden besser in den Skat
drücken sollte und die Nachregelung des OCXO mit einer Zeitkonstante im
Bereich von 1 Minute oder noch langsamer tun sollte. Das zu den 1..2
Sekunden bei der anderen Schaltung.
W.S.
Moin, vielen Dank für die bisherigen Antworten.
1. Wie könnte man denn die Regelkonstante erhöhen oder
2. Wie würde eine Alternativlösung aussehen? Eventuell mit dem OCXO eine
µC mit einem Takt versorgen und dann die 10 KHz messen und dann den OCXO
nachregeln?
Holger
Ich denke mal bis 1exp-9 kann ein sehr guter Quarzofen auch ohne
Anbindung an GPS leisten. Man muss ihn dann allerdings alle paar Monate
mal kalibrieren, weil solch ein Oszillator ein Jahresdrift von etwa
1exp-8 bis 1exp-7 hat.
Genau das sollte die Aufgabe einer Anbindung an GPS, DCF oder was auch
immer sein. Die Kurzzeitstabilität kann das GPS nicht verbessern.
Er kann und sollte nicht die Kurzzeitdrift ausregeln sondern nur die
Langzeitdrift.
Wie lange die erforderliche Regelzeitkonstante ist, hängt auch direkt
von der Stabilität des zu disziplinierenden Oszillators ab.
Ein sehr guter OCXO wird man vielleicht mehrere Stunden einplanen,
bekommt dann aber auch eine Zeitbasis mit 10exp-9 ohne entsprechenden
Jahresdrift, Mit Rubidiumoszillator auch noch besser.
Bei einen simplen Quarz würde ich mal 10exp-6 ansetzen, wobei hier dann
auch eine Regelzeitkonstante im Sekundenbereich ausreicht. Auch hier
geht es nur um die Langzeitdrift.
Also wer einen einfachen Quarzoszillator hat Regelzeitkonstanten im
10Sekundenbereich bis vielleicht mehrere Minuten.
Hochwertige ( und somit entsprechend teure ) OCXOs mehrere Stunden.
Welche Stabilität und Genauigkeit man anstrebt muss jeder mit sich
selber ausmachen.
Aber Unsitte ist es 10stellige Frequenzzähler zu bauen und einen
einfachen Quarz für die Zeitbasis zu benutzen, Da kann man die letzten 4
Stellen auch als Lottogenerator bezeichnen. Je mehr Stellen, desto
stabiler und hochwertiger muss die Zeitbasis sein. Bei 10 Stellen kommt
auch ein Rubidiumfrequenznormal an seine Grenzen.
Ralph Berres
Indem man einen Zaehler mit dem OCXO das GPS Zaehlen laesst. Dabei alle
15 minuten oder so den Wert ausliest waehrend der Zaehler weisterzaehlt.
Ich wuerde erst mal das Rauschen der GPS nur messen. Also alle Minute
oder so ablesen und speichern. Dann auswerten.
Dann wuerde ich eine Regelung als PI versuchen : Die Korrektur ist
jeweils sehr klein - als Vorgabe. Und auswerten.
Ralph B. schrieb:> Aber Unsitte ist es 10stellige Frequenzzähler zu bauen und einen> einfachen Quarz für die Zeitbasis zu benutzen, Da kann man die letzten 4> Stellen auch als Lottogenerator bezeichnen.
Es gab/gibt kommerzielle Frequenzzähler* mit weit höherer Auflösung als
deiner meiner Meinung nach die Zeitbasis erlauben dürfte. Die sind
natürlich als Laborzähler konzipiert und zum Anschluss an ein
hochwertiges 10 MHz Normal gedacht. Mit anderen Worten, ich sehe keinen
Grund, wieso man interne Zeitbasis und Zählwerk irgendwie
genauigkeitsmäßig koppeln sollte.
* Beispiel: Philips Laborzähler mit iirc 11 Stellen Auflösung.
Standardzeitbasis war ein normaler Quarz.
Ralph B. schrieb:> Aber Unsitte ist es 10stellige Frequenzzähler zu bauen und einen> einfachen Quarz für die Zeitbasis zu benutzen, Da kann man die letzten 4> Stellen auch als Lottogenerator bezeichnen.
Da verwechselst du Stellenanzahl der Anzeige und Zahl der gültigen
Stellen. Wenn man vermeiden möchte, dass eine Messbereichsautomatik
immer das Komma spazieren schiebt, man also einen festen Messbereich
bevorzugt, ist es durchaus praktisch, eine vielstellige Anzeige
vorzuhalten, von der dann ggf. nur die hinteren Stellen genutzt werden.
Marian B. schrieb:> * Beispiel: Philips Laborzähler mit iirc 11 Stellen Auflösung.> Standardzeitbasis war ein normaler Quarz.
Was bringt einen das denn, wenn man Stellen in der Anzeige hat, welche
man genauso gut als Lottogenerator benutzen kann? Aussagekraft ist in
diesen Fall nämlich gleich Null.
Ralph Berres
Ralph B. schrieb:> Was bringt einen das denn, wenn man Stellen in der Anzeige hat, welche> man genauso gut als Lottogenerator benutzen kann? Aussagekraft ist in> diesen Fall nämlich gleich Null.Marian B. schrieb:> und zum Anschluss an ein> hochwertiges 10 MHz Normal gedacht.
Sorry, sind gerade irgendwie Ich-les-nur-die-Hälfte-Tage?
So schlcht sind auch einfache Quarze nicht. Nur die Drift /
Temperaturabhängigkeit ist natürlich recht hoch. Über kurze Zeiten im
Stundenbereich kann man da auch 8 Stellen stabil hinbekommen, und etwa
drift einer Signalquelle in der 8 Stelle ablesen. Der Absolute wert kann
aber nicht so genau sein. Ganz sinnlos sind die hinteren Stellen also
nicht, aber halt nur mit Einschränkung zu gebrauchen.
Wenn der OCXO einigermaßen gut ist, sollte auch die Nachregelung per GPS
langsam sein. Selbst ohne Ofen (TCXO) kann man vermutlich in den
Minutenbereich gehen. Das GPS Signal ausmessen kann dann auch ein µC als
"Zähler" oder Phasendetektor. Eine Unsicherheit von einigen 10 ns (oder
selbst 100 ns) für einzele GPS Pulse ist da kein Problem - wenn man
langsam genug nachstellt. Ein 10 kHz GPS Takt macht die Sache auch
einfacher gegenüber nur 1 Hz. Besser als das GPS Signal muss auch die
Auswerung nicht sein.
Moin, vielen Dank für Eure bisherigen Meldungen!
Ghast schrieb:> Nur Zur Info bei Ebay gibt's grad GPSDOs aus China für <50€ .
Wo??? Auktionsnummer???
Uups schrieb:> Indem man einen Zaehler mit dem OCXO das GPS Zaehlen laesst. Dabei alle> 15 minuten oder so den Wert ausliest waehrend der Zaehler weisterzaehlt.> Ich wuerde erst mal das Rauschen der GPS nur messen. Also alle Minute> oder so ablesen und speichern. Dann auswerten.
Das scheint mir inzwischen der sinnvollste Ansatz zu sein. Wenn man das
ganze auf Mikrocontroller-Basis aufbaut, dann kann das Frequenznormal
auch ohne permanente GPS-Anbindung laufen. Gedacht war die Angleichung
sowieso etwa einmal pro Monat durchzuführen.
Holger
Holger D. schrieb:> Wenn man das> ganze auf Mikrocontroller-Basis aufbaut, dann kann das Frequenznormal> auch ohne permanente GPS-Anbindung laufen. Gedacht war die Angleichung> sowieso etwa einmal pro Monat durchzuführen.
Oder auch anders herum: die GPS-Anbindung kann permanent mitlaufen.
Brauchst Du denn ein genaues 10 MHz Frequenzssignal, oder 'nur' eine
genaue Frequenzmessung? Bei letzterer ist der Abgleich besonders
einfach, da nur eine Verrechnung stattfinden muß.
Hier ein einfaches Beispiel:
Beitrag "reziproker Frequenzzähler, GPS-stabilisiert, ATmega162"
und ganz unten ein Foto vom Versuchsaufbau nebst Diplay.
Aktuell geht es auch besser mit TCXO und Faktor 10 höherer Auflösung:
http://www.mino-elektronik.de/FM_407/fmeter_407.htm
Soweit mein Senf dazu ;-)
Ralph B. schrieb:> Was bringt einen das denn, wenn man Stellen in der Anzeige hat, welche> man genauso gut als Lottogenerator benutzen kann?
Ähemm..
Das hat schon einen Sinn bei manchen Herstellern: Die bieten nämlich
(gegen einen "geringen" Aufpreis) dann auch was Besseres als Zeitbasis
an. Ist fast wie Tintendrucker und Farbpatronen.
W.S.
W.S. schrieb:> Das Ganze sieht nach Betrug aus:
Nein, das ist lediglich ein Versuch den Warenwert gering zu halten
damit der Käufer die Märchensteuer sparen kann. Obs klappt? Keine
Ahnung. Es gibt auch Aktionen mit normalem Preis des GPSDO und normalen
VK.
Soweit meine 2 Øre dazu ...
Sven D. schrieb:> Nein, das ist lediglich ein Versuch den Warenwert gering zu halten> damit der Käufer die Märchensteuer sparen kann. Obs klappt?
Bei meinen Importen wollte das Zollamt MwSt und Zoll auf Warenwert UND
Versandkosten. Wird also nicht klappen.
Ralph B. schrieb:> Marian B. schrieb:>> * Beispiel: Philips Laborzähler mit iirc 11 Stellen Auflösung.>> Standardzeitbasis war ein normaler Quarz.>> Was bringt einen das denn, wenn man Stellen in der Anzeige hat, welche> man genauso gut als Lottogenerator benutzen kann? Aussagekraft ist in> diesen Fall nämlich gleich Null.
Die Standardzeitbasis dient dazu, dass man das Gerät nach dem Auspacken
direkt mal ausprobieren kann. Zum Messen eignet sie sich nicht. Dafür
nimmt man den 10 MHz-Laborstandard, oder bestellt eine der TCXO, OCXO
oder sonstwas-XO-Optionen mit.
GPS_OCXO_PLL_Version_JH2CLV.gif
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GPS_OCXO_PLL_Version_G3RUH.gif
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