Hallo Forum immer öfter lese ich hier und auch andernorts von GPSDOs. Nun möchte ich mich auch ein wenig damit auseinandersetzen und mal einen Bastelversuch wagen. Grundsätzlich weiss ich, wie es funktioniert, aber ein paar Sachen sind mir nicht klar. a) es gibt GPS-Module welche speziell für Timing geeignet sein sollen. von u-blox z.B. LEA. Dann wiederum gibt es die normalen GPS-Module, welche für Positionierung sind, z.B. NEO. Was ist denn da der Unterschied? einen 1PPS-Ausgang haben beide. Ein NEO6M GPS-Modul habe ich hier. Der 1PPS scheint gut zu funktionieren und liegt mit 30ns RMS Jitter noch im Rahmen, wie ich finde; andere haben wesentlich mehr. b) wie viel Einfluss hat die Antenne auf die 'Quaalität' des 1PPS? Mein GPS-Modul wurde mit einer ziemlich kleinen keramischen Patchantenne geliefert. Mit dieser habe ich, obwohl es eine aktive Antenne ist, keinen Empfang, wenn ich nicht direkt am Fenster sitze. Also habe ich zum Spass mal selber eine Antenne gebaut. Sie ist zwar etwas klobig, aber mit dieser Antenne habe ich auch unter schlechten Bedingungen in Innenräumen Empfang, selbst wenn ich nicht direkt am Fenster sitze. Um die Empfangsverhältnisse noch zusätzlich zu verbessern, würde ich da noch einen kleinen LNA spendieren. Doch wie sehr hat dessen Gruppenlaufzeit/Phase/Delay einen Einfluss? ich meine, der Einfluss sollten genau 0 sein, und es müsste auch mit jeder beliebigen Antenne etwa gleich gut funkltionieren, da die empfangenen GPS-Signale ja alle dieselbe Verzögerung erfahren und somit relativ zueinander gleich bleiben. Wie ist das da genau? Grüsse Tobias
Die Gruppenlaufzeit des Verstärkers bzw. der Antennenleitung hat Einfluss auf die Zeit die der GPS Empfänger anzeigt. Stell dir vor, die Zuleitung wäre ganz lang, dann bekommt der Empfänger die Signale sozusagen zu spät. Für den GPSDO macht das nichts.
Martin O. schrieb: > Die Gruppenlaufzeit des Verstärkers bzw. der Antennenleitung hat > Einfluss auf die Zeit die der GPS Empfänger anzeigt. Wie kommst du darauf? Die genaue Zeit ist beim GPS ein Parameter der, genauso wie x,y und z-Koordinate, aus den Pseudolaufzeiten ausgerechnet wird. Und solange der Korrelator im GPS die Signale sauber erfasst, ist die Zeit genauso gut wie die Ortskoordinate. Tobias P. schrieb: > Also habe ich > zum Spass mal selber eine Antenne gebaut. Sie ist zwar etwas klobig, > aber mit dieser Antenne habe ich auch unter schlechten Bedingungen in > Innenräumen Empfang, selbst wenn ich nicht direkt am Fenster sitze. Dann solltest du dich aber fragen, wo die Empfangssignale herkommen. Wenn die alle durch das selbe Fenster rein kommen, bestimmst du die Position des Fensters und nicht die deiner Antenne.
Wolfgang, die Position interessiert mich nicht mal. Ich bin nur an dem 1PPS-Signal interessiert. Wegen des LNA: ich glaube schon auch, dass er keinen Einfluss haben sollte. Sicher bin ich aber nicht, denn auch der beste LNA ist ja nicht perfekt linear, und damit doch auch die Phase.... Kann jemand noch erklären, was der Unterschied zwischen einem GPS-Timingmodul und einem GPS-Positionsmodul ist? Und: kann ich aus den NMEA-Daten irgendwie den Empfangspegel raus kriegen? Grund: mit der originalen Patchantenne bekomme ich 6 Satelliten rein; mit meiner selber gebauten Antenne sinds 7 ohne LNA und 9 mit zusätzlichem LNA, und das beim Betrieb innerhalb des Labors, Fenster ca. 3m entfernt. (die Patchantenne funktioniert unter diesen Bedingungen bereits nicht mehr, sie muss wirklich'freie Sicht' auf den Himmel haben.)
Tobias P. schrieb: > Wie ist das da genau? Eigentlich ist das alles recht einfach. Du kannst im Prinzip jedes GPS-Modul nehmen, was einen 1PPS liefern kann. Im Prinzip muß man sich einen möglichst guten Quarzoszillator hernehmen, dazu ein passender Teiler auf 1 Sekunde und dessen Ausgang dann mit dem 1PPS Signal vergleichen. Aus dem Ergebnis dann den Quarz-Oszillator nachstimmen. Das dauert natürlich seeeeeehr lange, weil man ja nur 1 Vergleich pro Sekunde hat. So, nun mal zu ein paar Zahlen: Das Übliche für eine Quarz-Referenz ist immer noch 10 MHz. Da gibt es dann auch die meisten guten referenzfähigen Oszillatoren. Nun ist bei 10 MHz Takt: 1 MHz = 1E-1 100 kHz = 1E-2 10 kHz = 1E-3 1 kHz = 1E-4 100 Hz = 1E-5 10 Hz = 1E-6 1 Hz = 1E-7 0.1 Hz = 1E-8 (10 Sekunden Meßzeit) Für ein brauchbares Frequenznormal sollte man da schon 1E-9 oder noch besser haben wollen, also eines, das bei 10 MHz auf 0.01 Hz genau ist. Jetzt suche mal nach Oszillatoren und schau dir deren Verstellbereich an. Bei üblichen TCXO's z.B. von Toyocom, Rakon und so liegen die Einstellbereiche um und bei +/- 200 Hz. Bei den OCXO's die ich kenne, liegt der Einstellbereich um und bei +/- 4..20 Hz und in der Anlaufphas liegt der OCXO um bis zu 300 Hz daneben bis er warm geworden ist. Übliche Abstimmspannungen liegen im allg. so um und bei 0..5 Volt (ganz grob gesagt). Bei so einem TCXO müßte man also die Abstimmspannung auf 5V/20000 macht 0.25 mV genau einregeln. Das geht unter der Voraussetzung, daß man mit eingelöteten Festwiderständen den Einstellbereich zuvor drastisch einengt. Bei den OCXO's ist es entspannter, da braucht es für 1E-9 "nur" 5V/2000 macht 2.5 mV an Auflösung und Sauberkeit der Einstellspannung. Dafür wartet man zuvor aber 20 Minuten oder mehr, bis das Ding endlich richtig warm geworden ist. Und zum Procedere: Mache du dir mal keine übertriebenen Hoffnungen auf die Treffsicherheit des 1PPS. +/- 30 ns sind m.E. geschönte Werte. Aber auf die kommt es nicht wirklich an. Simple PLL-Schaltkreise können nur so werkeln, daß sie beide Signale direkt in Phase ziehen, also auf einen Phasenversatz von 0° oder 90° oder so hinziehen. Und das dauert... Sinnvoller ist es, ganz anders heranzugehen. Die AVR-Fanboys hier im Forum haben dazu ungewollt schon den richtigen Weg mit ihren Frequenzmesser-Projekten gewiesen. Man nehme einen Mikrocontroller, der zumindest einen ordentlichen Counter hat. Ein richtiger 32 Bit Counter ist vorzuziehen. Dieser zählt die Impulse vom eigenen TCXO oder OCXO und er zählt exakt genauso viele Impulse wie deren Sollfrequenz, also 10.000.000 Stück (10 MHz) und setzt sich dann auf 0 zurück, so daß er (theoretisch) an seinem Ausgang im eingeschwungenen Zustand die exakte stabilisierte 1.00000000 Hz Frequenz hätte. Nun hat so ein Timer eigentlich immer ein Capture-Register - und das wird vom 1PPS Impuls angesteuert. Es liefer deshalb den aktuellen Phasenwinkel zwischen dem eigenen TCXO/OCXO und dem 1PPS Signal. Jetzt muß man eben nur die Differenz zwischen dem vorigen Capture und dem aktuellen Capture betrachten (Überläufe herausgerechnet) und entsprechend den eignen Oszillator nachstimmen. Ist dann diese Differenz um und bei Null, jedenfalls im Mittel, dann hat man den eigenen Oszillator auf der Sollfrequenz und kann ihn als Referenz benutzen. So, nun zu den Caveat's: So ein Timer/Counter in einem µC ist wie alles andere im µC ein getaktetes System, das eben NICHT vom externen TCXO/OCXO getaktet wird, sondern auch der Timer wird vom zuständigen Systemtakt getaktet. Es muß eine Eingangslogik nur innerhalb der vorherigen Systemtaktperiode einen entsprechenden Zustandawechsel am "Zähl"-Eingang gesehen haben. Gleiches gilt für den Capture-Eingang. Die letztendliche Zeit-Unsicherheit beträgt also 2 Perioden des zuständigen Systemtaktes. Und diese ist damit fast immer deutlich größer als die proklamierten Werte des GPS-Empfängers. Anzustreben wäre also ein möglichst hoher Takt für den Counter im µC. Wenn man - was heutzutage ja üblich ist - den µC auch am USB als VCP betreiben will, dann braucht man 48 MHz für den USB-Takt. Das paßt mit 10 MHz Oszillator rein garnicht gut zusammen, weswegen es sich ausschließt, den TCXO/OCXO gleich als Takt für den µC zu verwenden um damit eine Taktperiode an Zeit-Unsicherheit einzusparen. Also muß man den µC je nachdem also mit 48 MHz oder 72/36 MHz oder so betreiben, was beim Peripherietakt dann 24 bzw. 36 MHz macht. Damit ist das logische Layout getan, der µC bildet die Differenzen der Capture-Ereignisse zwischen den 1PPS Impulsen und macht daraus eine Regelung. Er hat dazu die Frequenz seines eigenen Oszillators auf 1 Hz genau und für alles Weitere muß er dann eben 10 Sekunden oder 100 Sekunden oder noch länger aufsummieren und entsprechend fein seine Abstimmspannung nachführen. Das ist dann langsame Regelei. W.S.
Tobias P. schrieb: > Und: kann ich aus den NMEA-Daten irgendwie den Empfangspegel raus > kriegen? In den GSV-Sentences steht das Signal-Rausch-Verhältnis drin.
Wolfgang schrieb: > Tobias P. schrieb: >> Und: kann ich aus den NMEA-Daten irgendwie den Empfangspegel raus >> kriegen? > > In den GSV-Sentences steht das Signal-Rausch-Verhältnis drin. HA! JA! das ist mal cool. Danke für den Hinweis. @WS.: danke für deine Ausführungen. Ich habe hier einen OCXO mit doppeltem Ofen von Milliren. Er lässt sich mit dem EFC-Signalum +/- 1Hz ziehen. Ich werde das Sinus-Signal, welches er ausgibt, mit einem 74AC14 rechteckwandeln. Danach geht es auf einen kleinen CPLD. Der 1PPS treibt einen Zähler an, welcher von 1 bis 1000 zählt und das öffnen und schliessen des Counter Gates steuert. So werden die 10 MHz z.B. während 1000 Sekunden gezählt, entsprechend riner Auflösung von 1 mHz. Die Abweichung von 10 MHz gedenke ich dann einem I-Regler zuzuführen. Etwas klüger könnte man das ganze vermutlich noch machen, wenn man einen Algorithmus ersinnt, welcher diese Integrationszeit variabel macht. Am Anfang kurz, damit schnell die 10 MHz erreicht werden, und je kleiner die Abweichung dann wird, desto mehr könnte man die Integrationszeit dann verlängern. So lange, bis die Abweichung der 10 MHz wieder grösser wird, dann weiss man, dass man das Ende der Fahnenstange erreicht hat und die Integrationszeit wieder verkürzen muss. Soweit meine ersten paar Ideen :-) Grüsse Tobias
Eben, keinen Gate-Zaehler verwenden, sondern einen gesampelten. So bekommt man Subclock Aufloesung.
Tobias P. schrieb: > Kann jemand noch erklären, was der Unterschied zwischen einem > GPS-Timingmodul und einem GPS-Positionsmodul ist? Timing-Empfänger wissen, da sie sich ja nicht bewegen, nach einiger Zeit ihre Position sehr genau. Da x, y und z dann bekannt sind, bleibt nur noch t als gesuchte des Gleichungssystems. Dafür reicht der Empfang weniger Sats, prinzipiell würde sogar ein einziger Sat reichen (macht man aber aus anderen Gründen doch nicht). Man kann sich dann auf hoch stehende Sats beschränken, idealerweise mit einer Antenne, die ein entsprechendes Richtdiagramm hat. So kann man Fehler durch die Ionosphäre und Multipathempfang (Reflektionen an Boden und Gebäuden) minimieren. Das Paper von Ulrich Bangert zur Wahl der Zeitkonstante des Reglers kennst du? http://www.ulrich-bangert.de/AMSAT-Journal.pdf
Tobias P. schrieb: > Ich werde das Sinus-Signal, welches er ausgibt, mit einem 74AC14 > rechteckwandeln. Danach geht es auf einen kleinen CPLD. Der 1PPS treibt > einen Zähler an, welcher von 1 bis 1000 zählt und.. ..und bis dahin bist du verhungert, ist ja nur ne schlappe Viertelstunde von einem Fix zum nächsten, gelle? Hab ich dir nicht eine sinnvoller erscheinende Methode beschrieben? W.S.
ZF schrieb: > Dafür reicht der Empfang weniger Sats, prinzipiell würde sogar > ein einziger Sat reichen (macht man aber aus anderen Gründen doch nicht). Bei Empfang eines einzigen Satelliten sollte aber wenigstens EGNOS oder irgendeine andere Datenquelle für die Ionosphärenkorrektur aktiv sein. Sonst eiert das Signal locker mal um 30ns durch die Gegend.
Wolfgang schrieb: > Bei Empfang eines einzigen Satelliten sollte aber wenigstens EGNOS oder > irgendeine andere Datenquelle für die Ionosphärenkorrektur aktiv sein. > Sonst eiert das Signal locker mal um 30ns durch die Gegend. SBAS Systeme wie EGNOS kann (und sollte) man für C/A nutzen. Die neueren Signale, z.B. L2 und L5, bringen ihre Ionosphärenkorrekturdaten selbst mit.
Weshalb an einer suboptimalen Loesung kleben bleiben, wenn mans ohne Mehrkosten bessen machen kann ? Der Referenzclock darf nicht gegated werden, der muss durchlaufen.
ZF schrieb: > Die neueren Signale, z.B. L2 und L5, bringen ihre Ionosphären- > korrekturdaten selbst mit. Was heißt das? Werden auf L2 und L5 irgendwelche SBAS-Daten verbreitet, so dass man unabhängig DGPS-Referenzdaten ist?
> Du kannst im Prinzip jedes GPS-Modul nehmen, was einen 1PPS liefern kann.
Es gibt GPS-Module bei denen 1 PPS heisst, dass jede Sekunde ein
Puls ausgegeben wird. Wann der kommt ist aber ungewiss.
Ich habe da schon 100 us Jitter gesehen.
--- schrieb: > Es gibt GPS-Module bei denen 1 PPS heisst, dass jede Sekunde ein > Puls ausgegeben wird. Wann der kommt ist aber ungewiss. Was es nicht alles gibt? Solche Module muß man wahrscheinlich sehr lange suchen und sind einfach nur ungeeignet.
Wolfgang schrieb: > Was heißt das? > Werden auf L2 und L5 irgendwelche SBAS-Daten verbreitet, so dass man > unabhängig DGPS-Referenzdaten ist? Es werden Ionosphärenmodelle mit verbreitet (ich glaube bei L2 ist es unter Nachrichten Id 30). Die können, wie bei den per SBAS übertragenen Modellen viel korrigieren, aber nicht alles, es sind ja nur Modelle. Ob das reicht oder ob man trotzdem noch ein DGPS aufbauen muss hängt von den Anforderungen ab. DGPS hat aber eher bei Navigation als bei Timing Sinn, da kennt man seine Position ja. Weitere Ionosphärenkorrektur kann man durch Mehrfrequenzempfang erreichen.
Hallo zusammen ich wollte nicht unbedingt einen neuen Thread erstellen, da das Thema irgendwie auch hierzu gehört. Und zwar bin ich jetzt dabei, selber einen GPSDO zu entwickeln. Ich will ihn auch als Referenzoszillator für meinen Spekki usw. benutzen. Die extremsten Anforderungen an den Referenzoszillator stellt der HP 8568B, welcher ein Phasenrauschen von <= -140dBc @ 100Hz Offset verlangt. Mein OCXO gibt ein Rechtecksignal aus, und gemäss Datenblatt sollte er ein Phasenrauschen von -150dBc @ 100Hz haben, es ginge also für den Spekki. Doch 2 Fragen tauchen bei mir auf: a) ich brauche einen Sinusausgang. Den OCXO entkopple ich mit einem 74HC04, dann folgt ein kleines Tiefpassfilter, welches einen sinusförmigen Ausgang erzielt. Soweit so gut. Allerdings frage ich mich, ob ich durch den HC04 das Phasenrauschen verschlechtere, und wenn ja, um wie viel? ich kann es nachher messen, da ich Zugang zu einem Phasenrauschmessplatz habe, aber schöner wär natürlich, wenn man bereits vorher eine Ahnung hat. b) ein sinusförmiger OCXO bringt mir nichts, da ich ihn sowieso rechteckwandeln muss, um per Counter die Frequenz zu zählen. Zudem habe ich keine OCXOs mit Sinusausgang, aber wohl solche mit Rechteck. c) könnte ich durch geschicktes Biasing des HC04 Eingangs einen exakten Duty Cycle von 50% erzielen?
Hallo Tobias, zum HC04 habe ich leider nichts, zum AC04 (und einigen Anderen) findest du hier ab PDF Seite 22 (Text S. 17) ein paar Anhaltspunkte: http://www.ham-radio.com/sbms/LPRO-101.pdf AC04 -149dBc @ 100Hz Auch self-biasing wird diskutiert. Viel Erfolg und berichte!
Einem Zaehler ist es egal, oder das Signal Sinus oder Rechteck ist. Allenfalls kann man sich ueberlegen, ob und wie ein Gatter plus ein Filter Phasenrauschen produzieren koennen
Zwölf M. schrieb: > Einem Zaehler ist es egal, oder das Signal Sinus oder Rechteck ist. > > Allenfalls kann man sich ueberlegen, ob und wie ein Gatter plus ein > Filter Phasenrauschen produzieren koennen Ja. Aber der OCXO liefert Rechteck. Des weiteren braucht es einen Buffer zwischen dem Output und dem OCXO: a) zum Schutz des OCXO, falls man am Output einen Mist anschliesst, zB Kurzschluss b) der OCXO wird in der Frequenz leicht gezogen, wenn sich die Lastimpedanz ändert. Diese Überlegungen haben mich dazu bewogen, dass da ein Gatter hin muss. Aber angenommen, dessen Schaltschwelle ändert sich, so wird daraus ja dann ein Phasenrauschen... Das Filter hat sicher keinen Einfluss, aber beim Gatter bin ich unsicher. Das PDF zum LPRO weiter oben ist aber schon sehr aufschlussreich ?
Tobias P. schrieb: > Das PDF zum LPRO weiter oben ist aber schon sehr aufschlussreich ? Wobei selbst messen zum Vergleich sinnvoll sein dürfte. 74xx gibt es von verschiedenen Herstellern, und die düften jeweils im Laufe der Jahrzehnte ihre Halbleiterprozesse verändert haben. Phasenrauschen steht nicht im Datenblatt, entsprechend ist da nichts garantiert und an einem Bauteil gemessene Werte sind nur ein Anhaltspunkt für andere mit der selben Bezeichnung. Falls du misst wäre ein Bericht hier über die Ergebnisse deshalb sehr schön, zu dem Thema findet man bisher leider nicht so viel.
Tobias P. schrieb: > Diese Überlegungen haben mich dazu bewogen, dass da > ein Gatter hin muss. ??? Warum? Früher hat man auch Pufferverstärker aus -- horribile dictu -- diskreten Transistoren verwendet. Die werden nicht übersteuert und produzieren weniger Phasenrauschen.
Angehängte Dateien:
-
selfbias_rect.png
7,3 KB -
selfbias_sine.png
7,3 KB
@ZF ich habe mal einen Versuch unternommen und die beiden Schaltungen aus dem LPRO-PDF verifiziert. Dabei habe ich festgestellt, dass die self-bias Schaltung besser ist, denn das Ausgangssignal liegt vom Duty Cycle her näher bei 50%. Ich habe in die Schaltung mal Sinus und Rechteck eingespiesen. Beim Rechteck wird das Signal ein bisschen schlechter: der Duty cycle beträgt nur noch 48% statt 50%. Ich frage mich, ob das den Spekki stören würde, wenn man das als Referenzsignal verwenden würde. Als Gatter wurde ein 74AC04 verwendet, mit der Beschaltung nach Bild 3-3 nach deinem PDF. Der Ausgangspin des Gatters hat ca. 39 Ohm in Serie und der Oskar ist mit 50 Ohm abgeschlossen. Das Signal sieht soweit also gut aus. Auch auf dem Spekki sieht es einwandfrei aus (die Flanken sind wirklich steil, ich konnte Harmonische bis >1GHz feststellen :-)). Das Phasenrauschen konnte ich allerdings noch nicht messen. Aber ich glaub, mit dieser Schaltung kann man ins Rennen gehen...
Du kannst Bruce Griffiths fragen. Der kennt sich mit diesen Dingen sehr gut aus. Er scheint wirklich auf jede solche Frage eine fertige Antwort zu haben. Ist bei den time-nuts und im yahoo LTspice Group dabei. bruce.griffiths at xtra.co.nz Meiner Meinung nach müßte das Gatter auf jeden Fall mindestens mit dem Kanalrauschen seiner FETs reinhauen. Da die FETs aber teils nichtlinear betrieben werden, wird es sehr kompliziert. AM->PM Wandlung usw.
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Bearbeitet durch User
Abdul K. schrieb: > time-nuts jup, da habe ich mir auch schon überlegt, zu fragen. Aber ich weiss nicht genau, wie diese Mailingliste funktioniert. Ausserdem scheinen da ziemlich extreme Profis zu sein, von denen ich dachte, dass sie sich über derartige Trivialfragen nur ärgern, weshalb ich mich dann schlussendlich nicht getraut hab, dort zu fragen ? (das ist vmtl so ähnlich, wie wenn jemand im Forum hier fragen würde, wie man einen Spannungsteiler berechnet ?)
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Bearbeitet durch User
Ist hier wie dort. 90% der neuen Fragen wurde jeweils schon längst beantwortet. Findet aber keiner mehr wegen leicht unterschiedlicher Suchbegriffe/oder will sie nicht finden, weil zu faul.
Abdul K. schrieb: > wegen leicht unterschiedlicher Suchbegriffe/oder will sie nicht finden, > weil zu faul. ich tippe auf ersteres. Ich hab die Liste natürlich durchsucht. Aber es ist nicht so einfach. Sobald ich aber definitiv Bescheid weiss werde ich den GPSDO aufbauen und das Phasenrauschen messen. Ich habe einen HP 8662A Generator mit einem Meinberg GPS/Rb Normal, mit welchem ich den selbstbau-GPSDO vergleichen kann. Die Allanvarianz würde ich auch gern bestimmen, ich weiss aber nicht genau, wie es geht und ich fürchte, dass ich keinen ausreichend hochauflösenden Counter habe. Selbst mein 5335A Counter wird da nicht genügen.
Wieviel Stellen sollte der haben? Reichen die üblichen 8 Stellen nicht?
Ich hab keine Ahnung, wie das genau geht mit der Allanvarianz. Ich vermute aber, dass man mehr Stellen benötigt. So 11, wenn nicht mehr.... Aber das ist nur geraten. Mein 5342A hat 11 Stellen, aber nur eine Auflösung von 1 Hz. Also ungenügend... ?
Die Allenvarianz bezeichnet die Frequenzstabilitaet in Abhanegikeit des Zeitraumes. siehe auch das Bangert-Amsat-Journal
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