Forum: HF, Funk und Felder OCXO mit (fast) beliebiger Frequenz mit GPS disziplinieren


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von dfIas (Gast)


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Hallo,

die Hauptfrage lautet:

- Gibt es das bereits oder muss man es selbst entwickeln? Oder: Welches 
System ließe sich erweitern/umbauen?

Und zwar folgendes:
Ich benötige saubere und stabile Oszillatoren im Bereich um 100 MHz, 
genauer 103 1/2 MHz, 111 MHz und 123 2/3 MHz. Diese werden über 
Vervielfacher mit den Faktoren 24, 48 und 96 als LO zum Mischen herauf 
in die SHF-Afu-Bänder benutzt.

Nun gibt es etliche GPSDO auf dem Markt, die entweder 10-MHz- oder 
(seltener)  100-MHz-OCXOs disziplinieren. Um auf höhere, "krumme" 
Frequenzen zu gelangen, werden dann meist PLLs dahintergesetzt, die - 
als Nebeneffekt - die guten quarzstabilen und spektral sauberen Signale 
mehr oder weniger ruinieren.

OCXOs mit anwenderspezifischen Frequenzen sind immerhin erhältlich (mit 
entsprechender Leadtime und Aufpreis), z. B. Microsemi OX-175 (Vectron) 
etc. Zum Disziplinieren müsste allerdings ein entsprechendes 
Teilerverhältnis verwendet werden, in diesem Fall auch rational wegen 
der 1/3-MHz-Anteile (PPS auf PP3S vergrößert käme hiermit klar). 
Loop-Filter und -Verstärkung müssen ebenfalls an den Abstimmbereich des 
VCO angepasst werden.

Leider bin ich auf der Suche nach fertigen und konfigurierbaren 
Schaltungen nicht fündig geworden. Helfen hier Mikrocontroller-Systeme 
weiter? Was ließe sich dort umbauen?

Außerdem brauchte ich für die drei Oszillatoren auch nur einen GPS-RX. 
Gibt es getrennte, modulare Systeme?
Tnx es 73

von Jefe (Gast)


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von dfIas (Gast)


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Hallo,
gerade das möchte ich ja nicht haben:
>Digital PLL allows main output reference frequency to have almost any value 
>between 400Hz and 810MHz

von HF Pfuscher (Gast)


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dfIas schrieb:
> die - als Nebeneffekt - die guten quarzstabilen und spektral
> sauberen Signale mehr oder weniger ruinieren.

Nein.

Man muss es nur richtig machen.

Daher verlange ich nach einer nachrichtentechnisch einwandfreien
Bezeichnung für "Disziplinieren". Bei uns in der Empfangstechnik
heisst das entweder etwa "Frequenznormal" oder "Referenz für
Phasenrauschen".

Daher gibt es in guten Messsendern, Analysatoren und Empfängern
zwei Referenzoszillatoren, einen der die Frequenzgenauigkeit
bestimmt (recht üblich 10MHz) und einen zweiten (höherfrequenten)
auf den sich die Signaleigenschaften (Phasenrauschen) "stützen".

Ein (ich sage jetzt) "Phasenrausch-Normal" wird mittels PLL so an
das Frequenznormal angebunden dass es nur die Frequenzgenauigkeit
"erbt", aber sein eigenes gutes Phasenrauschen beibehält.

Das Schlüsselwort heisst Loop-Bandbreite.

von Mikrowilli (Gast)


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Gängige Praxis ist es, einen ziehbaren Quarzoszillator z.B. auf 103.5 
MHz (für den 10-GHz-Transverter) zu verwenden und diesen mittels einer 
PLL an ein GPS-stabilisiertes Frequenznormal anzubinden. Dieses 
Frequenznormal weist dann idealerweise eine sehr gute Kurz- und 
Langzeitstabilität auf. Der 103.5 MHz-Quarzoszillator muß nicht in einem 
Ofen stecken, da temperaturbedingte Frequenzschwankungen eher langsam 
ablaufen (d.h. das Phasenrauschen nicht nennenswert beeinträchtigen) und 
durch die Anbindung an das Frequenznormal ausgeregelt werden. (Saubere 
Versorgungsspannung und überlegte Dimensionierung des Quarzoszillators 
sind natürlich mit Blick auf das Phasenrauschen trotzdem wichtig!).

Als PLL kann bei "glatten" Frequenzverhältnissen ein handelsüblicher 
PLL-Chip wie z.B. ein ADF4001 verwendet werden; bei "krummen" 
Verhältnissen (z.B. für Bakensender) kann ein rückwärts betriebener 
DDS-Chip als Frequenzteiler zum Einsatz kommen.

Schau mal hier: http://www.g4jnt.com/LckdSrcs.pdf (Grafiken leider nicht 
gut lesbar), hier: http://g8ace.tripod.com/ (Anregung für die 
Oszillatorschaltung) oder hier: 
https://shop.kuhne-electronic.de/kuhne/de/shop/signalquellen/oszillatoren/MKU+XO+1+PLL++116+000+MHz++Oszillator/?card=1121 
(Fertigprodukt).

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Auf der Webseite des eigentlichen Herstellers sind etwas genauere 
Angaben, ausserdem ein Link auf einen ausführlichen Testbericht eines 
dänischen Funkamateurs:
http://www.leobodnar.com/shop/index.php?main_page=product_info&cPath=107&products_id=234
http://leobodnar.com/files/Microsoft%20Word%20-%20Investigation%20of%20Leobodnar%20GPSDO_rev2.pdf

Die meisten Messungen sind ohne PLL direkt am 10MHz TCXO, aber es gibt 
auch ein paar bei 500 und 499 MHz.

Ich habe diesen GPSDO am DARC-Stand in Friedrichshafen gekauft, aber von 
SDR-Kits direkt ist er deutlich günstiger.
https://darcverlag.de/SDR-Kits-GPS-basiertes-Frequenznormal-GPSDO

von dfIas (Gast)


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HF Pfuscher schrieb:
> dfIas schrieb:
>> die - als Nebeneffekt - die guten quarzstabilen und spektral
>> sauberen Signale mehr oder weniger ruinieren.
>
> Nein.
>
> Man muss es nur richtig machen.
>
> Daher verlange ich nach einer nachrichtentechnisch einwandfreien
> Bezeichnung für "Disziplinieren". Bei uns in der Empfangstechnik
> heisst das entweder etwa "Frequenznormal" oder "Referenz für
> Phasenrauschen".
>
> Daher gibt es in guten Messsendern, Analysatoren und Empfängern
> zwei Referenzoszillatoren, einen der die Frequenzgenauigkeit
> bestimmt (recht üblich 10MHz) und einen zweiten (höherfrequenten)
> auf den sich die Signaleigenschaften (Phasenrauschen) "stützen".
>
> Ein (ich sage jetzt) "Phasenrausch-Normal" wird mittels PLL so an
> das Frequenznormal angebunden dass es nur die Frequenzgenauigkeit
> "erbt", aber sein eigenes gutes Phasenrauschen beibehält.
>
> Das Schlüsselwort heisst Loop-Bandbreite.
Hallo
und danke für die Anregungen!
Ich meine, dass das auch dem entspricht, was ich beschrieben habe. Ich 
nehme einen OCXO mit 103,5 MHz und hänge den mit großer Zeitkonstante 
(lose) an ein GPS-Signal (PPS).
Aber warum sollte man das zweistufig machen? Erst einen 
10-MHz-Oszillator an GPS hängen, dann den 103,5-MHz-Oszillator wiederum 
an die 10-MHz hängen?
Diesen Umweg verstehe ich nicht. Ich brauchte doch nur den 103,5er mit 
angepasstem Teilerverhältnis an das GPS-Signal zu hängen?! Das wäre doch 
die einfachere Übung. Ich brauche keine programmierbare 
Ausgangsfrequenz.
73

von HF Pfuscher (Gast)


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dfIas schrieb:
> Ich brauchte doch nur den 103,5er mit
> angepasstem Teilerverhältnis an das GPS-Signal zu hängen?!

Ja natürlich, wenn du phasenstarr dort angebunden sein willst.
Ich weiss über dein "GPS Signal" nichts weswegen ich die autonome
Version über eine eigene 10MHz Referenz beschrieben habe.

von dfIas (Gast)


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Hallo zusammen,
ich hatte mir das eigentlich sehr einfach vorgestellt. Ich nehme ein 
fertiges GPSDO-Modul, tausche den OCXO aus, passe den Loop-Filter an - 
und fertig. Ich sehe ja auch, dass an vielen Geräten 
10-MHz-Referenzeingänge vorhanden sind und sich die 10 MHz als Standard 
heraustun.
Jedenfalls halte ich diese als "SDR Kit" angebotenen Schaltungen mit 
nachgeschalteten, breitbandigen PLL-VCOs für völlig ungeeignet. Einen 
Quarz zu pullen, müsste also schon sein. Sonst wird das nichts mit dem 
Phasenrauschen.
Ich habe hier übrigens zwei Transverter probeweise in Betrieb für 1296 
MHz und 2320 MHz, die haben einen solchen 10-MHz-Eingang und arbeiten 
mit VCOs direkt auf der LO-Frequenz. Das LO-Spektrum ist leider eine 
Katastrophe. Ab -60 dB und üblichen Bandbreiten ist innerhalb von 1 bis 
2 MHz neben dem Nutzsignal nichts mehr zu wollen. Dafür kann die LO frei 
programmiert werden - brauche ich aber nicht, das macht die IF-Seite 
schon.
73

von HF Pfuscher (Gast)


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dfIas schrieb:
> Ich habe hier übrigens zwei Transverter probeweise in Betrieb für 1296
> MHz und 2320 MHz, die haben einen solchen 10-MHz-Eingang und arbeiten
> mit VCOs direkt auf der LO-Frequenz. Das LO-Spektrum ist leider eine
> Katastrophe.

Wenn ich es richtig verstehe sind die VCOs direkt an die Referenz
von 10 MHz angebunden?

Dann ist die Sache für mich klar. 10 MHz Referenzoszillatoren sind
auf Frequenzgenauigkeit getrimmt und haben oft vergleichsweise
schlechtes Phasenrauschen. Daher mein beschriebener Zwischenschritt
mit einer Referenz fürs gute Phasenrauschen.

Das schlechte LO-Spektrum kann natürlich auch andere Gründe haben.
Allein schon eine niedrige Phasendetektor Frequenz in der PLL kann
einem alles versauen. Dann lieber eine möglichst hohe Phasendetektor
Frequenz und mit Fraktionalteilung arbeiten.

dfIas schrieb:
> die LO

der LO (weil der Oszillator männlich ist)

von dfIas (Gast)


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Bezog sich auf die LO(-Frequenz). Oscillators sind übrigens sächlich ... 
Heißt es demnach auch der SMS?
73

von HF Pfuscher (Gast)


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dfIas schrieb:
> Bezog sich auf die LO(-Frequenz)

Dann schreibt man halt Frequenz wenn man Frequenz meint.

dfIas schrieb:
> Oscillators sind übrigens sächlich ...

... und wenn du Oscillator nach Oszillator übersetzt dann
sagst du "das Oszillator"?

von dfIas (Gast)


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HF Pfuscher schrieb:
> Dann ist die Sache für mich klar. 10 MHz Referenzoszillatoren sind
> auf Frequenzgenauigkeit getrimmt und haben oft vergleichsweise
> schlechtes Phasenrauschen. Daher mein beschriebener Zwischenschritt
> mit einer Referenz fürs gute Phasenrauschen.
Hallo,
der 10-MHz-Referenzoszillator ist in diesem Fall ein 10-MHz-TCXO mit 
GPS-Anbindung. Die durch die PLL erzeugte Rauschglocke samt 
Lattenzaunspektrum (Staket mit wenigen 100 Hz Abstand) kommt allein 
durch den verwendeten VCO samt PLL und Loop-Dimensionierung zustande. 
Kann man sicher auch besser hinbekommen. Die 10 MHz hatte ich auch schon 
ausgewechselt ohne jegliche Änderung an der Misere.
73

von Mikrowilli (Gast)


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Grundsätzlich läßt sich der 103.5 MHz-Quarzoszillator natürlich auch 
direkt mit einem GPS-Signal synchronisieren, ohne einen 
"zwischengeschalteten" 10 MHz-OCXO. Allerdings dürfte es nicht ohne 
Weiteres gelingen, irgendein GPSDO zu nehmen, den 10MHz-Oszillator 
heraus- und den 103.5 MHz-Oszillator hineinzuoperieren. 
Erfolgversprechender ist es, den 103.5 MHz-Oszillator über das 1 
PPS-Signal eines GPS-Empfängers zu kontrollieren und nachzuregeln. Einen 
ersten Einblick in das Prinzip findest Du in diesem Artikel von Brooks 
Shera, W5OJM: http://www.a-aengineering.com/QST_GPS.pdf

Wie gesagt, es handelt es sich um einen ersten Einblick, quasi einen 
Ausgangspunkt für die intensive Beschäftigung mit diesem Thema - das 
vorgestellte Konzept läßt reichlich Raum für Verbesserungen und eigene 
Weiterentwicklungen.

In diesem Fall muß der 103.5 MHz-Oszillator tatsächlich als OCXO 
ausgeführt werden, denn die Regelzeitkonstante der digitalen PLL wird 
sich im eingerasteten Zustand im Bereich zwischen 15 und 90 Minuten 
bewegen, d.h. für die Kurzzeitstabilität der erzeugten Frequenz sind 
allein die Eigenschaften des Oszillators ausschlaggebend.

von Mikrowilli (Gast)


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noch eine Ergänzung: hier hat sich jemand gründlich mit dem von Brooks 
Shera implementierten Algorithmus auseinandergesetzt: 
https://k6jca.blogspot.com/2018/12/simulating-brooks-shera-w5ojm-gpsdo.html

von Gerhard H. (ghf)


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dfIas schrieb:

> Ich meine, dass das auch dem entspricht, was ich beschrieben habe. Ich
> nehme einen OCXO mit 103,5 MHz und hänge den mit großer Zeitkonstante
> (lose) an ein GPS-Signal (PPS).

Kann man machen, das hat halt die Dynamik einer Bahnschranke.
D.h. die Stabilität von Phasenrauschen bis einige -zig Minuten
wird nur von dem 103.5 Oszillator verantwortet. Es gibt eben jede
Sekunde nur eine kleine Korrektur. Die darf nicht zu groß ausfallen,
weil sonst die Stabilität im Bereich von Sekunden leidet.

Wenn man ein GPS mit einem vernünftigen 10 MHz Quarzofen hat,
dann wird das Anbinden deutlich einfacher. Im einfachsten Fall:
größte gemeinsame Subharmonische suchen, beide Oszillatoren
passend runterteilen, harmlose PLL, fertig.

> ich hatte mir das eigentlich sehr einfach vorgestellt. Ich nehme
> ein fertiges GPSDO-Modul, tausche den OCXO aus, passe den Loop-Filter
> an - und fertig. Ich sehe ja auch, dass an vielen Geräten
> 10-MHz-Referenzeingänge vorhanden sind und sich die 10 MHz
> als Standard heraustun.

In einem GPS-Modul den Quarzoszillator austauschen ist nicht.
Das Ding besteht fast nur aus Software, und alle beteiligten Frequenzen
sind an Millionen Stellen hart codiert.

Ich empfehle die time nuts list auf febo.com und auf EEVblog
die metrology section.

73, Gerhard

von Linuxschlau (Gast)


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HF Pfuscher schrieb:
> dfIas schrieb:
>> die LO
>
> der LO (weil der Oszillator männlich ist)

Wenn sie Erger machen werden sie zu die

von Harald W. (wilhelms)


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dfIas schrieb:

> Heißt es demnach auch der SMS?

Ja, der surface mounting service. :-)

: Bearbeitet durch User
von dfIas (Gast)


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Mikrowilli schrieb:
> Grundsätzlich läßt sich der 103.5 MHz-Quarzoszillator natürlich auch
> direkt mit einem GPS-Signal synchronisieren, ohne einen
> "zwischengeschalteten" 10 MHz-OCXO. Allerdings dürfte es nicht ohne
> Weiteres gelingen, irgendein GPSDO zu nehmen, den 10MHz-Oszillator
> heraus- und den 103.5 MHz-Oszillator hineinzuoperieren.
> Erfolgversprechender ist es, den 103.5 MHz-Oszillator über das 1
> PPS-Signal eines GPS-Empfängers zu kontrollieren und nachzuregeln. Einen
> ersten Einblick in das Prinzip findest Du in diesem Artikel von Brooks
> Shera, W5OJM: http://www.a-aengineering.com/QST_GPS.pdf
Hallo,
Ein PPS-Signal hätte ich zur Verfügung, aber samt Sägezahn-Jitter. Käme 
man denn bei langen Integrationszeiten des (PI-)Reglers auch ohne 
Jitter-Korrektur aus? Im seriellen Telegramm ist der erwartete Versatz 
für den nächsten Impuls wohl enthalten. Insofern müsste man diese 
Korrektur, falls nötig, nochmals implementieren.
Hinzu kommt noch der Wunsch, statt mit 1 Hz mit 1/3 Hz zu arbeiten 
(Begründung s. o.).
73

von B. G. (golf2010)


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Ich hab für sowas immer den AD9548 verwendet. Da kann man OCXOs fast 
beliebiger Frequenz mit GPS synchronisieren und fast beliebige 
Ausgangsfrequenzen erzeugen. Der OCXO sollte schon gut sein.
Mein GPS-Empfänger war der S1216-F8

: Bearbeitet durch User
von dfIas (Gast)


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Gerhard H. schrieb:
> Wenn man ein GPS mit einem vernünftigen 10 MHz Quarzofen hat,
> dann wird das Anbinden deutlich einfacher. Im einfachsten Fall:
> größte gemeinsame Subharmonische suchen, beide Oszillatoren
> passend runterteilen, harmlose PLL, fertig.
Hallo,
ich sehe hierin eine ganz passable Lösung. Und der 1-PPS-Sägezahn stört 
an dieser Stelle ebenfalls nicht mehr.
Für 123 2/3 MHz lande ich zwar wieder bei 1/3 Hz. Da die erste Stufe der 
Vervielfacherkette verdreifacht, könnte ich alternativ die 371 MHz 
abgreifen und käme auf immerhin 1 MHz. Für alle drei Frequenzen würde 
ich dann von 500 kHz ausgehen.
73

von Gerhard H. (ghf)


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Der Sägezahn sollte sich auch rausmitteln. Man kann sowieso nur gaaaanz
langsam nachregeln weil man sonst die adev im Hz-Gebiet kaputtmacht.

Ich habe übrigens seit gestern Lady Heather V6.x am Laufen.
Spielt wesentlich besser mit meinem Lucent-GPS zusammen als
die früheren Versionen. Es kann auch die Sägezähne, die 
VCXO-Regelspannung
etc anzeigen, je nachdem, was der Empfänger hergibt.
Oder auch die Signalstärke der Satelliten über Elevation und 
Himmelsrichtung. Bei mir ist das Haus nach Westen etwas im Weg.

Das mit dem 1/3Hz verstehe ich nicht. Da muss man doch nur jeden 3. PPS
nehmen, wofür auch immer das gut sein mag.

Ich mache gerade eine neue Version meiner OCXO-Supportplatine.
Die wird nicht nur den Ofen an eine ext. f-Referenz anbinden können,
sondern auch an einen 1PPS. Das CPLD ist so 2/3 fertig. 1pps-Erzeugung,
Rasten auf 10 MHZ etc geht schon, 1pps noch nicht.
Für 5, 10, 100 MHz. Das ist vorläufig kompliziert genug. Alle 
Oszillatoren
haben unterschiedliche Frequenz, Steilheit, Regelrichtung,
Ausgangsleistung... Das ergibt Strapping-Optionen ohne Ende.

von ZF (Gast)


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Hallo zusammen,

Gerhard H. schrieb:
> Kann man machen, das hat halt die Dynamik einer Bahnschranke.
> D.h. die Stabilität von Phasenrauschen bis einige -zig Minuten
> wird nur von dem 103.5 Oszillator verantwortet. Es gibt eben jede
> Sekunde nur eine kleine Korrektur. Die darf nicht zu groß ausfallen,
> weil sonst die Stabilität im Bereich von Sekunden leidet.

Wenn man sich die Allan Deviation Sigma-Tau Diagramme von 
Quarzoszillatoren und GNSS Empfängern anguckt, dann stellt man fest, 
dass bei kleinen Tau der Quarzoszillator und bei großen Tau der 
Empfänger besser ist. Schnittpunkt liegt ganz grob je nach Oszillator / 
Empfänger bei ungefähr 1000s. Das ist ein guter Startpunkt für die 
Zeitkonstante des Reglers.

Leseempfehlung: http://ulrich-bangert.de/AMSAT-Journal.pdf


> Ich empfehle die time nuts list auf febo.com und auf EEVblog
> die metrology section.

Der Empfehlung schließe ich mich an.

73

von dfIas (Gast)


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Gerhard H. schrieb:
> Das mit dem 1/3Hz verstehe ich nicht. Da muss man doch nur jeden 3. PPS
> nehmen, wofür auch immer das gut sein mag.
Hallo,
das ist für die benötigten 123 2/3 Hz. Auf einer 1-Hz-Basis könnte ich 
die Ausgangsfrequenz nur auf z. B. 123.666.667 Hz anbinden. Durch den 
hohen Vervielfachungsgrad blieben dann einige Hz auf der Strecke. Da 
systematisch und bekannt, könnte man damit schon klarkommen und in der 
IF einen Offset verwenden.
Die 371 MHz von der ersten Verdreifacherstufe stehen aber zur Verfügung. 
Ansonsten könnte man noch zyklisch durch 123.666.667, 123.666.667 und 
durch 123.666.666 teilen. Das läuft dann auch auf 3 s hinaus.
73

von dfIas (Gast)


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Oops, ich kaufe ein M ... (123 2/3 MHz)

von Mikrowilli (Gast)


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Die Verwendung eines 1/3 PPS-Führungspulses dürfte machbar sein; wenn 
ich die Ausführungen con K6JCA aus dem nachgetragenen Link (die ich 
allerdings nur quergelesen habe) richtig verstanden habe, summiert Shera 
in seinem Konzept 30 aufeinanderfolgende 1-Sekunden-Phasenmessungen auf; 
alle 30 Sekunden wird dann ein neuer Wert an den DAC ausgegeben, der die 
Regelspannung erzeugt. Grundsätzlich sollte man also auch mit 1/3 Hz 
arbeiten können, das ergibt dann alle 3 Sekunden einen Phasenwert, und 
die Summe aus 10 Phasenwerten führt dann nach 30 Sekunden zu einem 
Ausgabewert.

Schwieriger dürfte es werden, die Sägezahnkorrektur einzuarbeiten. 
Möglicherweise ist dazu der Umstieg von dem seinerzeit (1998!) von Shera 
verwendeten PIC auf einen etwas vielseitigeren und leistungsfähigeren 
Controller nötig. Dabei könntest Du dann gegebenenfalls von den PICs weg 
und zu der Lieblingscontrollerfamilie Deiner Wahl hin wechseln.

Lies ruhig erstmal den Artikel von Shera und die Analyse von K6JCA und 
verinnerliche die Funktionsweise der Regelung. Dann entstehen vor Deinem 
geistigen Auge vermutlich auch die ersten Ideen für Änderungen und wie 
man sie realisieren könnte.

Selbst habe ich das Brooks-Shera-GPSDO übrigens nie nachgebaut, obwohl 
ich mich gründlich damit beschäftigt habe und alle Bauteile 
einschließlich des programmierten PIC noch immer in einer Projektkiste 
schlummern. Das lag wohl vor allem daran, daß mich ein paar 
Kleinigkeiten gestört haben (wie z.B. das manuelle Umschalten der 
Regelzeitkonstanten während des Einrastvorganges) und ich mit dem PIC 
gefremdelt habe. Deshalb habe ich mich damals einem Ansatz mit 
AVR-Microcontroller zugewandt, den Alberto di Bene, I2PHD, einmal 
veröffentlicht hatte (nur in Italienisch, und heute ist der Artikel im 
Internet nirgends mehr zu finden). Inzwischen benutze ich zwei Trimble 
Thunderbolt GPSDOs.

von dfIas (Gast)


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ZF schrieb:
> Leseempfehlung: http://ulrich-bangert.de/AMSAT-Journal.pdf
Hallo,
ja, hatte ich vor ein paar Tagen erst gelesen, sogar mal vollständig. 
(Meist lese ich nur quer ...) Dort wird übrigens impliziert, dass man 
wohl besser den Sägezahn wegrechnet. Wie auch immer, eine sehr gute 
Abhandlung.
Ein Punkt stört mich ggf. noch an der 10-MHz-Kaskade: Habe ich damit 
doppelte Einschwingzeiten? Oder überlappen sich beide Einschwingvorgänge 
in irgendeiner Art?
73

von B. G. (golf2010)


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'Inzwischen benutze ich zwei Trimble
Thunderbolt GPSDOs'

Ich hab auch 2 von den Thunderbolts hier. Ich nutze aber lieber meinen 
AD9548 Eigenbau-GPSDO. Der liefert mir schneller eine stabile Frequenz, 
meine ich zumindest und diese ist auch frei einstellbar. Jedenfalls so 
stabil, wie ich sie brauche. Ich will nur meine SDRs auf 
Hertz-Genauigkeit kalibrieren.

: Bearbeitet durch User
von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Um mal das Rätselraten zum mehrfach genannten PLL-GPSDO zu lösen ein 
Foto der Platine. Unten sind keine Bauteile.

Der PLL-Chip ist von Silabs:
https://www.silabs.com/products/timing/clocks/jitter-attenuators/device.si5328c
Si5328C Jitter Attenuator Clock Multiplier

von Raph (Gast)


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HF Pfuscher schrieb:
> Daher verlange ich nach einer nachrichtentechnisch einwandfreien
> Bezeichnung für "Disziplinieren".

Christoph db1uq K. schrieb:
> Um mal das Rätselraten zum mehrfach genannten PLL-GPSDO zu lösen ein
> Foto der Platine. Unten sind keine Bauteile.

Scheisse! Das steht ja sogar "disciplined" auf der Platine.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Zum TCXO noch:
http://txccrystal.com/images/pdf/7q.pdf
da könnte er herkommen, ähnliche werden von Digikey, Farnell, Mouser 
angeboten.

lat. discipulus der Schüler, im Bibelenglisch entspricht disciples dem 
deutschen Jünger.

von Tobias P. (hubertus)


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dfIas schrieb:
> Ein Punkt stört mich ggf. noch an der 10-MHz-Kaskade: Habe ich damit
> doppelte Einschwingzeiten? Oder überlappen sich beide Einschwingvorgänge
> in irgendeiner Art?
> 73

Wenn unbedingt 2 Oszillatoren verwendet werden sollen: Der Oszillator im 
GPSDO sollte bereits phasenrauscharm sein.
Meiner Meinung nach ist es nicht empfehlenswert, für einen GPSDO einen 
TCXO zu verwenden. Dieser wird niemals die Stabilität und das geringe 
Phasenrauschen aufweisen, das mit einem OCXO erzielbar ist.

Besser einen GPSDO verwenden, der einen OCXO mit sehr kleinen 
Phasenrauschen hat. Und danach einen externen beliebigen VCO für die 
103.5 MHz anbinden. Hier muss dann eine PLL mit grosser Loop-Bandbreite 
verwendet werden, denn das schlechtere Phasenrauschen (und damit die 
kurzzeitigen Frequenzschwankungen) des VCO sollen durch die PLL 
glattgebügelt werden, sodass der VCO dem OCXO folgt. Innerhalb der 
Loop-Bandbreite ist das Phasenrauschen dann nämlich von der Referenz, in 
diesem Fall von deinem phasenrauscharmen OCXO, dominiert, ausserhalb der 
Loop-Bandbreite dominiert der VCO. Mit einer schnellen PLL kann man also 
das Phasenrauschen eines VCOs verbessern, wenn die Referenz gut genug 
ist.

So hast du nur die Einschwingzeit des GPSDOs, der VCO bleibt 
eingeschwungen.

Interessant wäre allerdings schon die Frage, ob man nicht besser den 
103.5 MHz Oszillator direkt als OCXO ausführt und direkt an GPS 
anbindet. Ich kann mal in meiner Kiste schauen. Ich glaube, ich habe 
noch einen OCXO mit irgend so einer krummen Frequenz - 101,?? MHz. Den 
könnte man evtl. auf 103.5 MHz umbauen. Brauchst halt den richtigen 
Quarz - ein SC-Schnitt sollte es sein.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Mich wundert jetzt noch, wieso Bodnar das Gerät mit "bis 800 MHz" 
bewirbt, obwohl ein Si5328C bestückt ist, der laut Silabs nur bis 346 
MHz geht, nur der Si5328B soll bis 808 MHz reichen.
Aber vielleicht erfährt man im Datenblatt näheres.

von dfIas (Gast)


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Tobias P. schrieb:
> Interessant wäre allerdings schon die Frage, ob man nicht besser den
> 103.5 MHz Oszillator direkt als OCXO ausführt und direkt an GPS
> anbindet. Ich kann mal in meiner Kiste schauen. Ich glaube, ich habe
> noch einen OCXO mit irgend so einer krummen Frequenz - 101,?? MHz. Den
> könnte man evtl. auf 103.5 MHz umbauen. Brauchst halt den richtigen
> Quarz - ein SC-Schnitt sollte es sein.
Ich dachte an solch ein Teil:
https://www.vectron.com/products/ocxo/OX-175.pdf
Bleibt noch die Frage, was Sonderfrequenzen so extra kosten.
73

von dfIas (Gast)


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... und ob dafür ggf. Stückzahlen erforderlich sind!

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Tschuldigung wenn ich nochmal unterbreche
Im Datenblatt von Silabs steht auch nichts anderes. Ich nehme zu Gunsten 
des Herstellers an, dass das nicht aus böser Absicht passiert ist.

Seite 9: "(See ordering section for speed grade vs frequency limits)"
Output Frequency ... 808MHz
aber Seite 69 "Si5328C-C-GM ... 8 kHz–346 MHz"

von mir bekommt Leo Bodnar jedenfalls keinen Kuchen
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an19fc.pdf
Seite 72
"12. Didn’t Read the Data Sheet
Then you shall have no pie."

von Tobias P. (hubertus)


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dfIas schrieb:
> Ich dachte an solch ein Teil:
> https://www.vectron.com/products/ocxo/OX-175.pdf
> Bleibt noch die Frage, was Sonderfrequenzen so extra kosten.
> 73

ja genau, sowas gehört in einen GPSDO - aber eher kein TCXO ?
frage doch sonst noch Bernd Neubig bei AXTAL. Er hat mir auch schon sehr 
geholfen und OM Rabatt gewährt.
Ansonsten könnte man ja bei Andyquarz oder wie der schon wieder hiess 
SC-Quarze nach Spezifikation machen lassen und selber einen OCXO bauen - 
wäre ein interessantes Projekt; die Schwierigkeit bestünde sicher zu 
einem Grossteil auch darin, zu verifizieren ob der OCXO die 
Spezifikation wirklich einhält.

von dfIas (Gast)


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Im Thread-Titel steht ja OCXO. ICOM hatte früher zum Nachrüsten ihrer 
Funkgeräte TCXOs verkauft. Brauchten gut 1 min. zum Hochheizen - das ist 
mehr als nur "temperature compensated". Vielleicht verstanden die 
Japaner es als "temperature controlled". Inzwischen heißt es bei denen 
auch OCXO.
73

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Wie genau soll denn das ganze werden, ich habe noch keine konkreten 
Wunschvorstellungen gelesen. Zum Empfang von Es'Hailsat2 auf 10,5 GHz 
mit einem Hertz Unsicherheit reichen zehn Dezimalstellen aus. Das kann 
GPS normalerweise noch ohne Korrektur von Sägezähnen und Hängebrücken.

von Tobias P. (hubertus)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Das kann GPS normalerweise noch ohne Korrektur von Sägezähnen und
> Hängebrücken.

Wie ist das eigentlich - ich habe (hier im Forum?) mal gelesen, dass die 
heutigen GPS-Module (uBlox LEA zab.) sowas schon selber machen.

von dfIas (Gast)


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Christoph db1uq K. schrieb:
> Wie genau soll denn das ganze werden, ich habe noch keine konkreten
> Wunschvorstellungen gelesen. Zum Empfang von Es'Hailsat2 auf 10,5 GHz
> mit einem Hertz Unsicherheit reichen zehn Dezimalstellen aus. Das kann
> GPS normalerweise noch ohne Korrektur von Sägezähnen und Hängebrücken.
Hallo,
mein Ansatz war lediglich "einfach". Mit der Idee, den 10-MHz-XO eines 
fertigen GPSDOs gegen einen mit Wunschfrequenz, z. B. 103,5 MHz, 
auszutauschen und entsprechend anzupassen (Teilerverhältnis, 
Loop-Filter).
Transverter (RX & TX) für die SHF-Bänder sind vorhanden, allerdings sind 
die XOs bislang nur mit sehr einfachen Aufsteck-Heizreglern ausgerüstet. 
Der Wunsch besteht nun darin, von Ablagen im kHz-Bereich endlich mal 
wegzukommen und sich zumindest nicht mehr drum kümmern zu müssen. 
Desweiteren besteht der Wunsch nach "sauberen" Signalen für hohe 
Dynamik. Zumindest aber diesbezüglich keine Verschlechterung gegenüber 
dem Ist. Andere Lösungen als OCXOs kommen somit nicht infrage, wie etwa 
breitbandige PLLs.
Mit einer zweistufigen Lösung "1PPS->10 MHz->1xx,x MHz" kommen m. E. 
regelungstechnische Betrachtungen noch mehr in den Vordergrund. 
Vielleicht kann ein Regelungstechniker etwas zu kaskadierten PI-Reglern 
hinsichtlich Einschwingverhalten und insbesondere Stabilität sagen, bzw. 
wie man dimensionieren müsste, z. B. ggf. teilerfremde 
Integrationszeiten etc.
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von HF Pfuscher (Gast)


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dfIas schrieb:
> Mit einer zweistufigen Lösung "1PPS->10 MHz->1xx,x MHz" kommen m. E.
> regelungstechnische Betrachtungen noch mehr in den Vordergrund.
> Vielleicht kann ein Regelungstechniker etwas zu kaskadierten PI-Reglern
> hinsichtlich Einschwingverhalten und insbesondere Stabilität sagen, bzw.
> wie man dimensionieren müsste, z. B. ggf. teilerfremde
> Integrationszeiten etc.

Das klingt alles zur sehr wischi-waschi. Male doch mal ein
Blockschaltbild mit den Signalen die du dir vorstellst bzw
wünschst. Insbesondere ist mir bei den vielen Kommentaren nicht
klar ob man seine eigene Referenz an eine GPS Quelle anbinden
oder freilaufen lassen möchte.

Auch wäre eine ein Genauigkeitsanforderung sowie Zielfrequenzen
im LO-Berich anzugeben nicht schlecht. Dann kann man mal was
vorschlagen bzw. sich vorstellen.

Was hast du denn für Pahsenrausch-Eigenschaften jetzt und wie
sollte es denn gerne aussehen. Irgendwas mit "dBc pro sqrt(Hz)"
bei xyz kHz Ablagefrequenz.

Mit solchen Aussagen ist da leider nicht geholfen:

dfIas schrieb:
> Das LO-Spektrum ist leider eine
> Katastrophe. Ab -60 dB und üblichen Bandbreiten ist innerhalb von 1 bis
> 2 MHz neben dem Nutzsignal nichts mehr zu wollen.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Soweit ich das mit Sägezahn und Hängebrücke verstanden habe, liegt es 
daran, dass der Quarz im GPS-Empfänger nicht nachgezogen wird, sondern 
nur digital der 1PPS korrigiert wird, indem er mal etwas kürzer oder 
länger ist und im Mittel sägezahnförmig um den wahren Wert schwankt.
Der Mittelwert ist aber korrekt, und eine Korrektur ist möglich. Es gibt 
GPS-Empfänger, die diese Korrekturberechnung enthalten, welche das sind 
ist vermutlich auf leapsecond von den timenuts zu erfahren. 
http://leapsecond.com/

http://www.leapsecond.com/pages/res-t/
http://www.leapsecond.com/pages/m12/sawtooth.htm

Schwieriger sind die Hängebrücken (suspension bridge), da schwingt der 
Empfängerquarz mal längere Zeit fast auf der richtigen Frequenz und die 
Korrektur ist unwirksam. Es gibt dabei eine kleine Abweichung vom 
Sollwert, und der 1PPS ist bis zu mehreren Minuten falsch. Es gibt einen 
Vorschlag, diesen Zustand irgendwie zu erkennen und dem Quarz einen 
kleinen Temperaturschubs zu verpassen, damit er wieder auf eine 
ausreichend falsche Frequenz springt.

: Bearbeitet durch User
von Günter R. (guenter-dl7la) Benutzerseite


Angehängte Dateien:

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hier mal als praktisches Beispiel das GPS-disziplinierte Output 1 meines 
LeoBodnar auf 700 MHz (benutze ihn als Referenzcklock eines AD9912), der 
Analysator - ein älterer Takeda Riken - liegt noch 40 Hz zu tief, war 
nur etwa 5 min eingelaufen. Die GPS-Antenne schaut durch 
sonnenschutzbedampfte Fenster nach Süden, lt. Mobilfon dürften gerade 
etwa 5 Satelliten zu sehen gewesen sein.

von Tobias P. (hubertus)


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dfIas schrieb:
> Mit einer zweistufigen Lösung "1PPS->10 MHz->1xx,x MHz" kommen m. E.
> regelungstechnische Betrachtungen noch mehr in den Vordergrund.
> Vielleicht kann ein Regelungstechniker etwas zu kaskadierten PI-Reglern
> hinsichtlich Einschwingverhalten und insbesondere Stabilität sagen, bzw.
> wie man dimensionieren müsste, z. B. ggf. teilerfremde
> Integrationszeiten etc.
> 73

dfIas schrieb:
> Andere Lösungen als OCXOs kommen somit nicht infrage, wie etwa
> breitbandige PLLs.


Ich sehe da kein Problem. Wie gesagt wäre es klug, eine PLL mit grosser 
Bandbreite zu benutzen.
Du wirst ja eine Spezifikation für dein Phasenrauschen haben. Suche also 
einen 10 MHz GPSDO, der deine Spezifikation mit genügend Reserve 
erfüllt. Verwende danach eine PLL mit einer grossen Bandbreite, um 
deinen "schnellen" Oszillator, der kein OCXO sein muss, an den GPSDO 
anzubinden. Wenn deine PLL beispielsweise eine Bandbreite von 100 kHz 
aufweist, dann wird das Phasenrauschen im Bereich +/-100 kHz um deinen 
Träger vom GPSDO dominiert werden, während es ausserhalb der +/-100 kHz 
vom "schnellen" Oszillator dominiert werden.

Wenn du also einen ausreichend guten GPSDO hast, ist es nicht nötig, 
für die 103.5 MHz einen OCXO zu verwenden. Du kannst dort sogar einen 
LC-Oszillator benutzen - entscheidend ist einzig die PLL. Siehe das 2. 
Bild hier:

https://www.analog.com/en/technical-articles/phase-noise-of-integer-n-and-fractional-n-pll-synthesizers.html

Beim zweiten Bild hier sieht man es noch besser:

https://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2016/03/02/understanding-datasheet-phase-noise-specifications-of-a-phase-locked-loop

Hier ist das Phasenrauschen eines Synthesizers "open Loop" und mit PLL 
gezeigt.


Um saubere Signale zu erhalten, kann man dem 103er Oszillator auch noch 
ein einfaches Bandpassfilter nachschalten, um Harmonische zu 
unterdrücken.

von Petra (Gast)


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Habe die Threads nur überflogen.

Wenn Geld eine untergeordnete Rolle spielt, nimm Signalgeneratoren die 
sich per externe Sync anbinden lassen und stelle die entsprechende 
Frequenz und Signalstärke ein. Da kannst Du frei wählen, ob kHz, MHz, 
oder GHz... Und sie sind phasenstarr an Deine Referenz angebunden.

von Purzel H. (hacky)


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zB einen ERA Synth fuer 950$ (6GHz), 1450$ (15GHz), oder 1950$ (20GHz).
Der Mittlere tut's meistens.

https://www.crowdsupply.com/era-instruments/erasynth

Oops, ich seh grad, den Dritten gibt's grad nicht oder nicht mehr.

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