projekte:gpsdo:start
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projekte:gpsdo:start [2016/09/03 23:55] – yc | projekte:gpsdo:start [2018/10/20 21:15] – thasti | ||
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^ GPS Dicsciplined Oscillator ^^ | ^ GPS Dicsciplined Oscillator ^^ | ||
- | | Mithilfe | + | | Mithilfe |
| **Mitarbeiter** | Stefan, DK3SB \\ Sebastian, DL3YC \\ Andreas, DL5CN | | | **Mitarbeiter** | Stefan, DK3SB \\ Sebastian, DL3YC \\ Andreas, DL5CN | | ||
| **Status** | In Bearbeitung | | | **Status** | In Bearbeitung | | ||
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- | Für den Betrieb auf den GHz-Bändern ist eine genaue und stabile Frequenzreferenz von Vorteil. Für die Kurzzeitstabilität (im Bereich von einigen | + | Beispielsweise für den Betrieb auf den GHz-Bändern ist eine genaue und stabile Frequenzreferenz von Vorteil. Für die Kurzzeitstabilität (im Bereich von einigen |
- | Dazu wurde bei [[http:// | + | Dazu wurde bei [[http:// |
- | Es werden | + | Es werden |
{{: | {{: | ||
- | + | ===== Systemanforderungen | |
- | + | * geheizter Quarzoszillator mit hinreichend | |
- | ===== Anforderungen | + | |
- | * geheizter Quarzoszillator mit guter Kurzzeitstabilität | + | |
* Frequenzgenauigkeit durch GPS-Anbindung | * Frequenzgenauigkeit durch GPS-Anbindung | ||
* Anschluss für GPS-Antenne mit externem LNA | * Anschluss für GPS-Antenne mit externem LNA | ||
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* Versorgung aus 12..14V | * Versorgung aus 12..14V | ||
- | + | ===== Untersuchungen | |
- | ===== Oszillator | + | Da mehrere Aspekte |
- | ==== Interna ==== | + | * [[.:ocxo|Untersuchungen am Trimble 65256]] |
- | Nachdem Stefans Ofen keine 10 MHz mehr rausbringen wollte, wurde er kurzerhand aufgemacht. Drinnen zeigt sich ein OCXO Vectron MC2001X4-046W, | + | * [[.:v1|Version 1: FLL-Ansatz]] |
- | + | ||
- | {{: | + | |
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- | Die Außenbeschaltung realisiert einen zweiten Heizkreis. Neben dem OCXO sind dafür zwei N-Kanal-FETs MJG210T4G sowie ein NPN-Transistor MJD31C verbaut, außerdem ein MIC5205 als 3.3V-Regler (als Referenzspannung? | + | |
- | + | ||
- | ==== Stabilität ==== | + | |
- | Eine Messung der Oszillatorstabilität wurde mit dem HERMES als Messgerät durchgeführt, | + | |
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- | {{: | + | |
- | + | ||
- | ==== Steilheit ==== | + | |
- | Andreas, DL5CN, hat die Steilheit und den Einstellbereich der Vtune-Spannung mit einem vorhandenen GPS-Normal aufgenommen: | + | |
- | * 10,00000000 Mhz bei 2,2 Volt, | + | |
- | * minus 1 Hertz bei ca. 1,55 Volt | + | |
- | * plus 1 Hertz bei ca. 2,93 Volt. | + | |
- | * Steilheit von ~1,5Hz/V | + | |
- | + | ||
- | Bei Stefans Ofen ist die Steilheit genauso, die exakten 10 MHz liegen etwa bei 2,4 V. | + | |
- | + | ||
- | ===== FLL-Ansatz ===== | + | |
- | Ein einfacher Ansatz ist der Aufbau einer Frequenzregelung. Dazu muss die Frequenz des Oszillators gezählt werden, während man für die Torzeiterzeugung die hochgenauen Sekundenpulse von GPS verwendet. | + | |
- | + | ||
- | ==== Umsetzung ==== | + | |
- | Zur Frequenzreglung des OCXOs wird ein MSP430 verwendet. Dieser besitzt ein asynchrones Gate an jedem Timer zur Frequenzmessung. Dazu wird ein Timer des MSP430 im Capture-Modus verwendet. Dieser wird aus dem OCXO getaktet, der Capture-Pin wird mit dem PPS-Signal des GPS-Moduls verbunden. Mit der ersten Flanke des 1PPS-Pins wird der Startwert des Zählers gespeichert, | + | |
- | + | ||
- | Das Soll-Ergebnis der Zählung ist 10000000 Hz * 20 Sekunden = 20000000 Digits, was modulo 65536 (16 Bit-Zähler) den Wert 11520 ergibt. Der Startzählerwert muss vom Messergebnis abgezogen werden und die Differenz zum Sollwert (die Regelabweichung) wird zur Anpassung von VTune verwendet. | + | |
- | Eine möglichst hochfrequente PWM wird zu diesem Zweck stark tiefpassgefiltert und dann dem Abstimmeingang des OCXO zugeführt. Die Auswirkung der VTune-Änderung auf das Messergebnis wird durch eine Wartezeit von 2 Sekunden bis zur nächsten Messung ausgeblendet. Damit stellt die Regelstrecke eine reine P-Strecke dar und lässt sich von einem I-Regler ohne Regelabweichung stabil regeln. | + | |
- | + | ||
- | ==== Elektronik ==== | + | |
- | Ein Aufsatzboard für das MSP430FR5739 Launchpad wurde entworfen und wird im Lötlabor gefertigt. Enthalten sind ein GPS-Modul mit PPS-Ausgang, | + | |
- | * Schaltplan als {{:projekte: | + | |
- | * Layout als {{: | + | |
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- | ==== Software ==== | + | |
- | Teile der Software wurden vom Ballontracker | + | |
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- | ==== Prototyp ==== | + | |
- | Am 16.09.2015 wurde der Prototyp in Betrieb genommen. Der implementierte I-Regler schwingt innerhalb von 4-5 Zyklen ein und stabilisiert die Frequenz zuverlässig auf 10 MHz +- 0,05 Hz. Für die meisten Aufgaben ist das hinreichend genau. Das Problem bei diesem Ansatz ist die endliche Auflösung des Zählers - eine zufällige " | + | |
- | + | ||
===== PLL-Ansatz ===== | ===== PLL-Ansatz ===== | ||
- | Für den 10 GHz-Transverter | + | Für den 10 GHz-Transverter |
Die Hardware/ | Die Hardware/ | ||
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* Sourcecode (MSP430 C-Code mit Makefile): {{: | * Sourcecode (MSP430 C-Code mit Makefile): {{: | ||
- | Nach Umsetzung der notwendigen Software | + | **TODO aktualisieren der Schaltpläne** |
+ | |||
+ | Nach Umsetzung der notwendigen Software | ||
==== Probleme ==== | ==== Probleme ==== | ||
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* Phasenrauschen 10 MHz: {{: | * Phasenrauschen 10 MHz: {{: | ||
- | * Phasenrauschen 1656 MHz: {{: | ||
- | **TODO Rev 2:** | + | Gezeigt haben sich in der praktischen Anwendung vor allem zwei Effekte: Einerseits ist die Zeitkonstante |
- | * Lock-Detect | + | |
- | * Fensterkomparator an Vtune | + | Um die Kurzzeitstabilität (und damit im weiteren Sinne die Genauigkeit) überhaupt sinnvoll verbessern zu können, muss das GPS-Modul thermisch auf jeden Fall von jeder Art schneller Temperaturänderungen isoliert werden. Ein besseres Konzept |
- | * Detektion der 10 kHz (Gleichrichtung, Transistor, LED) | + | |
- | * aktuelle Lösung (1PPS ausgeben wenn kein GPS-Fix, TIMEPULSE parallel | + | |
- | * MSP430 mit Quarz versehen (für UART) | + | |
- | * Pins für UART anpassen | + | |
- | * Reset besser beschalten (R/C) | + | |
- | * Isolationsverstärker am VCO hinzufügen (6db-Pad - AG604 - 6dB-Pad) | + | |
==== Links ==== | ==== Links ==== | ||
* http:// | * http:// | ||
* http:// | * http:// | ||
* http:// | * http:// | ||
- | * [[http:// | + | * [[http:// |
projekte/gpsdo/start.txt · Zuletzt geändert: 2019/03/15 18:40 von thasti