Hvorfor har GPS-mottakere 1 PPS-utgang?

1 PPS-utgangen har mye lavere jitter enn noe en MCU kan gjøre. I noen mer krevende applikasjoner kan du bruke at pulsen kan brukes til å time ting veldig nøyaktig. Med noen GPS-karakterer kan denne 1 PPS-utgangen være nøyaktig til bedre enn 1 nS.

Kommentarer

• +1, og se utdypingen min
• GPS-satellitter har atomur, og derfor er PPS-signalet så nøyaktig. Selv om utdataene øyeblikkelig er nøyaktige til bare 1 ms, vil det aldri akkumulere mer enn 1 ms feil i forhold til det faktiske antallet sekunder som har gått.
• Hvorfor forstyrres det veldig nøyaktige 1PPS-signalet ikke ‘ mens det reiser på vei fra verdensrommet eller andre kretser ‘ t forstyrrer den?
• @abdullahkahraman 1 ppm-utgangen kommer ikke ‘ t direkte fra en satellitt. Den kommer fra mottakerens egen interne klokke. Den klokken er synkronisert med satellittene. 1 pps-utgangen går ikke ‘ t hvis mottakeren mister mottak (det blir bare mindre nøyaktig). / li>
• @dfc Ok, Mr. Pedantic: Jeg Hvis du vil at en GPS skal ha høy nøyaktighet, må den ha en intern nøyaktighetsklokke. Den tingen har en veldig høy nøyaktighet intern klokke! Den bruker den klokken, pluss den interne GPS-satellittmottakeren, for å sende en veldig nøyaktig puls som er synkronisert med UTC-tid. Den fungerer akkurat som mange andre GPS-mottakere med 1pps (eller annen pps) utgang. Det er bare veldig stort, ikke veldig bærbart og koster mer enn huset ditt. Det passer perfekt med begrepet » vitenskapelig karakter GPS «.

Langsiktig er 1 Hz-signalet sannsynligvis den mest nøyaktige tiden, og så også frekvensen, referanse som du noen gang vil møte.

Du er effektivt skaffe noe som en referanse for cesiumklokke for kostnaden for en GPS-modul. Et røverkjøp. Du kan kjøpe kommersiell » disiplinert oscillator » enheter og design for DIY er tilgjengelig. En DO er ikke frekvenslåst i seg selv, men blir forsiktig sparket i lås av feilsignaler mellom et 1H-signal generert av lokale og GPS-klokker.

Disiplinerte oscillatorer

Standard tid hvor som helst De sier –

• Ovniserte kvartskrystalloscillatorer Når en enkelt (OCXO) eller dobbel (DOCXO) temperaturregulerende ovn er pakket rundt krystall og dens oscillerende kretsløp, kan frekvensstabiliteten forbedres to til fire størrelsesordener i forhold til TCXO. Slike oscillatorer brukes i laboratorie- og kommunikasjonsgrad og har ofte midler til å justere utgangsfrekvensen via elektronisk frekvensstyring. På denne måten kan de være » disiplinert » for å matche frekvensen til en GPS- eller Loran-C-referansemottaker.

GPS-disiplinerte DOCXOer er Stratum I primære referansekilder (PRS) for mange av verdens kablede telekommunikasjonssystemer. De er også mye brukt som GPS-tid og frekvensreferanser for basestasjonene som opererer under IS -95 standard for CDMA-mobiltelefonsystemer (Code Division Multiple Access) med opprinnelse fra Qualcomm. Det store volumet av disse basestasjonsprogrammene har i stor grad påvirket OCXO-markedet ved å redusere prisene og konsolidere leverandørene.

Superenkelt DIY DO

Brooks Shera DO

Å finne ut hvor bra du har gjort

Kommersiell modul – 0,1 deler per milliard per dag.

Kommersiell med grafer

UTC-tracker

@ DavidKessners svar er i tråd med det jeg skal si, men jeg ønsket å utdype det, og dette er litt mer enn en kommentar.

Denne utgangen kan brukes til å si, vekke MCU (fra dyp hvilemodus) en gang per sekund (til innen et par nano-sekunder) i et program der du brydde deg om at MCU gjorde noe på et bestemt sekund, med stor nøyaktighet.

En MCU kunne også bruke dette signalet til å beregne sin egen tidsnøyaktighet og kompensere for det i programvare. Så MCU kunne «måle «pulsvarigheten, og anta at det er et» perfekt «1s-intervall. Ved å gjøre det kan det effektivt bestemme tiden som strekker seg eller klemmer den opplever, for eksempel på grunn av temperatureffekter på krystallet eller hva som helst, og bruke den tidsfaktoren på eventuelle målinger den tar.

Har designet robuste OCXO for tøffe rakettmiljøer og sporing av flytende værstasjoner før GPS .. faktisk etter at bare første GPS (GOES 1) ble lansert, gir den gode minner.

Betydningen av stabilitet avhenger av strømbrudd og hvor mye feil du har kan tåle under avbrudd eller LOS (tap av signal) samt fangsttid. Når du multipliserer f med N med PLL-skillelinje, multipliserer du også fasefeil. Så forsiktighet for å minimere drift og fasestøy er viktig.

I min OCXO valgte jeg 10MHz for OCXO, 100KHz for rakettens FM-underleverandørtelemetri og 10KHz for mikserens bakkestasjon for å spore raketten posisjon. Området for kjøretøy er bare faseforskjellen ved å bruke differansefrekvensen og fasen til telemetri-underbæreren og bakkestasjonen ved den valgte f med Δλ = c / f med Δposisjon = Δλ + syklus teller. Frekvensfeilen representerer hastighet som i radarhastighet. Så med 1 PPS (1Hz) klokke kan du støtte et stort område og tidsintervall uten å hoppe over syklus eller regne med presis faseforskjell. Vær oppmerksom på at en syklushopp i fasefeil kan være N-sykluser, noe som betyr tvetydighet i akkumulert feil .. forutsatt at LOS-feil er viktig.

Redundans er nøkkelen for pålitelighet hvis du har valg og rangering av kilder fra stratum 1, 2, & 3 klokker i tilfelle strømbrudd. Telekommunikasjonssynkrone høyhastighetsnettverk er avhengige av presise klokker, det samme gjør lisensierte radioer. Nettverk bruker intelligent feillogging for å rangere referanser til Stratum klokkilder.

Selvfølgelig tar det uber flid i utformingen av din DO. Volum av bøker om standarder definerer disse reglene.

Jeg tror du trenger å lese deg opp på enheten du har (som noen er forskjellige), men jeg vil gjette at den skal brukes som tidssynkronisering. Dvs. du får en melding om at neste puls vil komme på tidspunktet INUTC.

«GPSClock 200 har en RS-232-utgang som gir NMEA-tidskoder og et PPS-utgangssignal. Omtrent et halvt sekund før sender den ut tidspunktet for neste PPS-puls i enten GPRMC- eller GPZDA-format. Innen ett mikrosekund fra begynnelsen av UTC-sekundet, gir det PPS-utgangen høy i omtrent 500 ms. «

Mens en GPS-mottaker kan sende en fullstendig tidsstempel oppstrøms (via NMEA osv.), vil tiden det tar for tidsstempelet å komme seg over til verten gjør tidsstemplet unøyaktig. Et 1PPS-signal er GPS-mottakeren ekvivalent med «i tonen vil tiden være tolv trettitre og 35 sekunder … [pip]». Antagelsen her er at vertsklokken kan være nøyaktig i 1 sek, og hvert sekund får den en rettelse via 1PPS.

Jeg liker svaret fra «PV Subramanian» som å være til poenget. Dette er nettopp det typiske formålet med 1 PPS. Gi en presis 1-sekunders kant for å utvide en fullstendig «tid på dagen» informasjonsblokk mottatt på noen mindre nøyaktige måter (asynkronisert seriell linje, vanligvis).

Når vi snakker om oscillatorer, ser det ut til at i handelen av «tidsstandarder» og GPS, er 10 MHz et veldig populært valg. Lokale oscillatorer i GPS-mottakere kan grovt sett deles inn i to kategorier: de som gir nøyaktig 1: 10000000 forhold mellom 10MHz-utgangen og PPS (fasesynkron) og de der PPS-utgangen viser trinnvise justeringer (hopper over / setter inn) flått av 10 MHz tidsbase). De «synkrone» krystalloscillatorene er mer presise og kreves for noen formål. De krever også «ovnkontroll» (OCXO), som bruker litt ekstra strøm. Ikke bra for batteridrevne enheter, utmerket for stasjonær tidtaking. De «hoppende» oscillatorene er gode nok til grunnleggende posisjoneringsbruk, og er billigere, så dette får du i de billigste GPS-mottakermodulene. Siden de vanligvis mangler ovnkontroll, faller de generelt inn i TCXO-kategorien.

For PLL-kontroll av noen eksterne krystalloscillatorer er kantene på 1 PPS kanskje plassert ganske langt fra hverandre, du trenger en ganske lang integreringstid i PLL-servosløyfen. En 10 MHz signalkilde av god kvalitet vil tillate deg å oppnå god lås mye raskere. Men fangsten er – «god kvalitet». Se ovenfor. Annet enn det, er 1PPS absolutt god nok til å disiplinere systemtidbasen til noe OS eller NTPd som kjører på PC-maskinvare.

Som andre har sagt, kommer 1PPS-utgangen fra en GPS-mottaker fra en lokal krystall oscillator, tikkende inne i mottakeren. Vanligvis pleide dette å være en 10 MHz krystall. Denne lokale krystalloscillatoren er virkelig en VCO, som gir mulighet for små justeringer i den faktiske klokkefrekvensen. Denne VCO-inngangen brukes til lukket sløyfekontroll (negativ tilbakemeldingsstil), der GPS-signalet fra en håndfull satellitter (kombinert) fungerer som referanse. Funksjonsblokken i en GPS-mottaker, som utfører avkodingen av «kryptert spaghetti» av pseudo-tilfeldige bitstrømmer på en delt bærer, med varierte signalnivåer og doppler-skift, denne blokken kalles en «korrelator». Den bruker noe tungt antall knusing for å finne en optimal «løsning» på posisjon og tids «problem», basert på mottatte radiosignaler, sammenligner dem med den lokale tidsbasen – og evaluerer kontinuerlig en liten feil / avvik mellom radiomottaket og lokal krystall, som den mates tilbake til krystallets VCO-inngang … derav lukket sløyfekontroll. Fra timingperspektiv er GPS-mottakerens korrelator bare en ekstremt kompleks PLL-komparator ting 🙂

Andre har nevnt Symmetricom og TimeTools … Meinberg Funkuhren har en fin tabell over oscillatorene de tilbyr, som inneholder alle tenkelige presisjonsparametere: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Merk at de siterte presisjonene sannsynligvis fremdeles er konservative / pessimistiske estimater.

Alle eksisterende svar snakke om presisjonstidsapplikasjoner; Jeg vil bare påpeke at 1 pps signalet er viktig for navigering også — spesielt når mottakeren beveger seg.

Det tar litt tid for mottakeren å beregne hver navigasjonsløsning, og ekstra tid til å formatere løsningen i en eller flere meldinger og overføre dem over en slags kommunikasjonskobling (vanligvis serielt). Dette betyr at når resten av systemet kan benytte seg av informasjonen, er den allerede «utdatert» med kanskje flere hundre millisekunder.

De fleste hobby-applikasjoner med lav presisjon ignorerer denne detalj, men i en presisjonsapplikasjon som kan kjøre på 30 til 100 meter / sekund, introduserer dette mange meter feil, noe som gjør den til den dominerende kilden til total feil.

Formålet med 1 pps-utgangen er å indikere nøyaktig når posisjonen som er angitt i navigasjonsmeldingen (e) var gyldig, som gjør det mulig for programvaren å kompensere for kommunikasjonsforsinkelsen. Dette er spesielt viktig i hybrid GPS-treghetssystemer, der MEMS-sensorer brukes til å gi interpolerte navigasjonsløsninger ved høye samplingsfrekvenser (hundrevis av Hertz).

Kommentarer

• Aldri tenkt på det, men om kurs! Etter konvensjon samsvarer løsningen vanligvis med den stigende eller fallende kanten av pps ut?
• @bigjosh: Skillet mellom stigende og fallende avhenger av polaritet og er derfor vilkårlig. Du bør snakke om en fremre og bakre kant av pulsen. Som kan defineres av polaritet (som er omsettelig), eller ved å spesifisere en lengde på pulsen eller en driftssyklus, helst annen enn 50% 😉 Jeg ‘ har kodet noe rundt Intel i210 GPIO brukt som en PPS-inngang, og den kaster en hendelse på hver kant, stiger eller faller, og der ‘ er det ingen måte å finne ut polariteten i SW. Jeg måtte utlede forskjellen fra timingen, da jeg kjente plikten til PPS-kilden min …

Vi bruker 1PPS-utdata generert av GPS-mottakere for å gi veldig nøyaktig tid for stratum 1 NTP Network Time Servers. 1PPS genereres ved starten av hvert sekund, og i tilfelle mange mottakere er nøyaktig innen noen få nanosekunder av UTC-tid. Noen GPS-mottakere er ikke så flinke til å gi tid, siden den tilhørende serielle tidsutgangen kan «vandre» på hver side av den tiltenkte pulsutgangen. Dette genererer effektivt periodevis ett sekund offset.

1PPS-utgangen kan også brukes til å disiplinere OCXO eller TCXO-baserte oscillatorer for å sørge for holdover i tilfelle tap av GPS-signaler. Koblingen nedenfor gir litt mer informasjon om bruk av GPS i tidsreferanser:

http://www.timetools.co.uk/2013/07/23/timetools-gps-ntp-servers/

1 PPM-signal brukes til synkroniseringsformål.Anta at du har to enheter plassert langt utenfor avstanden, og at du vil generere klokkepulser i begge enhetene som starter nøyaktig samtidig, hva kan du gjøre? Dette er hvor dette 1 PPM-signalet brukes. GPS-modul gir pulser med en nøyaktighet på 1 ns over hele verden.

Kommentarer

• Hva er ett PPM-signal?