Varför har GPS-mottagare 1 PPS-utgång?

1 PPS-utgången har en mycket lägre jitter än vad en MCU kan göra. I vissa mer krävande applikationer kan du använda den puls som kan användas för att tid saker mycket exakt. Med vissa GPS-vetenskapliga kvaliteter kan den här 1 PPS-utgången vara exakt till bättre än 1 nS.

Kommentarer

• +1, och se min utarbetning
• GPS-satelliter har atomur, vilket är anledningen till att PPS-signalen är så exakt. Även om utsignalen omedelbart är korrekt till endast 1 ms, kommer den aldrig att samla mer än 1 ms fel i förhållande till det faktiska antalet av sekunder som har gått.
• Hur kommer den mycket exakta 1PPS-signalen inte att störas ’ medan den färdas på väg från yttre rymden eller någon annan krets ’ t stör det?
• @abdullahkahraman 1 ppm-utgången kommer inte ’ t direkt från en satellit. kommer från mottagarens egen interna klocka. Den klockan är synkroniserad med satelliterna. 1 pps-utgången försvinner inte ’ om mottagaren tappar mottagning (det blir bara mindre exakt). / li>
• @dfc Ok, herr Pedantic: Jag Om du vill att en GPS ska ha en hög noggrannhet måste den ha en hög noggrannhet intern klocka. Den saken har en mycket hög noggrannhet intern klocka! Den använder den klockan plus den interna GPS-satellitmottagaren för att mata ut en mycket exakt puls som är synkroniserad med UTC-tid. Det fungerar precis som många andra GPS-mottagare med en 1pps (eller annan pps) utgång. Det råkar bara vara enormt, inte särskilt bärbart och kostar mer än ditt hus. Det passar perfekt med termen ” GPS-vetenskaplig kvalitet ”.

Långsiktigt är 1 Hz-signalen förmodligen den mest exakta tiden, och så även frekvens, referens som du någonsin kommer att stöta på.

Du är effektivt erhålla något som en cesiumklockreferens för kostnaden för en GPS-modul. Ett fynd. Du kan köpa kommersiella ” disciplinerade oscillatorer ” enheter och design för DIY görs tillgängliga. En DO är inte frekvenslåst i sig men sparkas försiktigt i lås av felsignaler mellan en 1 H-signal som genereras av lokala och GPS-klockor.

Disciplinerade oscillatorer

Standardtid var som helst De säger –

• Ugniserade kvartskristalloscillatorer När en enda (OCXO) eller dubbel (DOCXO) temperaturreglerande ugn lindas runt ugnen kristall och dess oscillerande kretsar kan frekvensstabiliteten förbättras två till fyra storleksordningar i förhållande till TCXO: s. Sådana oscillatorer används i laboratorie- och kommunikationsgradstillämpningar och har ofta medel för att justera sin utfrekvens via elektronisk frekvensstyrning. På detta sätt kan de vara ” disciplinerade ” för att matcha frekvensen hos en GPS- eller Loran-C-referensmottagare.

GPS-disciplinerade DOCXO är Stratum I Primary Reference Sources (PRS) för många av världens trådbundna telekommunikationssystem. De används också i stor utsträckning som GPS-tid och frekvensreferenser för basstationerna som arbetar under IS -95-standarden för CDMA-mobiltelefonsystem (Code Division Multiple Access) med ursprung i Qualcomm. Den stora volymen av dessa basstationsapplikationer har djupt påverkat OCXO-marknaden genom att sänka priserna och konsolidera leverantörerna.

Super enkel DIY DO

Brooks Shera DO

Räkna ut hur bra du har gjort

Kommersiell modul – 0,1 delar per miljard per dag.

Kommersiellt med grafer

UTC-tracker

@ DavidKessners svar är i linje med vad jag ska säga, men jag ville utarbeta, och det här är lite mer än en kommentar.

Denna utgång kan användas för att säga väcka MCU (från ett djupt viloläge) en gång per sekund (till inom ett par nanosekunder) i en applikation där du brydde dig om att MCU gör något på en viss sekund, med stor noggrannhet.

En MCU kan också använda den här signalen för att beräkna sin egen timingnoggrannhet och kompensera för den i programvara. Så MCU kunde ”mäta ”pulsvaraktigheten, och antag att det är ett” perfekt ”1s-intervall. Genom att göra det kan det effektivt bestämma den tid som sträcker sig eller klämmer upp, t.ex. på grund av temperatureffekter på dess kristall eller vad som helst, och tillämpa den tidsfaktorn på alla mätningar som den gör.

Har designat robust OCXO för tuffa raketmiljöer och spårning av flytande väderstationer före GPS .. faktiskt efter att endast 1: a GPS (GOES 1) lanserades, ger det tillbaka minnen.

Vikten av stabilitet beror på avbrott och hur mycket fel du har kan tåla under avbrott eller LOS (signalförlust) samt fångsttid. När du multiplicerar f med N med PLL-delare multiplicerar du också fasfel. Så det är viktigt att minimera drift och fasbrus.

I min OCXO valde jag 10MHz för OCXO, 100KHz för raketens FM-underbärstelemetri och 10KHz för mixern markstation för att spåra raketen ”s position. Området för fordonsfärd är helt enkelt fasskillnaden med hjälp av skillnadsfrekvensen och fasen för telemetri-underbäraren och markstationen vid vald f med Δλ = c / f med Δposition = Δλ + cykeltal. Frekvensfelet representerar hastighet som i radarhastighet. Så med 1 PPS (1Hz) klocka kan du stödja ett stort intervall och tidsintervall utan att cykla hoppar över eller räknar med exakt fasskillnad. Observera att ett cykelförhopp i fasfel kan vara N-cykler vilket betyder tvetydighet för ackumulerat fel .. förutsatt att LOS-fel är viktigt.

Redundans är nyckeln för tillförlitlighet om du har val och rangordning av källor från stratum 1, 2, & 3 klockor vid avbrott. Telekomsynkrona höghastighetsnätverk är beroende av exakta klockor, liksom licensierade radioapparater. Nätverk använder intelligent felloggning för att rangordna referenser för Stratum klockkällor.

Självklart krävs det noggrannhet i utformningen av din DO. Volymer av böcker om standarder definierar dessa regler.

Jag tror att du måste läsa upp den enhet du har (som vissa är olika) men jag skulle gissa att den ska användas som en tidssynkronisering. Det vill säga du får ett meddelande som säger att nästa puls kommer vid tidInUTC.

”GPSClock 200 har en RS-232-utgång som ger NMEA-tidskoder och en PPS-utgångssignal. Ungefär en halv sekund innan matar den ut tiden för nästa PPS-puls i antingen GPRMC- eller GPZDA-format. Inom en mikrosekund från början av UTC-sekunden ger PPS-utgången hög i cirka 500 ms. ”

Medan en GPS-mottagare kan skicka en fullständig tidsstämpel uppströms (via NMEA etc) skulle den tid det tar för tidsstämpeln att ta sig över till värden göra tidsstämpeln felaktig. En 1PPS-signal är GPS-mottagaren motsvarande ”vid tonen kommer tiden att vara tolvtiotre och 35 sekunder … [pip]”. Antagandet här är att värdens klocka kan vara korrekt under 1 sekund, och varje sekund får det en korrigering via 1PPS.

Jag gillar svaret från ”PV Subramanian” som till punkten. Detta är just det typiska syftet med 1 PPS. Ge en exakt 1-sekunders kant för att utöka ett fullständigt informationsblock ”tid på dygnet” som tas emot med mindre korrekta medel (typiskt asynkroniserad linje).

På tal om oscillatorer verkar det som om det handlar av ”tidsstandarder” och GPS är 10 MHz ett mycket populärt val. Och lokala oscillatorer i GPS-mottagare kan grovt delas in i två kategorier: de som resulterar i exakt 1: 10000000 förhållande mellan 10MHz-utgången och PPS (fassynkron) och de där PPS-utgången visar stegvisa justeringar (hoppa över / infoga fästingar av 10 MHz tidsbas). De ”synkrona” kristalloscillatorerna är mer exakta och krävs för vissa ändamål. De kräver också ”ugnsstyrning” (OCXO), som förbrukar lite extra kraft. Inget bra för batteridrivna enheter, utmärkt för stationär tidtagning. De ”hoppande” oscillatorerna är tillräckligt bra för grundläggande positioneringsanvändning och är billigare, så det här är vad du får i de billigaste GPS-mottagarmodulerna. Eftersom de vanligtvis saknar ugnskontroll faller de i allmänhet in i TCXO-kategorin.

För PLL-kontroll av någon extern kristalloscillator är kanterna på 1 PPS kanske placerade ganska långt ifrån varandra, du skulle behöva en ganska lång integrationstid i PLL-servoslingan. En 10 MHz signalkälla av god kvalitet gör att du kan uppnå bra låsning mycket snabbare. Men fångsten är – ”bra kvalitet”. Se ovan. Annat än det är 1PPS verkligen tillräckligt bra för att disciplinera systemets tidsbas för vissa OS eller NTPd som körs på PC-hårdvara.

Som andra har sagt är 1PPS-utdata från en GPS-mottagare härledd från en lokal kristall oscillator, tickar inuti mottagaren. Vanligtvis var detta en 10 MHz kristall. Denna lokala kristalloscillator är verkligen en VCO, vilket möjliggör små justeringar av dess faktiska klockfrekvens. Denna VCO-ingång används för styrning med sluten slinga (negativ återkopplingsstil), där GPS-signalen från en handfull satelliter (kombinerat) fungerar som referens. Funktionsblocket i en GPS-mottagare, som gör avkodningen av ”krypterad spagetti” av pseudoslumpmässiga bitströmmar på en delad bärvåg, med varierande signalnivåer och dopplerförskjutningar, detta block kallas en ”korrelator”. Det använder en del tunga siffror för att hitta en optimal ”lösning” på positions- och tidsproblemet, baserat på mottagna radiosignaler, jämför dem med den lokala tidsbasen – och utvärderar kontinuerligt ett litet fel / avvikelse mellan radiomottagningen och lokal kristall, som den matar tillbaka till kristallens VCO-ingång … därav sluten slingstyrning. Ur tidsperspektiv är GPS-mottagarens korrelator bara en extremt komplex PLL-komparator 🙂

Andra har nämnt Symmetricom och TimeTools … Meinberg Funkuhren har en fin tabell över oscillatorerna de erbjuder, som innehåller alla tänkbara precisionsparametrar: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Observera att de angivna precisionerna troligen fortfarande är konservativa / pessimistiska uppskattningar.

Alla befintliga svar pratar om applikationer för precisionstiming; Jag vill bara påpeka att 1 pps-signalen är viktig för navigering också — särskilt när mottagaren rör sig.

Det tar lite tid för mottagaren att beräkna varje navigeringslösning och ytterligare tid för att formatera den lösningen i ett eller flera meddelanden och överföra dem över någon form av kommunikationslänk (vanligtvis seriellt). Detta innebär att när resten av systemet kan använda informationen är den redan ”inaktuell” med kanske flera hundra millisekunder.

De flesta hobbyistapplikationer med låg precision ignorerar denna detalj, men i en precisionsapplikation som kan färdas med 30 till 100 meter / sekund, introducerar detta många meter fel, vilket gör det till den dominerande källan till totalt fel.

Syftet med 1 pps-utmatningen är att ange exakt när var positionen som anges i navigeringsmeddelandena giltig, vilket tillåter applikationsprogramvaran att kompensera för kommunikationsfördröjningen. Detta är särskilt viktigt i hybrid GPS-tröghetssystem, där MEMS-sensorer används för att tillhandahålla interpolerade navigationslösningar vid höga samplingsfrekvenser (hundratals Hertz).

Kommentarer

• Tänkte aldrig på det, men om kurs! Enligt konventionen matchar fixen vanligtvis den stigande eller fallande kanten av pps ut?
• @bigjosh: Skillnaden mellan stigande och fallande beror på polaritet och är därför godtycklig. Du bör prata om en pulsens främre och bakre kant. Som kan definieras genom polaritet (vilket är förhandlingsbart), eller genom att ange en pulslängd eller en arbetscykel, helst annan än 50% 😉 Jag ’ har kodat något Intel i210 GPIO används som en PPS-ingång, och den kastar en händelse på varje kant, stigande eller fallande, och det finns ’ inget sätt att räkna ut polariteten i SW. Jag var tvungen att härleda skillnaden från tidpunkten, eftersom jag kände till min PPS-källas arbetscykel …

Vi använder 1PPS-utdata som genereras av GPS-mottagare för att ge mycket exakt tid för stratum 1 NTP Network Time Servers. 1PPS genereras i början av varje sekund och i fallet med många mottagare är korrekt inom några nanosekunder av UTC-tid. Vissa GPS-mottagare är inte så bra för att ge tid, eftersom den associerade seriella tidsutmatningen kan ”vandra” på varje sida av den avsedda pulsutgången. Detta genererar med jämna mellanrum en sekunders offset.

1PPS-utgång kan också användas för att disciplinera OCXO- eller TCXO-baserade oscillatorer för att hålla kvar vid förlust av GPS-signaler. Länken nedan ger lite mer information om användningen av GPS i tidsreferenser:

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

1 PPM-signal används för synkroniseringsändamål.Anta att du har två enheter placerade på långt avstånd och att du vill generera klockpulser i båda enheterna som börjar exakt samtidigt, vad kan du göra? Det är här denna 1 PPM-signal används. GPS-modulen ger pulser med en noggrannhet av 1ns över hela världen.

Kommentarer

• Vad är en PPM-signal?