GPS alıcılarının neden 1 PPS çıkışı var?

Çalıştığım GPS alıcısının 1 PPS (Saniyede Puls) sinyali vermek için ayrılmış bir pimi olduğunu görünce şaşırdım. Bunun amacı ne? Mikrodenetleyici kolayca kendi 1 PPS sinyalini oluşturamıyor mu?

1 PPS çıktısı, bir MCU’nun yapabileceğinden çok daha düşük bir titreşime sahiptir. Bazı daha zorlu uygulamalarda, bu darbeyi işleri çok doğru bir şekilde zamanlamak için kullanılabilir. Bazı bilimsel sınıf GPS'lerde bu 1 PPS çıkışı 1 nS'den daha iyi olabilir.

Uzun süreli 1 Hz sinyal muhtemelen en doğru zamandır ve bu yüzden sıkça karşılaşacağınız sıklıktır.

Bir GPS modülünün maliyeti için sezyum saati zaman referansı gibi bir şeyi etkili bir şekilde alıyorsunuz. Bir pazarlık. Ticari "disiplinli osilatör" üniteleri satın alabilirsiniz ve DIY'ler için tasarımlar mevcuttur. Bir DO kendi başına frekans kilitli değildir, ancak yerel ve GPS saatleri tarafından üretilen 1 H sinyali arasındaki hata sinyalleri ile yavaşça kilitlenir.

Disiplinli osilatörler

Her yerde standart zaman derler ki -

• Fırınlanmış Kuvars Kristal Osilatörleri Kristalin ve salınımlı devresinin etrafına tek bir (OCXO) veya çift (DOCXO) sıcaklık kontrol eden bir fırın sarıldığında, frekans kararlılığı TCXO'nunkine göre iki ila dört derece arasında geliştirilebilir. Bu tür osilatörler, laboratuvar ve iletişim sınıfı uygulamalarında kullanılır ve çoğu zaman çıkış frekansını elektronik frekans kontrolü ile ayarlamak için araçlara sahiptir. Bu şekilde, bir GPS veya Loran-C referans alıcısının frekansına uyması için "disiplinli" olabilirler.

  GPS-disiplinli DOCXO'lar, dünyanın kablolu telekomünikasyon sistemlerinin çoğu için Stratum I Birincil Referans Kaynaklarıdır (PRS). Ayrıca, Qualcomm tarafından oluşturulan Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA) hücresel cep telefonu sistemleri için IS-95 standardı altında çalışan baz istasyonları için GPS zaman ve frekans referansları olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu baz uygulamalarının çok büyük olması, fiyatları aşağı çekerek ve satıcıları birleştirerek OCXO pazarını derinden etkiledi.

Süper basit diy yapmak

Brooks Shera DO

Ne kadar iyi yaptığını çalışmak

Ticari modül - milyarda günde 0.1 parça.

Grafikli ticari

UTC izci

@ DavidKessner'ın cevabı, söyleyeceğim şey ile aynı çizgide, ancak ayrıntılı bir şekilde açıklamak istedim ve bu bir yorumdan biraz daha fazlası.

Bu çıktı, MCU'yu (derin uyku modundan) saniyede bir kez (birkaç nano saniye içinde) MCU'yu belirli bir saniyede bir şey yapmaya özen gösterdiğiniz bir uygulamada, büyük bir doğrulukla uyandırmak için kullanılabilir. .

Bir MCU bu sinyali kendi zamanlama doğruluğunu hesaplamak ve yazılımdaki telafi etmek için de kullanabilir. Böylece MCU nabız süresini "ölçebilir" ve "mükemmel" bir 1s aralığı olduğunu varsayabilir. Bunu yaparken, yaşadığı ya da sıkıştığı zamanın gerginliğini etkili bir şekilde belirleyebilir, örneğin kristali ya da her neyse sıcaklık etkileri nedeniyle ve bu zamanlama faktörünü aldığı tüm ölçümlere uygulayabilir.

Sert roket ortamları için sağlamlaştırılmış OCXO tasarlamış ve GPS öncesi yüzen hava istasyonlarını izlemiş. Aslında sadece 1. GPS (GOES 1) piyasaya sürüldükten sonra, meraklı anıları geri getiriyor.

Stabilitenin önemi, kesintilere ve kesintiler veya LOS (sinyal kaybı) ve yakalama süresi sırasında ne kadar hataya tahammül edebileceğinize bağlıdır. F'yi N ile PLL bölücü ile çarptığınızda, faz hatasını da çarpın. Bu yüzden kaymayı en aza indirmeye dikkat edin ve faz gürültüsü önemlidir.

OCXO'mda OCXO için 10MHz, roketin FM alt taşıyıcı telemetrisi için 100KHz ve roketin konumunu izlemek için mikser yer istasyonu için 10KHz seçtim. Taşıt hareketi aralığı, telemetri alt taşıyıcısının fark frekansını ve fazını ve seçilen f'deki yer istasyonunu Δλ = c / f ile Δposition = Δλ + döngü sayımı ile kullanan faz farkıdır. Frekans hatası, radar hızındaki gibi hızı temsil eder. Bu nedenle, 1 PPS (1Hz) saat ile, döngüsel atlatmalar veya kesin faz farkını hesaba katmadan zaman aralıklarını destekleyebilirsiniz. LOS hatasının önemli olduğunu farz edersek, faz hatasının atladığı bir döngü atlamasının N döngüsü olabileceğini unutmayın, bu da birikmiş hatanın belirsizliği anlamına gelir.

Kesinti durumunda Stratum 1,2 ve 3 saatler arasından kaynakların seçimi ve sıralaması varsa, fazlalık güvenilirlik için anahtardır. Eşzamanlı yüksek hızlı ağlar, lisanslı radyolarda olduğu gibi hassas saatlere bağlıdır. Ağlar, Stratum saat kaynaklarının sıralama referanslarını sıralamak için akıllı hata günlüğü kullanır.

Elbette bu DO'nuzun tasarımında utanç verici bir titizliği gerektirir. Standartlarla ilgili kitap hacimleri bu kuralları tanımlar.

Sanırım sahip olduğunuz üniteyi okumalısınız (bazıları farklı olduğu için) ama bunun bir zaman senkronizasyonu olarak kullanıldığını tahmin ediyorum. Bir sonraki Puls'un timeInUTC'de geleceğini söyleyen bir mesaj alırsınız.

"GPSClock 200, NMEA zaman kodları ve bir PPS çıkış sinyali sağlayan bir RS-232 çıkışına sahiptir. Yaklaşık yarım saniye önce, bir sonraki PPS darbesinin zamanını GPRMC veya GPZDA formatında verir. Başlangıçtaki bir mikrosaniye içinde UTC saniyeden, PPS çıkışını yaklaşık 500 msn yüksekliğe getiriyor. "

Bir GPS alıcısı yukarı akışta tam bir zaman damgası (NMEA vb. Yoluyla) gönderebilirken, zaman damgasının ana bilgisayara doğru yol alması için geçen süre zaman damgasını yanlış yapar. 1PPS sinyali GPS alıcısına eşittir "tonda süre on iki otuz üç ve 35 saniye ... [bip]". Buradaki varsayım, konağın saatinin 1 saniye boyunca doğru kalabildiği ve her saniye 1PPS aracılığıyla bir düzeltme aldığı anlamına gelir.

"PV Subramanian" ın verdiği noktaya kadar olan cevabı seviyorum. Bu tam olarak 1 PPS'nin tipik amacıdır. Daha az doğru olan yollarla (tipik olarak asenkron seri hat) alınan tam "günün zamanı" bilgi bloğunu arttırmak için kesin bir 1 saniye kenar sağlayın.

Osilatörlerden bahsetmişken, "zaman standartları" ve GPS ticaretinde 10 MHz çok popüler bir seçimdir. Ayrıca, GPS alıcılarındaki yerel osilatörler kabaca iki kategoriye ayrılabilir: 10 MHz çıkış ve PPS (faz senkronlu) arasında tam olarak 1: 10000000 oranı ile sonuçlananlar ve PPS çıktısının adım adım ayarlamalar gösterdiği (atlama / ekleme) olanlar 10 MHz zaman tabanının keneleri). "Senkron" kristal osilatörleri daha hassastır ve bazı amaçlar için gereklidir. Ayrıca, bazı ekstra güç tüketen "fırın kontrolü" (OCXO) de gerektirir. Pille çalışan cihazlar için iyi değil, sabit zaman işleyişi için mükemmel. "Atlama" osilatörleri, temel konumlandırma kullanımı için yeterince iyidir ve daha ucuzdur, bu yüzden en ucuz GPS alıcı modüllerinde elde ettiğiniz şey budur.

Bazı harici kristal osilatörünün PLL kontrolü için, 1 PPS'nin kenarları belki de birbirinden biraz uzağa ayrılmıştır, PLL servo döngüsünde oldukça uzun bir entegrasyon süresine ihtiyacınız olacaktır. Kaliteli 10 MHz sinyal kaynağı, daha iyi bir kilit elde etmenizi sağlar. Ama yakalamak - "iyi kalite" dir. Yukarıyı görmek. Bunun dışında, 1PPS kesinlikle PC donanımı üzerinde çalışan bazı işletim sistemlerinde veya NTPd sistem zaman tabanlarını disipline etmek için yeterince iyi.

Diğerlerinin de söylediği gibi, bir GPS alıcısından 1PPS çıkışı, alıcının içini tıkayan yerel bir kristal osilatörden türetilir. Tipik olarak bu, 10 MHz kristaldi. Bu yerel kristal osilatör, gerçek saat hızında küçük ayarlara izin veren gerçekten bir VCO'dur. Bu VCO girişi kapalı devre kontrolü (negatif geri besleme stili) için kullanılır, burada bir avuç uydunun (kombine) GPS sinyali referans olarak kullanılır. Farklı bir sinyal seviyesi ve doppler kayması ile sözde rastgele bit akımlarının "karıştırılmış spagetti" sinin kod çözülmesini yapan bir GPS alıcısındaki fonksiyon bloğuna, bu bloğa "korelatör" denir. Alınan radyo sinyallerine dayanarak, pozisyon ve zaman "problemi" için optimum bir "çözüm" bulmak için bazı ağır sayıdaki çatırtıları kullanır, onları yerel zaman tabanına göre karşılaştırmak - ve sürekli olarak radyo alımı ile kristalin VCO girişine geri beslediği yerel kristal arasındaki küçük bir hata / sapmayı değerlendirir ... dolayısıyla kapalı devre kontrolü. Zamanlama açısından bakıldığında, GPS alıcının korelatörü sadece son derece karmaşık bir PLL karşılaştırıcı şeydir :-)

Diğerleri Symmetricom ve TimeTools'dan bahsetti ... Meinberg Funkuhren'in sundukları tüm osilatörler tablosunda düşünceli tüm hassas parametreleri içeren güzel bir tablo var: https://www.meinbergglobal.com/english/specs/gpsopt.htm Alıntılanan önerilerin olduğuna dikkat edin. muhtemelen hala muhafazakar / karamsar tahminler.

Mevcut cevapların tümü hassas zamanlama uygulamaları hakkında konuşur; Sadece 1 pps sinyalinin navigasyon için de önemli olduğunu belirtmek istiyorum - özellikle alıcı hareket ederken.

Alıcının her navigasyon çözümünü hesaplaması biraz zaman alır ve bu çözümü bir veya daha fazla mesaja biçimlendirmek ve bir tür iletişim bağlantısı üzerinden (genellikle seri olarak) iletmek için ek süre gerekir. Bu, sistemin geri kalanının bilgileri kullanabileceği zaman, belki de birkaç yüz milisaniye tarafından "güncel değil" olduğu anlamına gelir.

Düşük hassasiyetli hobi uygulamalarının çoğu bu ayrıntıyı göz ardı eder, ancak 30 ila 100 metre / saniye hızla hareket edebilecek hassas bir uygulamada, bu, metrenin toplam hatanın baskın kaynağı olmasını sağlayan birçok metrelik hataya neden olur.

1 pps çıktısının amacı , navigasyon mesajlarında belirtilen konumun ne zaman geçerli olduğunu göstermektir; bu, uygulama yazılımının iletişim gecikmesini telafi etmesine izin verir. Bu, MEMS sensörlerinin yüksek örnekleme oranlarında (yüzlerce Hertz) enterpolasyonlu navigasyon çözümleri sağlamak için kullanıldığı hibrit GPS ataletli sistemlerde özellikle önemlidir.

Stratum 1 NTP Network Time Servers için çok doğru zaman sağlamak için GPS alıcıları tarafından üretilen 1PPS çıkışını kullanıyoruz. 1PPS her saniyenin başlangıcında üretilir ve birçok alıcının durumunda birkaç UTC zamanı nanosaniye içinde doğrudur. Bazı GPS alıcıları zaman sağlamada çok iyi değildir, çünkü ilgili seri zaman çıkışı amaçlanan darbe çıkışının her iki tarafını 'dolaştırabilir'. Bu etkili periyodik olarak bir saniye ofset oluşturur.

1PPS çıkışı, GPS sinyallerinin kaybı durumunda tutma sağlamak için OCXO veya TCXO bazlı osilatörleri disipline etmek için de kullanılabilir. Aşağıdaki link, GPS’in zaman referanslarında kullanılması hakkında daha fazla bilgi sağlar:

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

Senkronizasyon için 1 PPM sinyali kullanılır. Uzak mesafeye yerleştirilmiş iki cihazınız olduğunu ve aynı anda başlayan her iki cihazda da saat atımı yapmak istediğinizi varsayalım, ne yapabilirsiniz? Bu, bu 1 PPM sinyalinin kullanıldığı yerdir. GPS modülü, dünya çapında 1ns hassasiyetinde darbeler verir.