Как стать автором
Обновить
2
0
Дмитрий Сыроветник @dmitry_syr

Пользователь

Отправить сообщение
Спасибо за развернутые комментарии по теме и идеи для дальнейшего использования разработанной платы из статьи!

Насколько я понял из Ваших рассуждений и из комментария ниже, обсуждаются 3 модуля:
— gps-приемники на чипсете SiRFstar III;
— LEA-M8F;
— ZED-F9T.

Я ознакомился с Вашими выкладками по протоколу SiRFstar III. Собственно, придя к выводу, что у модулей этого семейства не хватает точности для генерации небольшого джиттера, можно заключить, что они устарели. Возможно, подойдут их современные потомки SIRFSTARV 5E. Но, опять же, надо разбираться с деталями протокола и их возможностями.

Идея получения стабильной частоты, подавая внешний опорный сигнал на GPS-чип, мне понравилась. Поэтому можно перейти к анализу следующего модуля — LEA-M8F.
Он так же, как и gps-приемники на чипсете SiRFstar III уже довольно устаревший и немного уступает по базовых функциям современному ZED-F9T. Тем не менее, как правильно заметил juramehanik, в нем реализована возможность измерения и управления внешним сигналом от TCXO/OCXO.
Такая функция позволяет реализовать систему, в которой на вход AD9545 будет идти сигнал 1PPS с LEA-M8F, а выход AD9545 с какой-то частотой будет приходить на LEA-M8F в качестве внешнего сигнала для измерения частотнофазовых отклонений.
Таким образом на каждой итерации AD9545 будет чистить джиттер приходящего 1PPS и выдавать более точный опорный сигнал для LEA-M8F, который в свою очередь будет генерировать лучший 1PPS. И, возможно, такая зацикленная система вечного двигателя сможет добиться достаточной точности. Хотя, конечно, возможности AD9545 и, тем более, LEA-M8F не безграничны. Можно будет еще над этим поразмыслить и, может, попробовать реализовать.

Ну и последний вариант, который был немного освещен в статье — просто использовать наиболее современный GPS-приемник ZED-F9T в качестве референса платы с AD9545. И ждать качественных результатов на выходе.

Да, я слышал об этой технологии, но, к сожалению, лично на практике пока с ней не встречался.

Возможно, наше текущее решение окажется несколько грубее и вместе с тем проще, чем технология White Rabbit.
Думаю, мы еще воспользуемся ей (или частично её идеями) в будущем для решения подобных задач. Все-таки нельзя обходить стороной такую популярную технологию с субнаносекундными результатами по точности.
А не надо переводить микросхему в другой режим. Просто отключаем секунду и эти сигналы должны поплыть один относительно другого.
Подключаем — сигналы встали, значит фапирование (по вашему PLL) работает.

Так оно сейчас и получается. После повторного подключения секунды положение сигналов друг относительно друга возвращается к стабильному состоянию.
Неприятно и непонятно лишь то, почему OCXO точностью 20ppb не держит достаточное фазовое смещение при потере входного PPS. Наверное, я хочу всего и сразу, а надо либо ставить еще более стабильный генератор, либо реализовывать систему страховочных референсных сигналов.

А вот нестабильность фаз, конечно в первом приближении можно глянуть на осциллографе, только желательно аналоговый, а не цифровой осциллограф и полосу пропускание побольше. Но по делу их надо мерять хорошим частотомером между секундой приемника и выходами ваших clock.

Согласен. Для точных измерений частотнофазовых отклонений входного PPS и выходных сигналов требовалось бы провести больше экспериментов на более надежных приборах. Но нас обрадовало, и в принципе устроило, то, что мы увидели на осциллографе в первые несколько наблюдений. Для полноты метрологических изысканий следовало бы проделать все необходимые операции по измерению точности разработанной системы, добиться результата в конкретном проекте и сделать строгие выводы. Но мы решили поскорее поделиться с народом интересным продуктом инжереной мысли. А все оставшиеся, максимально полные, выкладки можно будет привести в следующей статье по этой теме.
Вероятно, вышло недопонимание с разделением gnss и timing модулей, соответственно F9P и F9T, с которыми мы работаем (помимо Thunderbolt). Разработанная система точного времени используется, конкретно в нашем проекте, для решения задачи позиционирования, поэтому говоря о сантиметрах подразумеваются наносекунды и наоборот.

Я понял Вашу мысль и склонен согласиться, что AD9545 как раз по такому принципу и работает. Процесс подстройки позволяет уменьшить исходный дрейф входного PPS и добиться наносекундных и даже субнаносекундных результатов стабильности. Видимо, настолько хорош этот чип и до такой степени нагружен цифровыми блоками с фильтрами, что рвет все шаблоны о скорости частотнофазового захвата и получаемых характеристик стабильности. Дай ему только опорник поточнее :)

Вы имеете в виду подстраивать опорный генератор аналогично Thunderbolt, но вместо печки и Калмана использовать чип AD9545? Или поставить 2 GPS-чипа: один выдает PPS на AD9545, тот его обрабатывает и выдает стабильную опорную частоту для второго, выходной PPS которого и будет использоваться для задач точного времени?
А если сделать несколько таких каскадов и усреднять получаемые метки времени — тогда вообще отлично получится?
Звучит мощно интригующе.
Желтый сигнал — это 10МГц на выходе Thunderbolt, сигнал 1PPS которого мы подаем на референс AD9545. Эти сигналы синфазны друг с другом исходя из схемы GPS-приемника.
Зеленый сигнал — это 10МГц на выходе AD9545 после частотного+фазового захвата PLL.
Соответственно, фазовые смещения этих двух сигналов друг относительно друга дают нам понять, насколько частота на выходе AD9545 подстроилась ко входу сигнала 1PPS. При этом желтый сигнал повешен на триггер, т.е. он не движется на осциллографе.

Спад зеленого сигнала нас мало интересовал, особенно на разрешении 2нс/клетка. Важно было оценить горизонтальную нестабильность относительно референсного сигнала.

Вы правы, проверка поведения системы синхронизации при потере референсной секунды крайне важна. Мы пробовали переводить AD9545 в режим Holdover и прекращать подачу сигнала 1PPS на вход платы. В результате наблюдалось накапливающееся со временем фазовое смещение выходного сигнала. Это можно объяснить использованием недостаточно точного опорного генератора.

В будущем мы планируем использование нескольких источников сигналов секундной метки (не только от GNSS-спутников), чтобы можно было переключаться между ними в случае потери или глушения/спуффинга GPS-сигнала. В таком случае полная потеря всех эталонных сигналов крайне маловероятно и будет обеспечена стабильность всех выходных сигналов.
Вы правы, без использования поправок на разных GPS-приемниках между сигналами 1PPS будут наблюдаться фазовые смещения. Поэтому мы и нацелены на разработку платы-приемника на базе чипа F9T с заявленной точностью получения секундного сигналы и величины джиттера в несколько наносекунд.

Да, мы используем ширину полосы цифрового фильтра порядка нескольких десятков мГц. На значениях ниже процесс подстройки продолжался дольше. Возможно, не хватало точности опорного генератора. Но и при используемых значениях фазовый захват до ~1нс происходил примерно за 10 минут.

Мы обязательно проведем тесты с использованием собственной платы GPS-приемника и, вероятно, сможем изменить параметры фильтра в лучшую сторону.

Так что спасибо Вам за интересный комментарий и надеемся на грядущий успех будущей, полностью собственной разработки, системы приема GPS-сигнала и получения точного времени!
Спасибо, теперь стало яснее.

В процессе работы мы использовали только статусные регистры и вглубь процесса подстройки PLL не залезали. Просмотрел маппинг регистров – не вижу, что вообще есть возможность извлекать данные для того, чтобы генерировать таймкоды типа IRIG.

Не уверен, что VCXO в принципе подойдет в качестве опорника для AD9545, в даташите в основном советуют использовать TCXO, OCXO. Но можно попробовать использовать PLL AD9545 в режиме External Zero Delay, чтобы сохранить Вашу текущую конфигурацию с измерением расстояния между двумя временными метками.

В любом случае, AD9545 должен справиться лучше с синхронизацией сигналов нежели стандартный микроконтроллер. По крайней мере мы получили хорошие результаты и по части эффективности чипа можно не сомневаться, остается только выбрать верную конфигурацию.

У AD9545 на каждой PLL стоят 2 цифровых TDC – на референс и фидбек путях, по таймстемпам которых высчитывается фазовое смещение. Поэтому результаты получаются точнее, а фазовый шум и величина джиттера компенсируются использованием кварца, как источника системного клока.

Да, опорный генератор подключается на референсный клок и компенсирует точность всей системы через 2ой или 3ий компенсационный метод с задействованием одной из PLL.

В общем, задача у Вас интересная и сложная. Возможно, мы до неё тоже когда-нибудь дойдём)
Спасибо за комментарий!

Вы описываете разработку DPLL на нижнем уровне (с использованием stm32/ПЛИС), с деталями которой, честно говоря, я не сильно знаком. Поэтому могу лишь дать несколько советов по использованию AD9545 в рамках Вашей задачи.

В статье об этом явно не написано, но, вероятно, стоило упомянуть о способности рассматриваемых PLL переходить в режим Holdover при потере референсного сигнала. При этом стабильность выходного сигнала напрямую зависит от стабильности системного клока. Поэтому при потере сигнала от Вашего генератора можно ожидать удерживания сигнала метки времени с соответствующей точностью.

Помимо этого, всегда можно настроить несколько профилей DPLL, чтобы переключаться на другой референс и снизить вероятность полной потери опорного сигнала.

Отвечая на Ваш вопрос о точности TDC на AD9545, могу сказать, что она так же напрямую зависит от точности подаваемых референсных сигналов (см. раздел о компенсации системного клока). А период AuxTDC (регистры 0x2A01-0x2A07) задается в аттосекундах (10^[-18]), что говорит о потенциально строгом исчислении времени.

Поэтому я определенно вижу вариант использования DPLL или отдельных AuxTDCs AD9545 для получения и хранения метки точного времени.

Не могли бы Вы подробнее рассказать о синхронной логике, которая будет реализована на Вашей ПЛИС и ZED-приемнике? Было бы интересно разобраться, как можно внедрить AD9545 в ПЛИС и какие плюсы можно было бы из этого извлечь.
Совершенно верно, мы используем точный и надежный Trimble Thunderbolt для того, чтобы убедиться, что наша разработанная система точного времени и синхронизации работает.

Использование меньших по размеру, стоимости и точности GPS-приемников является одной из наших главных задач на текущий момент. Ранее мы уже разработали плату с ublox’овым модулем ZED-F9P, но для несколько другого направления, связанного с получением RTK данных. Сейчас мы создаём плату на базе обновлённого чипа ZED-F9T, в котором заявлена высокая точность получения сигнала 1PPS.

Одним из достоинств нашей платы, помимо минимальных фазовых смещений выходной частоты и сигнала 1PPS, является многообразие непосредственного значения этой частоты. В GPS-приемниках Trimble Thunderbolt прекрасно реализована, как Вы верно заметили, подстройка частоты и синхронизация с GPS-временем, но, к сожалению, выходная частота жестко привязана к значению 10МГц.

Чип AD9545 как раз и решает эту проблему. Мы получаем:
а) точно синхронизированные с 1PPS частоты от 1Гц до 500МГц;
б) до 9 таких различных частот под независимые цели, и всё это на одном чипе.
При желании можно каждую из этих частот развести еще на несколько получателей с помощью клоковых буферов, как было реализовано на одной из наших плат.

Так, Trimble Thunderbolt является отличным решением для узкого спектра задач. А чип AD9545 и наше решение на его основе берет многофункциональностью и охватом практически любых вопросов точного времени.

Информация

В рейтинге
Не участвует
Откуда
Россия
Зарегистрирован
Активность