Pisałem tu kiedyś o zegarku z dokładnym układem RTC DS3231. Chciałem,
żeby zegarek miał własny wzorzec czasu, niezależny od zewnętrznych
źródeł. Np. po to, żeby sprawdzić dodawanie "sekundy przestępnej".
Zegarek działa dobrze: https://www.youtube.com/watch?v=MxKDGn6pe3Y
(zegarek z DS3231 jest na dole, u góry - zegarek "komputerowy").

Ale mimo "bardzo dokładnego wzorca" i tak spóźnia się - niedokładność
jest rzędu maksymalnego obiecywanego błędu (ok. 1 sekunda na tydzień).
Można oczywiście korygować czas ręcznie, jednak przy założonej
rozdzielczości 0,1 sekundy jest to trochę uciążliwe. Chciałbym
mieć możliwość ustawienia czasu automatycznie (na wyraźnie
życzenie użytkownika zegara oczywiście). Jaki jest najpewniejszy sposób
uzyskania dokładnego czasu? Myślałem o takich:

- DCF77
- sygnał z Frankfurtu na 77,5 kHz. Problemem może być niski
poziom sygnału i zakłócenia;

- protokół NTP
1) wymaga połączenia z Internetem (wspomnianym ESP8266?)
2) testy z klientem dla Windows wykazały, że nie jest to zbyt
dokładny sposób - odchyłki wynosiły kilkaset ms;

- GPS
- moduły GPS można kupić za ok. 20$. Wątpliwa jest możliwość
uzyskania z takiego odbiornika dokładności 0,1 s. Po pierwsze,
w komunikacie NMEA podawany jest tylko czas z dokładnością
do pełnej sekundy. Po drugie, szybkość transmisji szeregowej
wynosi tylko 9600 bps i znacząco wpływa na synchronizację.
Po trzecie, antena GPSa musiałaby widzieć niebo;

- sygnał na 10,000 MHz
- podobnie jak DCF77

- GSM
- aktualny czas podają sieci komórkowe. Nie wiem, z jaką dokładnością
i jak łatwo do tego się dostać (oczywiście w niezależnym urządzeniu,
a nie z poziomu programu działającego na smartfonie).

Najdokładniejszy czas w warunkach domowych można prawdopodobnie uzyskać
z zegarków radiowych DCF77, bezpośrednio po dokonanej synchronizacji.
Na wszelki wypadek biorę kilka różnych zegarków, resetuję je
(wyjmuję i wkładam baterię) i po kilku minutach mam w miarę wiarygodny
czas. Kilka różnych zegarków potrzeba, aby wynik był "pewniejszy".
Jeśli zegarki nie przełączają sekund w (prawie) tej samej chwili,
to coś się nie udało. Na przykład jeden z zegarów konsekwentnie
spóźnia się o ok. 0,2 sekundy względem pozostałych (bezpośrednio
po synchronizacji) - uznałem, że autorzy coś sobie uprościli
w dekoderze (impulsy DCF77 mają od 0,1 s do 0,2 s, ale sekunda
zaczyna się na ich początku, a nie końcu - może stąd wynika
spóźnienie).


Można jeszcze próbować ciągłej synchronizacji z częstotliwością sieci
zasilającej 50 Hz albo radia 225 kHz, ale to nie jest niezależny wzorzec
czasu.

Czy jest możliwe, że w okolicach sekundy przestępnej te wzorce (np. 50 Hz)
"rozciągają się"? Podobno tak robi Google z NTP ("leap smear"):
http://googleblog.blogspot.in/2011/09/time-technolog
y-and-leaping-seconds.html
Czyli protokół NTP nie jest wiarygodny jako wzorzec czasu (u samego
źródła, pomijając nawet wspomniane problemy z synchronizacją).
Innych źródeł też chyba nie można być pewnym.

Ulepszyć zegar mógłby mini-wzorzec atomowy, ale na razie jest za drogi
(ok. 1500$).



P.

do góry

On 25-10-2014 21:00, Piotrne wrote:
> Pisałem tu kiedyś o zegarku z dokładnym układem RTC DS3231. Chciałem,
> żeby zegarek miał własny wzorzec czasu, niezależny od zewnętrznych
> źródeł. Np. po to, żeby sprawdzić dodawanie "sekundy przestępnej".
> Zegarek działa dobrze: https://www.youtube.com/watch?v=MxKDGn6pe3Y
> (zegarek z DS3231 jest na dole, u góry - zegarek "komputerowy").
>
> Ale mimo "bardzo dokładnego wzorca" i tak spóźnia się - niedokładność
> jest rzędu maksymalnego obiecywanego błędu (ok. 1 sekunda na tydzień).
> Można oczywiście korygować czas ręcznie, jednak przy założonej
> rozdzielczości 0,1 sekundy jest to trochę uciążliwe. Chciałbym
> mieć możliwość ustawienia czasu automatycznie (na wyraźnie
> życzenie użytkownika zegara oczywiście). Jaki jest najpewniejszy sposób
> uzyskania dokładnego czasu? Myślałem o takich:

Skorzystaj z GPS i końcówki 1pps na module. Z tanich rozwiązań nie znam
dokładniejszego wzorca.

Twój wzorzec ma dokładność około 1ppm, czyli jak na pierwsze podejście
do tematu, całkiem nieźle. Dokładność wzorca opartego na generatorze
kwarcowym można znacznie poprawić stabilizując temperaturę i napięcie
zasilania, które powinno być z jak najmniejszymi szumami.
Stabilizacja temperatury powinna działać w sposób ciągły, czyli
regulacja dwustawna odpada.
Pozostanie jeszcze niemały błąd wynikający ze starzenia się kwarcu,
rzędu 1ppm/rok, ale po kilku latach problem się zmniejszy.
K.

do góry

W dniu 25.10.2014 o 22:53, John Smith pisze:

> Skorzystaj z GPS i końcówki 1pps na module. Z tanich rozwiązań nie znam
> dokładniejszego wzorca.
>
> Twój wzorzec ma dokładność około 1ppm, czyli jak na pierwsze podejście
> do tematu, całkiem nieźle. Dokładność wzorca opartego na generatorze
> kwarcowym można znacznie poprawić stabilizując temperaturę i napięcie
> zasilania, które powinno być z jak najmniejszymi szumami.
> Stabilizacja temperatury powinna działać w sposób ciągły, czyli
> regulacja dwustawna odpada.
> Pozostanie jeszcze niemały błąd wynikający ze starzenia się kwarcu,
> rzędu 1ppm/rok, ale po kilku latach problem się zmniejszy.
> K.
>


Dodam jeszcze, że znaczenie ma jakość kwarcu, rodzaj cięcia - dla
pewnych cięć współczynnik temperaturowy zmienia znak przy określonej
temperaturze, więc temperatura stabilizowana przez termostat też jest
ważna. Powinna być taka, przy której współczynnik temperaturowy jest
zbliżony do 0.


--
Cezary Grądys
c...@w...onet.pl

do góry

On 26-10-2014 10:22, Cezary Grądys wrote:
> W dniu 25.10.2014 o 22:53, John Smith pisze:
>
>> Skorzystaj z GPS i końcówki 1pps na module. Z tanich rozwiązań nie znam
>> dokładniejszego wzorca.
>>
>> Twój wzorzec ma dokładność około 1ppm, czyli jak na pierwsze podejście
>> do tematu, całkiem nieźle. Dokładność wzorca opartego na generatorze
>> kwarcowym można znacznie poprawić stabilizując temperaturę i napięcie
>> zasilania, które powinno być z jak najmniejszymi szumami.
>> Stabilizacja temperatury powinna działać w sposób ciągły, czyli
>> regulacja dwustawna odpada.
>> Pozostanie jeszcze niemały błąd wynikający ze starzenia się kwarcu,
>> rzędu 1ppm/rok, ale po kilku latach problem się zmniejszy.
>> K.
>>
>
>
> Dodam jeszcze, że znaczenie ma jakość kwarcu, rodzaj cięcia - dla
> pewnych cięć współczynnik temperaturowy zmienia znak przy określonej
> temperaturze, więc temperatura stabilizowana przez termostat też jest
> ważna. Powinna być taka, przy której współczynnik temperaturowy jest
> zbliżony do 0.

Cięcie kwaru według płaszczyzny AT, "oczywista oczywistość", dlatego
nawet nie pisałem.
Po kwarce warto zwrócić się tu: www.omig.com.pl
K.

do góry

W dniu 2014-10-25 22:53, John Smith pisze:

> Skorzystaj z GPS i końcówki 1pps na module. Z tanich rozwiązań nie znam
> dokładniejszego wzorca.

Do ciągłego użycia GPS jest raczej niewygodny (antena poza mieszkaniem,
ciągłe zasilanie odbiornika GPS). Wzorzec czasu chciałem mieć "niezależny"
- wbudowany w zegar.

> Stabilizacja temperatury powinna działać w sposób ciągły, czyli
> regulacja dwustawna odpada.

W DS3231 temperatura mierzona jest co 64 sekundy i odpowiednio dokonywana jest
korekta częstotliwości.

> Pozostanie jeszcze niemały błąd wynikający ze starzenia się kwarcu,
> rzędu 1ppm/rok, ale po kilku latach problem się zmniejszy.

Tam jest jeszcze dodatkowy rejestr do zapisu wartości kalibracji
w zakresie -12,7 do +12,7 ppm co 0,1 ppm. Czyli powinno dać się
"dokalibrować" do około 1 sekundy na kwartał. Może kilka takich
dokładniej skalibrowanych DS3231 działających jednocześnie
(z uśrednianiem czasu) dałoby jeszcze jakąś poprawę.

GPS może być przydatny jako wzorzec czasu do dokładnego częstościomierza.
Fabryczne w cenie rzędu kilkuset złotych mają błąd rzędu kilku ppm,
czyli nie nadają się do kalibrowania DS3231 (skoro chcę uzyskać 0,1 ppm).

Czy takie wyjście sekundowe z modułu GPS daje rzeczywiście impulsy
równo co jedną sekundę (np. z błędem kilkudziesięciu nanosekund)?
Jeśli tak, można byłoby użyć takiego wzorca do pomiaru częstotliwości
z rozdzielczością i dokładnością nieco lepszą niż 0,1 ppm.
A może to jest 0,1 ppm, ale tylko w długim odcinku czasu?

Do kupienia są np. moduły GPS za ok. 13$:
http://www.ebay.com/itm/390631684988
Jest tam wyjście "Timepulse", ale muszę doczytać czy nadaje się to
jako wzorzec 1 Hz z dokładnością 0,1 ppm.

Z opisu NEO-6T:

============
1.7.2 Timepulse and frequency reference
NEO-6T comes with a timepulse output which can be configured from
0.25 Hz up to 10 MHz. The timepulse can either be used for time
synchronization (i.e. 1 pulse per second) or as a reference frequency
in the MHz range. A timepulse in the MHz range provides excellent
long-term frequency accuracy and stability.

1.7.3 Time mark
NEO-6T can be used for precise time measurements with sub-microsecond
resolution using the external interrupt (EXTINT0). Rising and falling
edges of these signals are time-stamped to the GPS or UTC time
and counted. The Time Mark functionality can be enabled with the
UBX-CFG-TM2 message.
============


Napisano "...provides excellent long-term frequency accuracy",
czyli "short-term" niekoniecznie jest "excellent"? Częstościomierz
potrzebuje raczej short-term...


P.

do góry

W dniu 2014-10-26 18:29, Piotrne pisze:
> Do ciągłego użycia GPS jest raczej niewygodny (antena poza mieszkaniem,
> ciągłe zasilanie odbiornika GPS). Wzorzec czasu chciałem mieć "niezależny"
> - wbudowany w zegar.

Nie jest moim zdaniem konieczne ciągłe trzymanie GPSa pod napięciem.
Używając wyjścia PPS z GPS i identycznego ze swojego zegara jesteś w
stanie określić dryft zegara i wpisać mu odpowiednie wartości do
rejestru kalibrującego sprawiając, że będzie on powoli zbiegał się do
ideału.
Uruchamiasz GPS raz na kilka dni, albo raz dziennie na minutę lub kilka
w zależności od warunków i przyjętego algorytmu.

--
AWa.

do góry

> Do ciągłego użycia GPS jest raczej niewygodny (antena poza mieszkaniem,
> ciągłe zasilanie odbiornika GPS). Wzorzec czasu chciałem mieć "niezależny"
> - wbudowany w zegar.

Jak przenośny, to bardziej podatny na czynniki zewnętrzne. Pamiętaj,
przy dokładnościach jakie chcesz osiągnąć, nawet drgania mechaniczne
będą miały wpływ na dokładność.

>> Stabilizacja temperatury powinna działać w sposób ciągły, czyli
>> regulacja dwustawna odpada.
>
> W DS3231 temperatura mierzona jest co 64 sekundy i odpowiednio dokonywana jest
> korekta częstotliwości.

Korekta to nie to samo co wyeliminowanie zjawiska. Co 64 sekundy masz
błędy dynamiczne, które metodą zaimplementowaną w DS3231 nie
skorygujesz. Wyjściem byłoby ... umieszczenie DS3231 w termostacie.

[...]
> GPS może być przydatny jako wzorzec czasu do dokładnego częstościomierza.
> Fabryczne w cenie rzędu kilkuset złotych mają błąd rzędu kilku ppm,
> czyli nie nadają się do kalibrowania DS3231 (skoro chcę uzyskać 0,1 ppm).

GPS ma stabilność długotrwałą jak w zegarach atomowych na orbicie.
Końcówka 1pps dostarcza puls co 1 sekundę z jitterem 1us a nowych
modułach znacznie mniej. Korzystając z tej właściwości, *teoretycznie*,
można w domu za niewielkie pieniądze zrobić wzorzec częstotliwości
zbliżonym do zegara atomowego.

> Czy takie wyjście sekundowe z modułu GPS daje rzeczywiście impulsy
> równo co jedną sekundę (np. z błędem kilkudziesięciu nanosekund)?
> Jeśli tak, można byłoby użyć takiego wzorca do pomiaru częstotliwości
> z rozdzielczością i dokładnością nieco lepszą niż 0,1 ppm.
> A może to jest 0,1 ppm, ale tylko w długim odcinku czasu?

Chyba nie znasz tego terminu: http://pl.wikipedia.org/wiki/Jitter

W pierwszym z brzegu module:
http://www.tme.eu/pl/details/org1218-r01/moduly-gsmg
ps/origin-gps-ltd/#
deklarują jitter <30ns.
K.

do góry

Dnia Sun, 26 Oct 2014 18:52:31 +0100, Andrzej W. napisał(a):
> W dniu 2014-10-26 18:29, Piotrne pisze:
>> Do ciągłego użycia GPS jest raczej niewygodny (antena poza mieszkaniem,
>> ciągłe zasilanie odbiornika GPS). Wzorzec czasu chciałem mieć "niezależny"
>> - wbudowany w zegar.
> Nie jest moim zdaniem konieczne ciągłe trzymanie GPSa pod napięciem.
> Używając wyjścia PPS z GPS i identycznego ze swojego zegara jesteś w
> stanie określić dryft zegara i wpisać mu odpowiednie wartości do
> rejestru kalibrującego sprawiając, że będzie on powoli zbiegał się do
> ideału.

Dokladnosc tego wyjscia jest nieokreslona, a kolega jest gdzies w
okolicach 1ppm - porownanie moze byc trudne.
Za to GPS dostarcza tez dokladny czas, wiec mozna i skorygowac
aktualny i poprawic kalibracje. Ale ta antena.

J.

do góry

Dnia Sat, 25 Oct 2014 21:00:27 +0200, Piotrne napisał(a):
> - GSM
> - aktualny czas podają sieci komórkowe. Nie wiem, z jaką dokładnością
> i jak łatwo do tego się dostać (oczywiście w niezależnym urządzeniu,
> a nie z poziomu programu działającego na smartfonie).

O ile kojarze, to dostarcza dokladny czas. Moze niekoniecznie
wyswietlanego na komorce, ale wyswietla.

Nawiasem mowiac - separacja kanalow GSM jest 200kHz.
Do odbioru wypadaloby miec lepsza dokladnosc wstepnego dostrojenia, a
do nadawania chyba jeszcze lepsza, zeby nie siac po innych kanalach.

20kHz w pasmie 1.8GHz to ~10ppm ... kwarc moze nie starczyc, siec
odgornie pomaga.

> Czy jest możliwe, że w okolicach sekundy przestępnej te wzorce (np. 50 Hz)
> "rozciągają się"? Podobno tak robi Google z NTP ("leap smear"):
> http://googleblog.blogspot.in/2011/09/time-technolog
y-and-leaping-seconds.html

Tak ogolnie to nikt nie lubi "przeskakiwania" czasu, bo to nie wiadomo
czy sie jakiejs akcji nie pominie, lub nie powtorzy (np doliczenie
odsetek do konta). Stad "rozciaganie".
siec 50Hz bodajze ma byc dlugookresowo dokladna, wiec tez musi te
sekundy uwzgledniac, a turbiny nie zatrzymasz na sekunde, ani nie
przyspieszysz.

GPS chyba najlepszy, bo on nie uwzglednia ... ale na drugim poziomie
uzwglednia i nie wiadomo co dostajesz :-)

P.S. zegarek tranzystorowy
http://hackaday.com/2010/01/11/194-transistor-clock-
will-blow-your-mind/

J.

do góry

On 25/10/2014 20:00, Piotrne wrote:


Wygugluj "GPSDO"

c.

do góry