PPS 信號的精確度？

kennethsu

用了幾個不同的 GPS 模組一同來測量其中的 PPS 信號，比較了一下發覺其頻率都是很準的，不曉得其差異在哪裡？

1. SIRF III PPS 規格是 1uS 精度、2. Trimble Condor C1919A 是 25nS、3. Fastrax UP501 是 50nS。

使用的頻率計是十位數老機 IWATSU SC-7203 已經自己換過 TCXO 振盪器，目前的時基誤差是 0.8ppm。
作為比對的參考信號是鏀原子鐘 FE5680A，10,000MHz 的標準頻率輸出。

測試方式是以 FE5680A 輸出給 SC-7203 當外部時基，沒有內部時基頻率誤差的問題。
直接測量 1PPS 的頻率不管用 10S Gate Time 或是用時間測量功能都是很準確的 1.0000000Hz，小數點以後7位數都是零。
不管是 GPS 模組 1 或 2 還是 3 都是很準的 1 Hz，以我這頻率計的解析度來換算成精度的話都是小於 100nS 無法顯示。
但如果用頻率計上頭的時間差模式來測量兩個不同 GPS 模組輸出的 PPS 上升邊緣的時間差就有時間差異了，依據頻率計上的觸發位置旋鈕的不同會有 2uS ~ 0.1uS 不同的測量結果。

所以 PPS 的規格是代表什麼？

philoman

应该指的是绝对时间误差，你把三个模块的秒脉冲输出接到同一个示波器上，比较脉冲边沿达到时刻，应该能看出差别！

eblc1388

GPS 模組輸出的 PPS 上升邊緣误差是因为受 GPS 内单片机的时脉上升/下降邊緣所引致，所以会有误差，且误差不断变化，但这误差并不会积累至超过一个时脉的周期。

kennethsu

philoman 发表于 2013-3-2 16:39
应该指的是绝对时间误差，你把三个模块的秒脉冲输出接到同一个示波器上，比较脉冲边沿达到时刻，应该能看出 ...

每個不同的 GPS 模組不管是用 Scope 或是用 Conuter 都可以比較出 PPS 信號不同的時間差異，差不多都是高於 1uS 的等級。
但是究竟是哪個的時間較準或是說其延遲較低就不得而知了，好像根本就沒有標準參考脈波能夠作比較與測量了，至少我是想不出來也沒看過這方面的資料。
好想再弄顆 U-BOX LEA-6T 號稱真正精確時間用的模組來比較看看，不知哪邊有較便宜的能夠入手？

kennethsu

eblc1388 发表于 2013-3-2 16:58
GPS 模組輸出的 PPS 上升邊緣误差是因为受 GPS 内单片机的时脉上升/下降邊緣所引致，所以会有误差，且误差 ...

我的觀念也是如此，精確時間用的模組就有針對此 CPU 時間做最佳化，以保證時間的延遲是微小且為固定數值。
但是這個延遲誤差是只要有收到可用的衛星時間信號就會一直被修正，才能保持在 1 uS 的規格內。
而超過一個脈波週期（1Hz）是不可能的，因為即使沒有收到 GPS 信號其模組內部還有一顆 TCXO 在工作，應該還能保有幾 uS 的精確度。

eblc1388

>> 而超過一個脈波週期（1Hz）是不可能的

GPS 锁定後1PPS誤差不会超過 GPS 内 MCU 的一個时脈週期，并不是指输出1秒周期。

i55x

我发现楼上这个同学总是喜欢没根据的自行猜测。PPS不太可能是单片机给出来的，更像是锁频的PLL提供的，稳定性跟单片机毫无关系。

kennethsu

近日做這個測試才知道不管用哪種 GPS 晶片其上頭的 PPS 頻率都是很準的，足夠提供標準時間脈波給 Phase Lock 線路來修正 TCXO 或恆溫爐振盪器以得到個穩定且準確的高頻參考頻率。
所以在這種授時的用途並不需要去買高貴且難找的專用精密時間的晶片，普通  GPS 晶片就足夠勝任了。

我的用途是想用在兩個不同地點間設備的時間同步，例如 PTP Server 的精確網路時間的應用。
而 NTP Server 解析度精確度都只有 mS 等級用普通 GPS 的 PPS 信號（uS 等級）來用是足夠的。
但是 PTP Server 的精確度高達 nS 等級，該拿哪種等級的 PPS 信號來用？或有什麼方式能夠取得最高精確時間的同步信號？

eblc1388

i55x 发表于 2013-3-2 22:14
我发现楼上这个同学总是喜欢没根据的自行猜测。PPS不太可能是单片机给出来的，更像是锁频的PLL提供的，稳定 ...

不好意思，以上只是我对老外所述的个人理解，当然有机会是不对的，或许你看一下及指出其错误之处。

我并不是针对PPS长期的稳定性，而是指PPS上升缘和真实时间之差，是不断变化的。

gzhuli

PPS的精度是指相对于UTC的时间误差，而不是自身的频率误差。
定位模块PPS的精度用于时钟和一般定时同步是足够的，用于类似CDMA基站扩频码的相位同步等场合可能不够，所以专用的授时模块会有10kHz甚至10MHz的输出。

kennethsu

gzhuli 发表于 2013-3-2 22:49
PPS的精度是指相对于UTC的时间误差，而不是自身的频率误差。
定位模块PPS的精度用于时钟和一般定时同步是足 ...

我見過許多移動電話基地台與電視數位廣播站都會用到 GPS 馴服的振盪器，都有 PPS 訊號與 10MHz 頻率。
以前這種東西不簡單所以很貴，現在拜移動通訊之大眾需求，這種模組也平易近人的多了。

kennethsu

找到一份以前看過的舊文件，清楚的解釋這個 PPS 精度，現在貼給大伙瞧瞧。


只有一頁看起來很輕鬆容易懂，我也簡單的說一下重點：
1. 這個精度是指同步精度，就是同款不同顆 GPS 接收產生的 PPS 時間差。
2. 理論上是 25nS 這個規格。
3. 接收到的衛星數量越多精度也越好。
4. 利用 Distribution of analog method 我翻成類比分布方式，可以將經度大為提高到平均 1.3nS。這應該就是精確時間 GPS 晶片內部在做而有別不同於普通 GPS 晶片的特別處。

如有哪些地方我看錯了請前輩們不吝指正。