Калибратор частотомера 10 МГц на модуле GPS

[XENOMORPH]

Автономный калибратор частотомера на модуле GPS NEO-7M.
Состоит из готового GPS модуля NEO-7M, буферного усилителя с фильтрацией гармоник, формирующий выходной сигнал из прямоугольного в синусоидальный, до уровня ~2Vpp на нагрузке 50 Ом. Джиттер не рассматриваем, так как он не имеет значения.
Для упрощения конструкции, чтобы не применять микроконтроллер для отправки данных на модуль при включении, для сохранения настроек был задействован хитрый план питания энергозависимой памяти от литиевого аккумулятора, который питает сам калибратор, так как штатного супер конденсатора 0,8 Фарада (ага, щщас..) хватало на несколько часов.

Для конфигурации (настройки) модуля NEO-7M, понадобится софт UBLOX U-center, и адаптер USB-TTL, например на чипе CH340 (не забываем утановить драйвер).
В софте выставляем настройки согласно скриншоту. После автоматического соединения на стандартной скорости 9600, заходим во вкладку View/Configuration View.
В меню слева (см.скриншот) выбираем PRT, в окне Baudrate выбираем скорость 115200, идём во вкладку Receiver/Action/ и выбираем Save config, пере подключаем модуль во вкладке Receiver уже на этой скорости, опять заходим во вкладку View/Configuration View, в меню справа выбираем TP5(Timepulse 5), вводим данные как на скриншоте, далее в меню справа выбираем пункт RATE, меняем значение (Measurement period) 1000 на 100.
Для финального сохранения (отправки) настроек в модуль, идём в вкладку Receiver/Action/ и выбираем Save config.



Настройка усилителя-формирователя, производится подстроечными контурами по максимуму сигнала (контролируя осциллографом), при минимуме гармоник (анализатором спектра).


Усилитель изначально рассчитывался на две входных частоты, 2 и 10MHz, так как сигнал 10MHz считается более грязным (большой джиттер).
Усилитель из частоты 2 MHz прямоугольного сигнала выделял пятую гармонику для получения 10MHz на выходе, он с этим успешно и справляется, модуль можно сконфигурировать во вкладке TP5 на 2MHz, но как показала практика, для частотомера этого не требуется, Частота 10MHz пригодна для калибровки.
Усилитель возможно упростить, изменить, сделав простой эмиттерный повторитель с резонансными контурами на входе и выходе.



Печатная плата не разрабатывалась, калибратор был собран с в пластиковом корпусе навесным монтажом.
Из корпуса выведены два SMA разъёма, разъём подключения внешней GPS активной антенны, разъём выхода 10MHz, разъём программирования модуля (GND TX RX), Mini USB разъём зарядки, и два светодиода, светодиод статуса GPS (мигает 3 раза в секунду - нет синхронизации, горит постоянно - связь со спутниками установлена) и светодиод модуля зарядка аккумулятора (красный > заряд, синий > заряд окончен).



Ток потребления калибратора ~ 28mA, автономная, непрерывная работа от аккумулятора 2600mA/h до четырёх дней.
Для тех кто живёт в частном доме с не металлической крышей, подключения внешней антенны скорее всего не потребуется, у меня в комнате модуль видит до 15-ти спутников.

[cuneum]

А не проще так?


PPS - сигнал синхронизации времени с частотой 1Гц и точностью 1ppm.
Зачем весь остальной "баян" непонятно, достаточно простой кварцевый генератор с подстройкой и детектор петли ФАПЧ.

Можно проще?
Конечно можно, смотрим в ЧИПДИП генераторы с точностью 0,5ppm , обычно 26 МГц, для любительских целей вполне, это даже лучше чем GPS.

Или вот такое изделие: https://morion.com.ru/oscillators/termostatirovannyye-1

Точность до 10^-11

[IG_58]

Вот с Ардуиной:
https://www.qsl.net/pa2ohh/17gps.htm

[XENOMORPH]

cuneum, баян как бы нужен, как без него.
Во первых законченная конструкция (взял под мышку, и пошёл как говориться), а не просто голый модуль, во вторых сигнал привести до нужного уровня, защитить модуль от повреждения при подключении статикой или ещё чем, для этого буфер и нужен, в третьих модуль питать надо, память хранить, поэтому всё нужно.
TCXO, это кого на 10MHz +- 10Hz устраивает, или даже больше, вопросов нет, но этот калибратор, это инструмент другого уровня.

[IG_58]

XENOMORPH, а посмотрите, пожалуйста, на девайc по моей ссылке. Каково Ваше мнение по поводу сего изделия?

[XENOMORPH]

IG_58, а я видел эту страницу с месяц назад когда искал подобные устройства, потом даже создал логи в софте u-center, импортировал в attiny85 для управления модулем (жирно как то целую ардуину туда), но понял что это лишнее, так как настройки модуль и так может хранить.
В общем и дисплей хотел приделать, но понял что реально не надо. 10-ка MHz самая ходовая частота, на этом остановился, иначе не доделать до конца, сами знаете))

А в чём там прикол? на что конкретно обратить внимание?

[IG_58]

XENOMORPH, дело в том. что я ношусь с мыслью о калибраторе, который выдаёт частоту с гарантированной точностью до единиц Герц (не хуже). Но я еше не разбирался с модулями NEO, как это всё работает, нужен ли там реально контроллер или нет. Ардуин у меня штук 5 лежит, дисплеев тоже несколько. Дисплей и пару кнопок я бы привязал, чисто чтобы выдавать несколько разных частот, но полагаю, что в минимальном варианте на 1 частоту 10МГц он не нужен.

Я вижу, что у Вас проект значительно сложнее этого "голландского", состоящего из двух дешевых китайских готовых модулей, но не понимаю, оправдана ли эта сложность, и что такого умеет Ваш проект, чего не умеет "голландский". Пока у меня ясного понимания нет, вот я как раз и решил спросить у Вас, что да как, и стОит ли заняться этим "голландским" проектом.

[XENOMORPH]

Там в общем проблема с памятью. В модулях стоит грубо говоря ионистор, который помнит настройки несколько часов после обесточивания модуля NEO.
Далее, если включаем модуль, он стартует по умолчанию, то есть начинает генерировать на выводе TIME PULSE 1 Hz. Поэтому некоторые цепляют ардуину, которая при каждом включении отправляет модулю данные, что бы он генерировал нужные например 10MHz.
Некоторые ставят кнопку, по команде которой поступает команда с ардуины на генерацию звуковой частоты 1KHz, по моему он также делал, у него ещё другая страница есть в блогах, там более подробно описано.
Кто пошёл ещё дальше, цепляют дисплей для вывода частоты, времени, позиции и прочего, ставят OCXO ну и т. д.

Я же пошёл по наиболее простому, нужному мне пути.
Сохранил память (настройки) путём запитки от акб, хоть месяц лежит, все настройки сохранены, то есть не сбросились на 1 Hz, и сформировал сигнал нужного уровня как писал выше, ну не подавать же сразу с модуля куда то, статика и всё такое.

Модуль у меня один, откуда два то? модуль продаётся с антенной, купил у нас за ~6 баксов. Аккумулятор от смартфона, усилитель на импровизированной печатке за 3 часа спаял вместе с намоткой контуров, ночь с корпусом провозился, и готово. Куда уж проще и дешевле уже? ))

По поводу другой частоты. Я за 1 минуту могу поменять конфигурацию, подключив через USB TTL программатор, открыть софт и записать настройки в модуль, но так-как усилитель точно на 10MHz, частоты менять не могу, кроме двух мегагерц. А так, широкополосный, буферный усилитель на выход и вперёд, всё доступно, но не в полях конечно без ноутбука.

Если Вам нужно оперативно переключить скажем 10 и 2 или 8 MHz, вот тогда нужен контроллер (ардуина).

[IG_58]

XENOMORPH, ОК, стало немного понятнее, спасибо. В общем, пришлют киктайцы модуль, и буду разбираться конкретно и детально.

[XENOMORPH]

IG_58, какая у Вас задача минимум, опишите какие частоты нужны.
Учтите что джиттер большой в этих модулях, для частотомера он не важен, а как опора к ГСС такой сигнал не пойдёт, только GPS + VTСXO, OCXO если что.