DL4OCH Amateurfunk und Elektronik

Januar 8, 2015

Jupiter-T GPS-D-OCXO

Filed under: Bauprojekte,Zeitnormale — DL4OCH @ 10:23 pm

GPS_D_OCXO

Das Problem mit dem DCF77-Normal hat mich dann  mal  über den Tellerrand in Punkto Genauigkeit sehen lassen. So ist die Genauigkeit eines DCF77-Normals am Tag bei maximal 1*10E-9. In der Nacht leider nur noch 1*10E-8. Das ist für Kurzwelle und UKW mehr als man braucht, aber irgendwie wollte ich es doch genauer.

Es gibt diverse Angebote und Bauvorschläge, aber meistens stolpert man immer wieder über GPS-Module von Navman, die einen 10kHz-Ausgang haben, oder Wahnsinnspreise von Funkamateuren, die ihr Hobby zur Goldquelle machen wollen. Die quälen dann meistens das 1 PPS-Signal um die PLL rasten zu lassen.

Also sollte etwas eigenes entwickelt werden. Navman-Module finden sich ab- und zu bei Ebay, dann aber zu Mondpreisen. Sander-Elektronik bietet aktuell diese Module an, zu einem sehr amateurfreundlichen Preis, allerdings mit anderen Fußangeln, die man kennen sollte. Anderenfalls hat man eine tolle Referenz, aber keine Ahnung, ob sie nun stabil ist, oder nicht.

Bei dieser Jupiter-T-Reihe wird nicht nur das 1 PPS-Signal ausgegeben, sondern auch ein 10kHz-Signal, dass den Aufbau der PLL sehr vereinfacht.  Beide Signale werden an der GPS-Zeit gekoppelt, sind also mehr als genau. Ein Nachteil dieser Module ist aber, dass auch ohne GPS-Empfang beide Signale erzeugt werden. Wenn man also das Protokoll nicht knackt, um es seriell auszulesen, dann steht man immer auf dem Schlauch, ob es nun genau ist, oder nicht.

Um es vorweg zu nehmen, die Module von Sander-Elektronik senden das kaum noch gebräuchliche Rockwell Binary Format aus. Zwar soll das laut Datenblatt auch nach einem Reset mit 9k6,n,8,1 erfolgen, das tut es aber nicht. Hier kommt man nicht tief genug zum Reset, denn ein Factory-Reset gibt es nicht. Auch die im Datenblatt genannten Klemmungen der Pins auf High und Low bringt einen nicht weiter. Bei den Modulen handelt es sich um den Exoten TU30-D440-021. D440 steht für hier für „tote Positionserkennung“, also eine auf externen Sensoren basierende Postionsbestimmung. Super für Tunnel  und Häuserschluchten, aber schlecht für die Umprogrammierung.  War nicht enfach, aber machbar.

Nach dieser Hürde kann man nun, so erwartet man es auch von einem GPS-Modul, im NMEA-Protokoll, die Positionsdaten auswerten. Darunter wird auch das HDOP und PDOP gesendet, also eine Information, welche Präzision das Modul für die Positionsgenauigkeit hat. Achtung, unter einem 3D-Fix bezieht sich die 10kHz-Frequenz immer noch auf die interne Uhr und nicht auf die GPS-Uhr. Hier sollte man auf eine Auswertung von mindestens 4 Satelliten umstellen. Lässt sich aber auch programmieren. Nicht elegant, aber machbar.

Somit hat man letzt endlich eine Referenz, mit der man einen Oszilator nachregeln kann. Das man hier keinen einfachen VCO verwendet sollte klar sein, wir wollen Genauigkeit. Ein OCXO sollte es dann doch schon sein. Da die OCXOs von Isotemp auch heute kaum bezahlbar sind, liegt wohl mal wieder am Angebot von der Bucht, bin ich auf OCXOs von Morion aus St. Petersburg aufmerksam geworden.

Morion

Der Preis ist in China wirklich gering, immerhin handelt es sich um einem doppelt ofenkontrollierten Oszillator, also eigentlich um einen double-OCXO. Schon alleine, da die Teile gealtert sind, haben sie eine Genauigkeit von 1*10E-9 und sind sehr eng über die Kontrollspannung (Us) nachregelbar. Fast schon gutmütig und mit 60mA im Betrieb auch stromsparend.

Zusammenfassend haben wir also jetzt einen stabilen dOCXO und eine stabile 10kHz-Referenz. Was wir jetzt brauchen, ist die PLL.

10kHz mit 10MHz vergleichen ist nicht schwer. Wir teilen die 10 MHz durch 1000 mit einfachen CMOS-Zählern und produzieren aus der Phasendifferenz eine Pulsweiten-Modulation. Diese integrieren wir dann wieder durch ein einfaches RC-Glied und bilden daraus die Steuerspannung für den dOCXO.

Das funktioniert auch super mit ein paar HCMOS-Bauteilen, aber wehe, wenn ein Lastwechsel am Ausgang statt findet. Also brauchen wir noch robuste Puffer. Ein SN74AC14 entkoppelt den 10 MHz Ausgang des dOCXO vom Eingang des Vorteilers, den Vorteiler vom Leistungsverstärker und bildet mit seinen restlichen vier Schmitt-Triggern die Ausgangsstufe.

Dieses Frequenznormal hat auch eine Anzeige bekommen. Mag man es als Spielerei bezeichnen, es sind gerade für den Aufbau auch ein paar hilfreiche Funktionen mit dabei.

vy73 de Wilm,

DL4OCH

PS.: Leider muss dieser Nachtrag sein… Ich versende keine Dateien um das Modul umstellen zu können.

In der letzten Zeit haben mich mehrmals Anfragen erreicht, die fast schon die Herausgabe der Dateien erzwingen wollen.
Dies werde ich nicht tun, denn auch ich habe mich über Wochen mit dem Problem beschäftigen müssen.

9 Comments »

  1. Hallo Wilm,
    ich bin sehr interessiert an ein Lösung um das NMEA-Protocol für das Tu30 modul von Sander Electronic auszulesen.
    Ich bin dabei mir die Teile für das GPS synchronisierte 10 MHz Frequenznormal aus Funkamateur 3/11 zu beschaffen.
    Da aber das Jupiter TU 60 Modul nicht mehr zu bekommen ist habe ich das TU30 von Sander gekauft. Ich habe Horst Lauenstein (DL3YBI) gebeten mir 2 Stück PIC 18F4520 DIL40 mit der modifizierte Firmware für das TU30-Modul aus FA/2/13 zu brennen, da ich noch kein Programmer habe. Horst hat ein älters TU 30 Modul, Modell D140 welches er mit der Firmware nicht zum Laufen gekriegt hat.
    Ich würde gern das Jupiter TU30 Modul von Sander mit dem vierzeiligem Display wie bei Dir auf dem Bild, nachbauen und bitte deshalb um Unterstützung das Projekt zu realiesiren.
    vy 73 DL5AAB, Werner

    Kommentar by Werner Austin — Februar 6, 2015 @ 11:32 am

  2. Lieber Funkfreund, ich habe gerade das Interface von Dr. Sander fertiggebaut und dafür den TU 30 D140 eingesetzt, den ich mal von James Miller gekauft habe. Ich habe das gleiche Problem, daß ich das Modul nicht in den NMEA-Modus bekomme, obwohl ich alles richtig verschaltet habe. Mich würde daher genau das interessieren, was du hier nicht gesagt hast, nämlich wie man das Ding umprogrammiert. Wirst du es mir verraten???
    Wenn ja, sage ich dir jetzt schon einen schönen Dank im voraus.
    Gruß Horst

    Kommentar by Horst Lauenstein/DL3YBI — Februar 7, 2015 @ 10:52 am

  3. Dieser Beitrag ist höchst interessant

    Kommentar by Horst Lauenstein/DL3YBI — Februar 7, 2015 @ 10:54 am

  4. Hallo Horst und Werner,

    wir sind ja schon entsprechend in Kontakt und Horst konnte Eure Probleme schon entsprechend lösen.

    vy73 de Wilm,
    DL4OCH

    Kommentar by DL4OCH — Februar 11, 2015 @ 3:59 pm

  5. Hallo lieber OM Wilm,
    ich habe mir auch ein Frequenznormal mit dem von Sander lieferbaren GPS-Unit aufgebaut.
    Da ich kein Softwarespezialist bin habe ich auch das Problem das Binary Protocol in das NMEA Protocol zu konvertieren.
    Da Du offenbar eine Lösung für dieses Problem erarbeitet hast, würde ich Dich höflich darum Bitten, mich bei dieser Sache zu unterstützen.

    vy 73 de DB6IL Wolfgang

    Kommentar by Wolfgang — April 29, 2015 @ 7:24 am

  6. Hallo OM Wolfgang,

    das sollte überhaupt kein Problem darstellen. Schon viele Funkamateure sind über das Binary-Protokoll gestolpert. Daher habe ich Dir gerade eine Email geschickt, um den weiteren Kontakt zu vereinfachen.

    vy73 de Wilm,
    DL4OCH

    Kommentar by DL4OCH — April 29, 2015 @ 10:42 pm

  7. Lieber OM Wilm,

    auch ich habe das Problem mit dem nicht einschaltbaren
    NMEA-Protokoll des TU 30-440-021. Mein damit aufgebautes
    Frequenznormal möchte ich mit einer LCD-Anzeige ausstatten
    um über die Empfangsbedingungen im Klaren zu sein.
    Über Unterstützung würde ich mich sehr freuen.

    Freundliche Grüße,
    Claus, DG4VN

    Kommentar by Claus Vogel — Oktober 2, 2015 @ 6:07 pm

  8. Hallo OM Claus,

    sorry das ich jetzt erst antworte, aber die letzten Monate waren mehr als stressig.
    Klar kann ich Dir helfen, das TU30 für Deine Zwecke anzupassen.
    Ich habe auch ein Script für einen einfachen Arduino, der mir die wichtigsten Parameter anzeigt.
    Die Uhrzeit ist dann auch quasi-Echtzeit, hängt aber an der Verarbeitungsgeschwindigkeit eines einfachen Arduino Uno als Nachbau zu knapp 10 Euro.
    Mit Display hat mich die Auswertung weniger als 25 Euro gekostet, was die Sache schon wieder interessant macht.

    Meine Email ist im Impressum, also einfach anschreiben.

    LG es vy 73 de Wilm,
    DL4OCH

    Kommentar by DL4OCH — Oktober 28, 2015 @ 10:24 pm

  9. Hallo OM Wilm,
    für das erfolgreiche Umprogrammieren meiner Jupiter-T Module
    möchte ich mich hiermit ganz herzlich bei Dir bedanken.

    Mit freundlichen Grüßen,
    Claus, DG4VN

    Kommentar by Claus — November 27, 2015 @ 4:22 pm

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