GPSDO – High Stability 10 MHz GPS Disciplined Oscillator

Ein hochstabiler 10-MHz-Frequenzstandard auf Basis eines Raspberry Pi Pico 2W, eines preiswerten GPS-Empfängers und eines OCXO.

Projektstatus: Entwicklung – Firmware v4.x

Projektübersicht

Dieses Projekt zeigt, dass sich mit preiswerter Standardhardware und einer leistungsfähigen Firmware ein erstaunlich genauer 10-MHz-Frequenzstandard aufbauen lässt.

Der GPSDO (GPS Disciplined Oscillator) verwendet einen hochwertigen 10-MHz-OCXO als lokale Referenz. Über das 1-PPS-Signal eines GPS-Empfängers wird dessen Frequenz kontinuierlich mit den Atomuhren der GPS-Satelliten verglichen und automatisch nachgeregelt.

Der Schwerpunkt des Projekts liegt bewusst auf intelligenter Software statt auf teurer Spezialhardware.

Ziel

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines offenen GPSDO mit folgenden Eigenschaften:

  • hohe Langzeitstabilität
  • preiswerte Standardhardware
  • reproduzierbarer Aufbau
  • vollständig dokumentierte Firmware
  • integrierte Weboberfläche
  • umfangreiche Python-Werkzeuge zur Messung und Auswertung
  • offene Dokumentation aller Entwicklungsentscheidungen

Das Projekt richtet sich insbesondere an Amateurfunker, Elektronikbastler und Messtechnik-Interessierte.

Aufbau

Hardware

  • Raspberry Pi Pico 2W
  • 10 MHz OCXO
  • MCP4725 12-Bit DAC
  • NEO-6M GPS-Empfänger
  • DS18B20 Temperatursensoren
  • einfache analoge Ausgangsstufe

Firmware

Die Firmware übernimmt

  • hochauflösende 1-s-Frequenzmessung
  • PPS-Phasenmessung
  • Hybridregelung aus Frequenz- und Phaseninformationen
  • automatische Warmup-Erkennung
  • Holdover- und Recovery-Strategie
  • JSON-API
  • integrierten Webserver

Software

Zum Projekt gehören verschiedene Python-Werkzeuge für

  • Live-Monitoring
  • Langzeitaufzeichnung
  • CSV-Auswertung
  • Statistik
  • grafische Darstellung
  • Firmwaretests

Besonderheiten

Der Pico-GPSDO verfolgt einen messdatenbasierten Entwicklungsansatz.

Neue Funktionen entstehen nicht aufgrund theoretischer Überlegungen, sondern werden durch reale Langzeitmessungen entwickelt und überprüft.

Die Firmware wird kontinuierlich anhand aufgezeichneter Messdaten verbessert.

Leitgedanke des Projekts:

Nicht teure Hardware erzeugt Präzision – sondern gute Messdaten und gute Software.

Projektstatus

Aktuelle Funktionen

  • ✓ 10 MHz GPSDO
  • ✓ Hybridregelung (Frequenz + Phase)
  • ✓ automatische Warmup-Phase
  • ✓ Holdover
  • ✓ Recovery
  • ✓ Webinterface
  • ✓ JSON-API
  • ✓ Python-Monitor
  • ✓ Langzeit-Logging
  • ✓ Temperaturüberwachung

Dokumentation

Zur Dokumentation gehören unter anderem

  • Whitepaper
  • Messkonzept
  • Firmwarebeschreibung
  • Hardwarebeschreibung
  • Entwicklungsprotokolle
  • Langzeitmessungen

Ausblick

Geplant sind unter anderem

  • weitere Langzeitmessungen
  • Optimierung der Regelparameter
  • abschließende Performancebewertung
  • Vergleich mit kommerziellen GPSDO-Systemen