GPS-Signal synchronisiert Taktgenerator

Ein Taktgeber-IC nutzt für die Synchronisation den Taktimpuls, den das Global Positioning System (GPS) jede Sekunde einmal mit hoher zeitlicher Genauigkeit ausgibt (1 pps – 1 Puls pro Sekunde). Zusammen mit einem implementierten Korrektur-Algorithmus wird eine relative Frequenzabweichung des Taktgebers von 1 × 10–10 erreicht.

Ein Taktgeber-IC nutzt für die Synchronisation den Taktimpuls, den das Global Positioning System (GPS) jede Sekunde einmal mit hoher zeitlicher Genauigkeit ausgibt (1 pps – 1 Puls pro Sekunde). Zusammen mit einem implementierten Korrektur-Algorithmus wird eine relative Frequenzabweichung des Taktgebers von 1 × 10–10 erreicht.

Analog Devices bringt unter der Produktbezeichnung AD9548 ein Taktsignal-IC heraus, das speziell für die Synchronisation von Systemen und Geräten in einer Kommunikations-Infrastruktur konzipiert wurde.

Herzstück des neuen Bausteins ist ein digitaler PLL-Kreis (Phase Locked Loop), der mit dem 1-pps-GPS-Signal synchronisiert wird. Wesentlich dabei ist, dass die Ausgangsfrequenz des PLL nicht von einer Analogspannung, sondern von dem Wert des 48 bit langen „Frequenz-Abstimmungswortes“ abhängt, der im Register des Word-Prozessors steht.

Dieser digitale Wert wird von dem nachgeschalteten DDS-Funktionsblock (Direkte Digitale Synthese) in eine digitale Sequenz überführt, die der nachgeschaltete D/A-Umsetzer in ein analoges Signal verwandelt. Das DDS-Signal wird zudem über den digitalen Frequenzteiler im Rückführungskreis an den Eingang des Phasen/Frequenz-Detektors geführt, der die zeitliche Differenz zwischen der Taktflanke des Eingangssignals und der des DDS-Signals bis auf 0,5 ps genau bestimmen kann.

Taktverteilungs-Schaltung

Die theoretische Genauigkeit dieser Konfiguration liegt, bezogen auf die vom Taktgenerator erzeugte Frequenz, bei 3,55 × 10–6. Das Signal aus dem D/A-Umsetzer treibt dann eine Taktverteilungs-Schaltung aus vier einzeln programmierbaren Frequenzteilern, von denen dann das Ausgangssignal abgeleitet werden kann. Die über den Systemtakt-Eingang eingespeiste Oszillatorfrequenz kann zwischen 500 MHz und 1 GHz liegen. Alternativ kann der Anwender mit einer niedrigeren externen Frequenz arbeiten und den internen Systemtakt-Generator dazu nutzen, daraus eine Frequenz im 1-GHz-Bereich zu synthetisieren.

Um auf den von den Stratum-2-Spezifikationen geforderten Wert von f/f0 = 1,0 × 10–10 über eine Periode von 24 Stunden zu kommen, wurde der von Nicholls und Carleton entwickelte Drift-Korrektur-Algorithmus implementiert. Dazu erfolgt über einen seriellen Port ein Zugriff auf den DDS-Funktionsblock. Insbesondere lässt sich hierüber das „Frequenz-Abstimmungswort“ auslesen und verändern. Der Zugriff über den seriellen Port auf diese Funktionen des AD9548 erfolgt von einem externen Prozessor aus. jw