時鐘模塊摘要信息
IQCM-100
該主模塊旨在提供1PPS和10MHz輸出信號，并在24小時內保持±1.5μs的保持穩定性，以滿足LTE-TDD等應用的電信標準要求。 IQCM-100需要從GPS接收器獲得單獨的客戶提供的1PPS信號。
IQCM-110
IQCM-110模塊具有與IQCM-100類似的功能，但它具有內置的GPS接收器單元。但是，客戶必須提供連接到設備上SMA連接器的合適天線。建議使用有源天線。
IQCM-200
該模塊還具有與IQCM-100器件類似的功能，但可提供寬松的保持規范，以延長時間或減小溫度變化極限，以解決在24小時內±1.5μs并不重要的應用。
IQCM-300
該模塊提供基于IEEE1588的PTP（精確時間協議）功能。
PTP或IEEE1588是用于在網絡上不同位置之間發送準確的定時同步的協議。 IQCM-300能夠充當系統內的“主時鐘”或“從屬時鐘”，并因此能夠將同步消息傳遞到系統中的其他時鐘。該模塊提供與IQCM-100相同的保持功能，但具有可以通過PTP 1588網絡進行通信的附加功能。 IQCM-300需要單獨的客戶提供的GPS接收器。
典型應用包括：
3G / 4G LTE基站
時鐘服務器
時鐘源
IP回傳
PTP服務器
雷達
智能電網
測試與量測
應用注意事項
這些模塊的主要目的是維持GPS系統的1PPS（每秒脈沖）信號，并在通信網絡系統中用于同步定時。如果您的系統依靠GPS信號來保持準確性，并且GPS信號由于失鎖，惡劣的天氣，干擾或其他問題而失敗，則這些時鐘模塊能夠保持1PPS信號直到恢復GPS鎖定為止，從而使網絡成為可能系統保持在規格范圍內。
我需要什么規格模塊？
為了確定哪個模塊適合您的特定應用，需要考慮各種參數，例如：
a /我的系統需要什么保留規范？
b /我將在什么時間段內沒有GPS信號？
c /遇到GPS信號丟失時，模塊會看到什么環境條件？
為什么在24小時內達到1.5μs？
為了完全滿足某些特定電信協議（例如LTE）的要求，您的產品必須證明，如果GPS信號丟失，它可以在24小時內將精度保持在±1.5μs之內。
但是，某些系統可能不需要這種保持水平，因此，如果可以放寬此值，則可以降低單位成本。請記住，如果不需要此參數，請不要過度指定。
保持模式下的環境變化
這些時鐘模塊結合使用OCXO和軟件算法來在無GPS信號期間保持其1PPS精度，因此了解GPS丟失期間模塊將看到的溫度變化非常重要。
如果您的設備將在空調房間中使用，則溫度變化可能很小，可能為±2°C。但是，如果模塊位于例如天線的底部，則在此無GPS期間，它可能會經歷更寬的溫度變化。
重要的是要了解保持溫度規格與工作溫度范圍不同。工作溫度范圍可以是0到70°C，但是在沒有GPS信號的情況下，溫度的保持變化可能僅為±2°C，以在24小時限制內達到所需的1.5μs。這意味著該模塊可以在其工作范圍內的任何特定溫度下工作，但是當GPS信號丟失時，該模塊必須保持在其較小的保持溫度范圍內，例如±2°C，以保持在1.5μs內24小時
由于需要補償保持溫度，因此GPS丟失時溫度變化越大，則補償越難，因此會影響單位成本。
GPS信號丟失期間的保持時間
對于GPS信號在整個24小時內都不會丟失的應用，例如8小時，則無需指定時鐘模塊及其完整保持時間。規格上的這種放松會影響單位成本，因此請記住，如果不需要此參數，請不要過度指定。

問題和答案
時鐘模塊IQCM-110的天線有什么要求？
為了獲得最佳性能，請選擇海上圓頂型天線。天線與時鐘模塊之間的連接電纜應小于10m。如下圖所示，天線應放置在空曠的地方，以幫助時鐘模塊找到衛星信號，否則可能會影響時鐘模塊的性能甚至正常工作狀態。

2.如果時鐘模塊想要保持1.5μs/ 24h的保持時間，嵌入式振蕩器的規格是什么？
計算：-24小時x 60分鐘x 60秒= 86400秒
24小時漂移必須小于24小時內的保持時間/秒，即1.5E-6 / 86400 = 1.74E-11。
影響OCXO 24小時漂移的主要因素有兩個：
1. OCXO溫度穩定性
2.每天OCXO老化
為了達到1.74E-11的穩定性，我們選擇了規格嚴格的振蕩器，并使用一種算法來補償老化漂移，該漂移通常可使器件優化約100倍。

3. 工作溫度范圍變化時； DAC和其他組件的溫度漂移是否會影響整個系統的時鐘精度？

上圖顯示了振蕩器控制模塊的總體設計。 OCXO的控制電壓由MCU控制的DAC改變。從設計角度出發，知道工作溫度變化何時會急劇變化，那么我們應該考慮DAC和參考電壓的溫度漂移的影響。假定工作溫度范圍為0 + 60°C。
例如，精密16位DAC8571的溫度漂移系數為FSR /°C（-5ppm）（典型值），因此，對于0至60°C的溫度變化，基準電壓變化為：60 x 5ppm x 3.0V = 0.9mV
此基準電壓變化會影響DAC，進而改變OCXO的頻率。以精密基準電壓REF3230為例，REF3230輸出電壓溫度漂移規格為：0°C至125°C，4至7ppm /°C和- 40°C至125°C，10.5至20ppm /°C以0至60°C的示例溫度變化為例，參考電壓變化為：
60°C x 7ppm x 3.0V（OCXO的拉范圍）= 1.26mV
因此，總漂移變為：0.9mV + 1.26mV = 2.16mV
在0?3.0V的控制電壓下，基于±0.4ppm的振蕩器上拉范圍，振蕩器漂移是由
基準電壓源和DAC的溫度漂移為：
（0.8ppm pk-pk / 3V）x 2.16mV = 5.76E-10ppm，遠遠超過滿足1.5μS/ 24h保持所需的1.74E-11ppm。
為了解決這些問題，高度穩定的振蕩器的溫度控制電路使用其自己的專有技術來提高控制精度，以確保在溫度變化時保持振蕩器的精度。
通過分析，該設計的總漂移僅為9.6E-13，其中包括滿足LTE1.5μS/ 24h保持要求的電壓基準和DAC漂移。該電路還確保當工作溫度快速變化時，產品不會顯示出快速的頻率變化現象（溫度控制不夠）。
4.了解內部算法的工作原理
失去與GPS信號的連接后，一些關鍵因素用于計算正確的OCXO晶振控制
電壓：
1）GPS即將丟失之前的信號通常不穩定，因此需要從GPS中刪除這些參考記錄。
2）如果環境溫度變化是周期性的，則該裝置應至少收集一個周期的數據以進行建模。如果存在明顯的周期性變化，則該單元將根據其特定情況進行分析。
3）OCXO晶振上電后的前三天，老化曲線相對陡峭，之后趨于平穩，因此OCXO晶振上電的時間越長，建模效果越好。對于行為建模，最好使用兩倍的預計時間。因此，為了獲得最佳結果，設備將使用兩天的數據推斷一天的數據，否則補償可能會過多，并且準確性可能會降低。
5.如何測量時鐘模塊的保持時間？
通常有兩種方法可以測量時鐘模塊的保持時間：
1）使用外部標準1PPS信號進行測量。
開機7天并鎖定標準的1PPS GPS接收信號3天后（原子水平精度），內部沒有GPS接收器的時鐘模塊被斷開。然后將時鐘模塊的1PPS輸出信號和外部GPS導出的1PPS信號連接到示波器。然后可以在預定時間之后觀察并比較兩個信號的值的差異。
2）用內部1PPS標準進行測量。（此方法僅適用于帶有內置GPS接收器的IQCM-110時鐘模塊）。
開機7天和鎖定GPS信號3天后，時鐘模塊被迫保持狀態，其中時鐘模塊仍提供標準的1PPS輸出信號，但內部高穩定性振蕩器未遵循標準的1PPS GPS衍生信號調整時鐘模塊的頻率和相位。然后將標準的1PPS GPS衍生信號和時鐘模塊的1PPS輸出信號（在保持模式下）連接到示波器。然后可以在預定時間之后觀察并比較兩個信號的值的差異。
6.如果時鐘模塊產生大量熱量，可以冷卻嗎？冷卻會影響精度嗎？可以采取什么方法？
當振蕩器運行且風速小于1.7m / s時風扇冷卻不會影響振蕩器時，OCXO晶振烤箱的溫度可以達到85°C。但是，如果在打開風扇時風速迅速變化并且風速快于1.7m / s，則烤箱的加熱控制將無法正常運行。這導致溫度不穩定性并且振蕩器穩定性降低。應嚴格控制風速，在冷卻過程中保持整個環境溫度穩定。

7.時鐘模塊可以響應the秒的變化嗎？
時鐘模塊將在GPS接收器具有the秒信息的情況下確保當前UTC時間的準確性。 GPS接收器接收到的時間信息經過轉換并經過leap秒調整后轉換為UTC時間信息。如果衛星信號良好，則可以在12.5分鐘內獲得available秒信息，以提供準確的時間信息。
通常當前的leap秒是已知的，因此只要時鐘模塊具有標準的1PPS時間，它將基于獲取的GPS時間使用時間信息，并且可以在3分鐘內可用。會使用其內部算法自動更改時間信息，從而保持時間準確性，并且系統無需人工干預即可工作。
8.具有內置GPS接收器的模塊需要多長時間才能實現GPS鎖定？
通常，當衛星信號良好時，獲得1PPS信號的時間將在1-3分鐘之內。如果模塊在3分鐘內未能鎖定，請檢查天線是否正確安裝。獲得GPS鎖定后，模塊將捕獲1PPS信號，并開始不斷調整高穩定性晶體振蕩器的精度。通常，在捕獲1PPS信號后的5分鐘內，相位偏移將不超過100ns。
9.時鐘模塊輸出消息的格式是什么？
時鐘模塊的輸出消息格式是波特率為9600的串行通信，由8個數據位和1個停止位組成。具有內部GPS接收器的時鐘模塊的輸出消息遵循GPS標準協議NMEA-0813。 NMEA消息提供NMEA句子信息，包括代碼。
GPRMC，GPVTG，GPGGA，GPGSA，GPGLL，GPZDA。

時鐘模塊輸出時序信息
下圖顯示了IQD頻率產品時鐘模塊的主要輸出信號時序。當模塊鎖定并同步到GPS信號時，輸出信號序列將如圖1.4所示
默認情況下，GPS標準1PPS的脈沖寬度為100ms，而10MHz 1 PPS衍生信號的脈沖寬度也為100ms。 10MHz信號輸出上升沿與1PPS上升沿同步。

相應的輸出消息內容如圖1.5所示，輸出消息的時間跨度與協議內容有關

串口TX的輸出消息
時鐘模塊具有多種不同的輸出數據信息格式，具體取決于所討論的型號。
IQCM-100和IQCM-200輸出一個數據字，其中包含諸如是否將本機鎖定到1PPS輸入，已鎖定多長時間，1PPS輸入與1PPS輸出之間的相位差之類的信息。此數據以標準UART格式輸出。
IQCM-300輸出與IQCM-100和IQCM-200相同的數據字。此外，它還以SGMII格式輸出處理時間協議（PTP）數據。
IQCM-110輸出標準GNSS數據字GPRMC，GPVTG，GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPGLL，GPZDA，這些均以用于GNSS通信的標準NMEA格式輸出。詳細信息如下。
NMEA協議簡介：
NMEA協議是美國國家海洋電子協會建立的一種通信格式，目的是在不同的GPS系統中建立統一的RTCM（航海無線電技術委員會）標準。
根據NMEA-0183協議的標準，GPS接收器通過串行端口將位置，速度和其他信息發送到PC，PDA或其他連接的設備。 NMEA-0183是標準協議，因此GPS接收器應符合要求，因為它是使用最廣泛的GPS接收器協議。
最常見的GPS接收器，GPS數據處理軟件和導航軟件均符合或至少兼容此協議。
NMEA協議格式規范如下：

幀頭：1個ASCII字符，'$'（0x24）
協議類別：2個ASCII字符，例如'GP'（0x47 0x50）
協議ID：3個ASCII字符，例如“ RMC”（0x52 0x4D 0x43）
數據：不定長度，以“，”分隔
校驗和：2個ASCII字符表示1個字節的十六進制數字，所有字符XOR運算結果之間為'$'和'*'
幀結束：2個ASCII字符，代表Enter Wrap （0x0D 0x0A）
NMEA句子協議的通用標準

GPRMC
說明：推薦最小數據（RMC）推薦位置信息。
格式：$ GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，< 12> * hh
<1> UTC時間，hhmmss（時間）格式
<2>定位狀態，A =有效定位，V =無效位置
<3>緯度ddmm.mmmm（度）格式（前面的0也將被發送）
<4>緯度半球N（北半球）或S（南半球）
<5>經度（dddmm.mmmm度）格式（前面的0也將被發送）
<6>經度半球E（東經）或W（西經）
<7>地面速度（000.0?999.9，前面的0也將被發送）
<8>地面走向（000.0?359.9度，以1為參考，前面的0也將被發送）。
<9> UTC日期，ddmmyy（DMY）格式
<10>磁偏角（000.0?180.0度），默認不輸出
<11>磁偏角方向，E（東）或W（西），默認不輸出
<12>模式指示（僅NMEA0183版本3輸出，A =自主定位，
D =差分，E =估計，N =數據無效）
GPVTG
說明：地面路線和地面速度（VTG）地面速度信息。
格式：$ GPVTG，<1>，T，<2>，M，<3>，N，<4>，K，<5> * hh
<1>指向北基準面的地面路線
（000?359度，前面的0也將被發送）
<2>基準面以磁北為參考
（000?359度，前面的0也將被發送）
<3>地面速度（000.0?999.9區間，前面的0也將被發送）
<4>地面速度（0000.0?1851.8 km / h，前面的0也將被發送）
<5>模式指示（僅NMEA0183版本3輸出，A =自主定位，
D =差分，E =估計，N =數據無效）

GPGGA
說明：全球定位系統定位數據（GGA）GPS位置信息。
格式：$ GPGGA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，M，<10>，M，< 11>，<12> * hh
<1> UTC時間，hhmmss.ss（小時分鐘秒）格式
<2>緯度ddmm.mmmm（度）格式（前面的0也將被發送）
<3>緯度半球N（北半球）或S（南半球）
<4>經度（dddmm.mmmm度）格式（前面的0也將被發送）
<5>經度半球E（東經）或W（西經）
<6> GPS狀態：0 =未定位，1 =非差分定位，2 =差分定位，
6 =估算
<7>正在計算位置的衛星數（00?12）
（前面的0也將被發送）
<8> HDOP水平稀釋精度（0.5?99.9）
<9>海拔（-9999.9?99999.9）
<10>地球橢球相對大地水準面的高度
<11>差分時間（從最近的差分信號開始的秒數
收到，如果不是差分定位，則時間將為空）
<12>差分站ID號0000?1023（前面的0也將被傳送，
如果不是，則差分定位將為空）

GPGSA
說明：GPS DOP和活動衛星（GSA）當前的衛星信息。
格式：$ GPGSA，<1>，<2>，<3>，<3>，<3>，<3>，<3>，<3>，<3>，<3>，<3>，< 3>，<3>，<3>，<4>，<5>，<6> * hh
<1>型號M =手動，A =自動
<2>定位類型，1 =無定位，2 = 2D定位，3 = 3D定位
<3> PRN碼（PN碼），用于計算衛星信號的位置（01?32，前面的0也將被發送）
<4> PDOP位置精度系數（0.5?99.9）
<5> HDOP水平稀釋精度（0.5?99.9）
<6> VDOP垂直稀釋精度（0.5?99.9）

GPGSV
說明：GPS衛星可見（GSV）可見衛星信息
格式：$ GPGSV，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，…<4>，<5>，<6>，<7> * hh
<1> GSV語句總數
<2>當前GSV的數量
<3>可見衛星總數（00?12，前面的0也將被發送）
<4> PRN碼（偽隨機噪聲碼（01?32），前面的0也將被發送）
<5>衛星仰角（00?90度，前面的0也將被發送）
<6>衛星方位角（000?359度，前面的0也將被發送）
<7>信噪比（00?99dB，空無到衛星的軌道，前面的0也將被發送）
注意：<4>，<5>，<6>，<7>信息將根據每個衛星的周期顯示，每個GSV語句最多可顯示4個衛星信息。其他衛星的信息將在NMEA0183句子的下一個序列中輸出。

GPGLL
說明：地理位置（GLL）位置的地理信息
格式：$ GPGLL，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7> * hh
<1>緯度ddmm.mmmm（度）格式（前面的0也將被發送）
<2>緯度半球N（北半球）或S（南半球）
<3>經度（dddmm.mmmm度）格式（前面的0也將被發送）
<4>經度半球E（東經）或W（西經）
<5> UTC時間，hhmmss（小時分鐘秒）格式
<6>定位狀態，A =有效定位，V =定位無效
<7>模式指示（A =自主定位，D =差分，E =估計，N =數據無效）

GPZDA
說明：時間和日期（ZDA）時間和日期
格式：$ GPZDA，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6> * hh
<1> UTC時間，hhmmss（小時分鐘秒）格式
<2> UTC日期，日期，DD格式
<3> UTC日期，月份，毫米格式
<4> UTC日期，年份，yyyy格式
<5>本地時區小時（當前不支持，固定為00）
<6>本地時區的分鐘數（當前不支持，固定為00）
詞匯表：
每秒PPS脈沖
GPS全球定位系統
OCXO烤箱控制的晶體振蕩器
保持能力設備保持定時精度而無需GPS鎖定的能力
NMEA國家海洋電子協會
PTP精確時間協議（IEEE-1588）
SGMII串行千兆媒體獨立接口（物理層（PHY）和以太網媒體控制器（MAC）之間的協議連接）
SPI串行外圍設備接口（4線同步串行數據鏈路）
DAC數模轉換
LTE長期演進
UTC世界協調時間

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