Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Clock Synchronization - Sync Ethernet & PTP (300MHz Clock/20 Meter Kabel)


von Nxitimi (Gast)


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Hallo zusammen,

wird mich interessieren ob jemand Erfahrung in Bereich Clock 
Synchronisation hat und haelt fuer moeglich 300 Mhz Clock mit 130 
Ethernet Nodes und 20m entfernung??

Waere Dankbar fur jeden Vorschlag

Gruess

Shpejtim

von Georg (Gast)


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Nxitimi schrieb:
> haelt fuer moeglich 300 Mhz Clock mit 130
> Ethernet Nodes und 20m entfernung??

Einen 300 MHz-Clock an 130 Stellen und über 20m zu synchronisiseren 
(phasenstarr anzukoppeln) wäre schon mit eigener Leitungsführung eine 
sportliche Aufgabe für erfahrene Spezialisten. Über Ethernet völlig 
unmöglich, ev. könnte man unbenutzte Paare im Kabel benutzen, wenn die 
Schirmung ausreicht. Für synchrone Clockverteilung gibt es spezielle 
ICs.

Aber vielleicht verstehe ich ja "synchronisieren" ganz falsch.

Georg

von Rolf M. (rmagnus)


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Georg schrieb:
> Aber vielleicht verstehe ich ja "synchronisieren" ganz falsch.

Dem Titel nach könnte es sich um die präzise Synchronisation von 
Rechner-Uhren über Ethernet handeln. Dafür ist PTP ja eigentlich da. 
Aber was das mit irgendwelchen 300 Mhz zu tun hat, ist mir dann wiederum 
schleierhaft.

von Nxitimi (Gast)


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Hi Rolf,

PTP koennte eine Loesung sein aber laut unsere Rechearche ungenau. Es 
bleibt zu hoffen dass die Voll Hardware Variante(VHDL) eine Loesunng 
anbietet.

Eigentlich hast recht mit dem Titel. Editieren war unmoeglich :-).

Es gibt ein Master Signal der mit 300 MHz laeuft und ziel ist es mehere 
Geraete Phasen Synchron zum Master signal lauffen zu lassen. Es geht um 
DAQ Systeme und Synchronisation von Kanal zu Kanal und Geraet zu Geraet.

Der Wunsch waere natuerlich ohne Zusatzleitung und aus der Rechearche 
kammen wir auf PTP und SyncE Variante. Fehlt aber die Erfahrung dazu :-)

Gruesse

Nxitimi

von c-hater (Gast)


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Nxitimi schrieb:

> PTP koennte eine Loesung sein aber laut unsere Rechearche ungenau. Es
> bleibt zu hoffen dass die Voll Hardware Variante(VHDL) eine Loesunng
> anbietet.

Eine Lösung kann es nur für ein genau definiertes Problem geben. Und mit 
der genauen Definition des Problems haperte es bisher ganz erheblich.

Weder war eindeutig erkennbar, welcher Takt letztlich synchronisiert 
werden soll und vor allem war auch nicht erkennbar, wie genau er 
synchronisiert werden muss, d.h.: welcher maximale Phasenfehler zulässig 
ist.

von Rolf M. (rmagnus)


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Nxitimi schrieb:
> Hi Rolf,
>
> PTP koennte eine Loesung sein aber laut unsere Rechearche ungenau. Es
> bleibt zu hoffen dass die Voll Hardware Variante(VHDL) eine Loesunng
> anbietet.

PTP ist für sowas auch nicht gemacht. Über Ethernet wird man auch nicht 
viel mehr erreichen können.

> Es gibt ein Master Signal der mit 300 MHz laeuft und ziel ist es mehere
> Geraete Phasen Synchron zum Master signal lauffen zu lassen.

Die Frage ist, wie genau es denn phasensynchron sein muss. Und auch, ob 
die 20m immer gleich bleiben und dem System präzise bekannt sind. Die 
Wellenlänge von 300 MHz liegt in Kupfer bei ca. 1,5m, d.h. auf deine 20m 
hast schon du rein durch die Laufzeit auf der Leitung über 13 Perioden 
(4800°) an Verschiebung. Du musst also die Kabellänge mit 
berücksichtigen, um das zu kompensieren.

von Georg (Gast)


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Rolf M. schrieb:
> hast schon du rein durch die Laufzeit auf der Leitung über 13 Perioden
> (4800°) an Verschiebung. Du musst also die Kabellänge mit
> berücksichtigen, um das zu kompensieren.

Immer diese blöde Lichtgeschwindigkeit. Das hat uns Einstein 
eingebrockt.

Vielleicht könnte der TO sein Problem mit Quantenverschränkung lösen, 
aber nicht über Ethernet, vielleicht Glasfaser.

Georg

von Pandur S. (jetztnicht)


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Das ist ja alles gut, aber die Anforderung waere ?
Vorher geht nichts, loesungen gibt es viele.
Falls nicht uebertrieben :
https://menhir-photonics.com/applications/timing-distribution/
https://www.menlosystems.com/products/timing-distribution-solutions/tds/

: Bearbeitet durch User
von Nxitimi (Gast)


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Rolf M. schrieb:
> Die Frage ist, wie genau es denn phasensynchron sein muss. Und auch, ob
> die 20m immer gleich bleiben und dem System präzise bekannt sind. Die
> Wellenlänge von 300 MHz liegt in Kupfer bei ca. 1,5m, d.h. auf deine 20m
> hast schon du rein durch die Laufzeit auf der Leitung über 13 Perioden
> (4800°) an Verschiebung. Du musst also die Kabellänge mit
> berücksichtigen, um das zu kompensieren.

300 MHz sind 3.33 ns Periode. Phasen-Jitter < 3.33 ns sein.

von Nxitimi (Gast)


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Nxitimi schrieb:
> 300 MHz sind 3.33 ns Periode. Phasen-Jitter < 3.33 ns sein.

Nxitimi schrieb:
> die 20m immer gleich bleiben und dem System präzise bekannt sind

Ja. Die 20m sind bleiben gleich und die Idee ist es die Laufzeiten zu 
kompensieren.

von Nxitimi (Gast)


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Georg schrieb:
> Vielleicht könnte der TO sein Problem mit Quantenverschränkung lösen,
> aber nicht über Ethernet, vielleicht Glasfaser.

Hallo Georg,

was meinst du damit genau??

von PTP (Gast)


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Bei PTP sind die Laufzeiten einfach gesagt erstmal egal weil es die 
Delays auf der Leitung weitestgehend kompensieren kann.

Trotzdem - Es gibt im Netzwerk immer einen Grandmaster Knoten und der 
muss 130 clock-slaves protokolltechnisch bedienen. Das ist denke ich 
nicht so ohne.

Realistisch kann man bei PTP bei einer idealen 1:1 Ethernetverbindung 
ohne Switch und guter Implementierung mit HW-Timestamping eine 
Synchronisation im mittleren zweistelligen Nanosekundenbereich 
hinbekommen.

Um das Signal präzise nach außen zu geben, haben viele Ethernet-MACs 
irgendwelche PPS Ausgänge die entweder irgendwelche Frequenzen auf Basis 
der PTP Clock ausgeben oder sie können Pulse ausgeben wenn bestimmte 
Zeiten erreicht werden (quasi eine Art Time-Alarm).

von No Y. (noy)


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Ich glaube nicht das er wirklich eine 300MHz Clk ausgeben will oder?

Er redet doch bestimmt eher über SynchronousEthernet "ITU-T G.8262" als 
QoS Teil oder?
Also mit in den Paketen drin, so Richtung TSN usw. oder?


PTP hats ja gerade oben genauer beschrieben..

: Bearbeitet durch User
von Purzel H. (hacky)


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Bevor irgendwelche untauglichen Instrumente kommen, um das Signal auf 
die Kabellaenge zu kompensieren, empfehle ich je ein Kabel von 20m 
Laenge abzuschneiden. Das ist guenstiger und genauer. Allenfalls kann 
man ECL Clocksignale verzoegern, mit einem MC100EP196 oder aenhlich.

: Bearbeitet durch User
von Robert M. (r_mu)


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Mal im CERN im Open Hardware Repository vorbeischaun:

https://ohwr.org/project/white-rabbit

White Rabbit is a fully deterministic Ethernet-based network for general 
purpose data transfer and synchronization. It can synchronize over 1000 
nodes with sub-ns accuracy over fiber lengths of up to 10 km. 
Commercially available.

More info at the Wiki Page 
https://ohwr.org/project/white-rabbit/wikis/home

von Nxitimi (Gast)


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No Y. schrieb:
> Ich glaube nicht das er wirklich eine 300MHz Clk ausgeben will oder?
>
> Er redet doch bestimmt eher über SynchronousEthernet "ITU-T G.8262" als
> QoS Teil oder?
> Also mit in den Paketen drin, so Richtung TSN usw. oder?
>
> PTP hats ja gerade oben genauer beschrieben..

Das was wir brauchen sind es im Ernst: 300 MHz. Und der Wunsch waere 
ueber
1 Gbit Ethernet zu realisieren. Deswegen das Thema PTP und SyncE.

Die Kollegen hier:
https://www.nettimelogic.com/ptp-ordinary-clock.php

haben komplett in Hardware implementiert aber die Versprechen nicht 
viel: +-25 Nanosekunden.

Es gibt aber eine Firma die uns verspricht, dass die < 3.33 Nanosekunden 
sicher erreichen wuerden. Aber laut dem was ich im Internet sehe scheint 
mir eher unmoeglich zu sein!!..

von Georg (Gast)


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Robert M. schrieb im Beitrag #6740754 (CERN):
> Commercially available.

Bisher der einzig erfolgversprechende Vorschlag. Hört sich aber nicht 
besonders preiswert an.

Georg

von No Y. (noy)


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Der war gut...

So spezielle Anforderungen die nicht mal eben jede Bastelbude kann ist 
meistens nicht sehr Preiswert...

Wobei das auch wiederum auf die Definition ankommt. Wenn das Geräte für 
ein paar Tausend / Millionen sind kann so ein System in Relation dazu 
auch wieder Preiswert sein...

Wenn das halt für billige Kommerzielle Produkte ist sieht es halt anders 
aus.. Aber dann würde man sowas auch nicht benötigen.

Was soll es den später ca. werden?

Irgend eine Highspeed / Synchronisierte Fertigungsstraße oder was wird 
es?

von Nxitimi (Gast)


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No Y. schrieb:
> Was soll es den später ca. werden?
>
> Irgend eine Highspeed / Synchronisierte Fertigungsstraße oder was wird
> es?

Am Ende wird ein Pruefgeraet mit 16 Kanaelle werden ~ 50k wird es 
verkauft.

Es geht um Materialpruefung/Zerstoerungsfreie Pruefung.

von Nxitimi (Gast)


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Robert M. schrieb:
> Mal im CERN im Open Hardware Repository vorbeischaun:
>
> https://ohwr.org/project/white-rabbit
>
> White Rabbit is a fully deterministic Ethernet-based network for general
> purpose data transfer and synchronization. It can synchronize over 1000
> nodes with sub-ns accuracy over fiber lengths of up to 10 km.
> Commercially available.
>
> More info at the Wiki Page
> https://ohwr.org/project/white-rabbit/wikis/home

Die Frage die ich mir stelle ist es: Die Nutzen auch SyncE und PTP und 
wie erreichen die so eine hohe Prezission??

von Purzel H. (hacky)


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Weshalb kann man nicht einfach die 300MHz durch ein Kabel der passenden 
Laenge lassen ? Wenn man nicht N gleichlange Kabel verlegen will, kann 
man die Laenge mit Verzoegerungsbausteinen kompensieren. Dazu ist 
allerdings zu beachten, dass die Geschwindigkeit auf Kabeln auch von der 
Temperatur abhaengig ist. Je nach Anforderungen halt.

von Reinhard S. (rezz)


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Georg schrieb:
> Rolf M. schrieb:
> Immer diese blöde Lichtgeschwindigkeit. Das hat uns Einstein
> eingebrockt.
>
> Vielleicht könnte der TO sein Problem mit Quantenverschränkung lösen,
> aber nicht über Ethernet, vielleicht Glasfaser.

Wobei du sowohl über Glasfaser als auch über Kupfer nur rund 2/3 der 
Lichtgeschwindigkeit als Signalausbreitung hast.

von Georg (Gast)


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Reinhard S. schrieb:
> Wobei du sowohl über Glasfaser als auch über Kupfer nur rund 2/3 der
> Lichtgeschwindigkeit als Signalausbreitung hast.

Eben nicht bei verschränkten Quantenzuständen, die reagieren ohne 
Verzögerung. Eines der grossen Rätsel der Quantenmechanik, aber 
experimentell bestätigt.

Zitat:
"Während kleinere Netzwerke zum Quantenschlüsselaustauch über 
Glasfaserkabel in einigen Ländern schon im Betrieb sind, ist ein echtes 
sog. Quantennetzwerk, das insbesondere Quantencomputer an verschiedenen 
Orten miteinander verschränken und somit verbinden kann, noch 
Zukunftsmusik"

Aus:
https://www.int.fraunhofer.de/de/geschaeftsfelder/corporate-technology-foresight/Quantenverschraenkung-in-der-Technik.html

Georg

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