Firmware for synchronizing chip-scale atomic clock to GPS

Denne masteroppgaven er gjennomført som et avsluttende prosjekt i masterprogrammet Embedded Electronic System Design ved Chalmers University of Technology, Gøteborg. Arbeidet er gjennomført for Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) som også har definert oppgaven. Oppgaven har gått ut på å utvikle mikrokontrollerprogramvare for å kunne synkronisere Chip- Scale Atomic Clock (CSAC) med GPS. Det overordnede målet med oppgaven er implementere og teste et GPS-synkronisert og CSAC drevet klokkesystem, ment for integrering med FFIs demonstratorsystem Networked Intelligent Underwater Sensors (NILUS) . I 2011 lanserte Symmetricom verdens første kommersielle Chip-Scale Atomic Clock. Denne hadde vesentlig forbedrede spesifikasjoner med tanke på vekt, ytelse og strømforbruk i forhold andre tilgjen- gelige oscillatorer. I 2015 er CSAC fortsatt den ledende oscillatorvalget for mobile applikasjoner med strenge krav for tidsnøyaktighet og presisjon. Ved å kombinere ytelsen og funksjonaliteten i CSAC og GPS håper FFI å kunne drastisk forbedre tidssynkroniseringen i NILUS, som vil kunne heve ytelsen i systemet og kunne åpne opp for nye bruksområder. Oppgavens spesifikke mål er å utvikle og evaluere mikrokontrollerprogramvare for et nytt kretskort i NILUS, «CSAC board», med fokus på å oppnå så god tidsnøyaktighet og presisjon som komponentene gjør mulig. Et design som inkluderer de nødvendige funksjonene er implementert og testet. Designet gjør det mulig å synkronisere uavhengige NILUS-noder innenfor ± 200 ns, med en frekvensnøyaktighet på 3.6 × 10−10. Asynkrone triggersignaler kan generere tidsstempler med en oppløsning på 100 ns. I løpet av arbeidet er det identifisert nye utfordringer og løsninger som er verdifulle for videre utvikling og systemintegrasjon. Både programvare- og elektronikkdesiget har vist seg å være godt egnet for oppgaven og er anbefalt som grunnlag for et endelig design.