AN-002: Holdover Budget Calculation

Application Note AN-002 · By KCCS Engineering Team · Updated 2026 · 8 min read

Why Holdover Budget Matters

Wenn ein PTP-Grandmaster seine Timing-Quelle verliert, schaltet das Netz in den Holdover-Modus. Wie lange die Genauigkeit gehalten wird, hängt allein vom internen Oszillator ab. Holdover als "±1 μs über 24 h" zu spezifizieren, ohne die Fehlerquellen aufzuschlüsseln, führt zu Überdesign (Bezahlung eines nicht benötigten OCXO) oder Unterdesign (Feldausfälle).

The Three Error Terms

1. Temperature-induced drift. This is usually the largest term. If the oscillator has frequency vs temperature stability Δf/f and the equipment room changes by ΔT during holdover, the frequency shift is Δf/f × ΔT. Over a holdover window of T hours, the accumulated time error is:

Error = (Δf/f × ΔT) × T

Beispiel: Ein OCXO mit 0,1 ppb/°C Empfindlichkeit in einem Raum, der um 10 °C über 24 h schwankt, akkumuliert 0,1 ppb × 10 = 1 ppb Frequenzverschiebung. Über 24 h (86.400 s) sind das 86,4 μs Zeitfehler. Deshalb wird aus "±1,5 μs/24 h bei 25 °C" in einem ungekühlten Schrank eine ganz andere Zahl.

2. Aging. A typical OCXO ages at 1E-10/day. Over one day that is 8.6 ms. This is small compared to temperature drift in most real-world deployments, but it dominates if the equipment room is tightly controlled.

3. Initial offset and measurement noise. The residual frequency error at the moment holdover starts, plus the short-term noise integrated over the window. A well-disciplined oscillator leaves less than 1E-12 offset; ADEV contributes a few hundred nanoseconds over 24 h.

Worked Example

Wenn Ihr Netz ±1 μs über 24 h benötigt, erfüllt ein 0,1 ppb/°C OCXO in schwankender Umgebung die Spezifikation nicht. Optionen: (a) Gehäuse thermisch stabilisieren, (b) auf einen ±0,01 ppb OCXO wie die KOT-Serie aufrüsten oder (c) eine CPT/CSAC-Atomreferenz verwenden, die nicht dieselbe Temperaturempfindlichkeit hat.

Tips for Your Budget

- Kennen Sie Ihr tatsächliches Temperaturprofil. Eine Labor-Spezifikation ±1,5 μs/24 h ist nicht dasselbe wie Feld-Holdover über -20 °C bis +60 °C.

- Berücksichtigen Sie die Aufwärmzeit. Wenn das Gerät stromlos wird und neu startet, ist die Ofenaufwärmzeit wichtiger als der Holdover selbst.

- Design for the 99th percentile, not the typical case.