KCCS
Precision Timing
By KCCS Engineering Team · Updated 2026 · 7 min read
A GPS-disciplined oscillator (GPSDO) locks an internal OCXO to the 1PPS signal from GNSS satellites. As long as the satellites are visible, the output is traceable to UTC. The real engineering question is what happens when the signal is lost — a scenario called holdover. This note explains how holdover is specified, what drives the error budget, and how to choose the right oscillator for your outage tolerance.
Le holdover est la précision de chronométrage de l'oscillateur après qu'il a perdu sa référence externe (GNSS 1PPS, PTP, ou une autre horloge maître). L'oscillateur interne continue de tourner seul, mais sa fréquence dérive à cause des variations de température, du vieillissement et de son bruit inhérent. L'erreur de temps accumulée croît avec le temps.
Les datasheets citent typiquement le holdover comme une erreur de temps maximale sur une fenêtre définie, par exemple « ±1,5 μs sur 24 h ». Ce n'est pas un nombre unique — c'est l'erreur accumulée en pire cas sous les conditions spécifiées (température fixe, ou plage de température en pire cas).
1. Temperature stability of the OCXO. This is usually the dominant term. If the equipment room changes by 5 °C and the OCXO has 0.1 ppb/°C sensitivity, the frequency shifts by 0.5 ppb. Over 24 hours that accumulates to about 43 ms of timing error — far worse than any aging specification. This is why holdover numbers quoted at constant temperature are not the same as holdover numbers across the actual operating range.
2. Aging rate. A typical OCXO ages at 1E-10 per day (0.1 ppb/day). Over a 24-hour holdover that is about 8.6 ms. Lower-aging OCXOs (1E-11/day) reduce this by 10×.
3. Initial accuracy and calibration offset. The oscillator starts holdover with a small residual frequency error from the last disciplined state. A well-designed GPSDO leaves less than 1E-12 offset at the moment of loss.
4. Warm-up and re-acquisition behavior. When the GNSS signal returns, the oscillator needs to re-lock. Fast re-acquisition (3 minutes to within 10 ppb) reduces the exposure window.
| Class | Holdover (24 h, 25 °C) | Typical Use |
|---|---|---|
| TCXO-based | ±1–5 ms | Consumer GPS, simple sync |
| Low-cost OCXO (KDO5/9/11) | ±0.1–1 μs | Cost-sensitive base stations |
| High-performance OCXO (KDO27/65) | ±0.1–1.5 μs | PTP grandmasters, PMU, financial |
| CSAC (KCSA35) | ≤5 μs over years | GNSS-denied, portable reference |
| CPT (KCPTA50) | ≤1 μs over 24 h, ±5E-11 over temp | Outdoor / wide-temp disciplined |
Si votre application exige un holdover sub-microseconde sur une large plage de température (armoire extérieure, véhicule, plate-forme aérienne), ne vous fiez pas à la spec 25 °C du datasheet. Demandez au fabricant le chiffre de holdover sur la plage de température réelle que vous rencontrerez. La série KCCS KDO27 est spécifiée à ±1,5 μs/24 h à température constante ; sur -40 °C à +85 °C le chiffre change, et nous pouvons fournir le chiffre en pire cas sur demande.
For truly unattended operation where GNSS might be unavailable for days (underground, ocean bottom, indoor testing), a CSAC or CPT clock replaces the OCXO entirely. Their holdover is not temperature-dependent in the same way, and they do not need an oven.
Tell us your holdover window, temperature range and power budget — we will spec the right KDO series or atomic clock.
Demander un devisNotre équipe technique vous aide à choisir l'oscillateur optimal.