Holdover NTP: TCXO, OCXO und Rubidium verglichen

Ein Zeitserver bezieht seine präzise Zeit normalerweise von Satelliten (GPS). Aber was, wenn dieses Signal kurz ausfällt? Dann muss der Server auf seiner eigenen eingebauten Uhr weiterticken, ohne abzudriften. Das nennt man Holdover. Wie lange das gut geht, hängt vom Typ der eingebauten Uhr ab, dem Oszillator.

Drei Typen, von günstig bis teuer

• TCXO: hält Minuten bis einige Stunden durch. Passend für gewöhnliche IT.
• OCXO: hält einen Tag bis mehrere Tage durch. Der Standard für Broadcast und Industrie.
• Rubidium: eine Mini-Atomuhr, hält Wochen durch. Für Verteidigung, Telekom und kritische Anwendungen.

Unser Rat

Viele Kunden kaufen Rubidium, weil „das das Beste ist". In 9 von 10 Fällen genügt ein OCXO, zum halben Preis. Wichtiger als eine teure Uhr ist eine gute GPS-Antenne: Haben Sie fast immer Signal, ist Holdover selten nötig. Wir stellen die richtigen Fragen, damit Sie nicht zu viel zahlen.

Holdover ist die Fähigkeit eines Zeitservers, innerhalb der Toleranz zu bleiben, nachdem die externe Referenz (GNSS, IRIG, etc.) weggefallen ist. Der Oszillatortyp bestimmt, wie lange das gelingt — von Stunden bis Monaten.

Welche Holdover-Quellen gibt es?

TCXO — Temperature-Compensated Crystal Oscillator

• Stabilität: ±0,5 ppm typisch, Drift ~50 μs/Stunde
• Holdover bei UTC-Spec (±1 ms): 30 Minuten bis einige Stunden
• Kosten: gering
• Anwendung: IT-Server, Büroumgebungen, nicht-kritische Anwendungen

Ein TCXO kompensiert temperaturverursachten Frequenz-Drift über einen internen Thermistor. Günstig, aber relativ ungenau. Für die meisten IT-Zwecke ist das mehr als ausreichend.

OCXO — Oven-Controlled Crystal Oscillator

• Stabilität: ±0,01–0,05 ppm typisch, Drift ~1–5 μs/Stunde
• Holdover bei UTC-Spec: 24 Stunden bis mehrere Tage
• Kosten: mittel
• Anwendung: Broadcast, Financial Trading, Rechenzentren, die UTC-Traceability nachweisen müssen

Ein OCXO hält den Kristall auf einer festen Temperatur über einen Miniatur-Ofen (daher der Name). Das eliminiert Temperatur-Drift fast vollständig. Der Kristall zieht durchgehend einige Watt — seien Sie sich der Wärmeabgabe in dichten Rackräumen bewusst.

Rubidium — Atomic Frequency Standard

• Stabilität: ±1e-11 typisch, Drift ~36 ns/Stunde
• Holdover bei UTC-Spec: mehrere Monate
• Kosten: hoch
• Anwendung: Defense, Telekom-Fronthaul, Scientific (Radioastronomie), High-Frequency Trading

Ein Rubidium Standard nutzt ein atomar-physikalisches Phänomen (Hyperfein-Übergang von Rubidium-87), um Frequenz zu erzeugen. Es ist im Grunde eine Mini-Atomuhr in Ihrem Rackchassis. Sehr stabil — aber die Rubidium Zelle "lebt" 10–15 Jahre und muss danach ersetzt werden.

Welcher Oszillator für welche Situation?

Use Case	Empfohlen	Grund
Unternehmensserver, Log-Sync	TCXO (NTP100 default)	Günstig, ms-Accuracy ausreichend
Broadcast TV-Studio	OCXO (NTP100-OSC)	Frame-accurate Sync muss Stunden überleben
Rechenzentrum mit SLA	OCXO	Nachweisbare Holdover für Audit
Börsenhandel MiFID-Compliance	Rubidium oder OCXO + Secondary	100 μs über 24 h — keine Marge für Drift
Digital Substation IEC 61850	OCXO + PTP	Power Profile verlangt μs-Niveau
Defense Mission-Critical	Rubidium	Tage bis Monate ohne GNSS überbrücken

## Warum ist Holdover ein Kettenproblem?

Der Oszillator ist ein Glied. Andere schwache Glieder: Antennenkabel-Shielding, Switch-Jitter, Ground Loops. Ein Rubidium mit einer schlechten Antenne ist verschwendetes Geld. Zuerst ein gutes GNSS Set, dann erst teures Holdover — wenn Sie 99 % der Zeit Lock haben, ist ein TCXO oder OCXO schon genug.

Wie hilft Daylight bei der Wahl der richtigen Holdover-Quelle?

Wir sehen zu viele Kunden, die Rubidium kaufen, weil "das ist das Beste". In 9 von 10 Fällen reicht ein OCXO aus, für die Hälfte des Preises. Rufen Sie Daylight an, und wir stellen die richtigen Fragen — teuer ist nicht immer nötig.

Quellen

• NIST Time and Frequency Division
• Banerjee & Matsakis — Modern Timekeeping (akademische Referenz)