RE: Kmitočtový normál - Was:Re: Takový hloupý problém - Eagle

Zuffa Jan ZuffaJ na cgc.sk
Sobota Březen 2 15:33:50 CET 2024 

Lacne OCXO mam na mysli desiatky eur s 20 ppb a kratkodobu stabilitou 7*10^-11 @100s
Cinan pise 2x10^-12 som si to teda spocital a mne vyslo pri tejto konstrukcii
10^-10 ak zoberiem do uvahy ze doba merania periody pre presnost 1ns bude 100 period
+ dlhodobre priemerovanie nameranych hodnot. Ci sa da dlhodobym priemerovanim pridat 2 dalsie rady neviem mozno ma cinan na to nejaky magic
Vystup 1PPS ma sice znacny jitter bezne 10-50ns ten sa ale za 100 period nenaakumuluje.
Ja to stavat nechcem su to len teoreticke uvahy a ako pises nemam to ani ako zmerat takze to TM4313 asi kupim a uspokojim sa
s tym, ze to je tak ako pises. A okrem spominaneho su tu aj dalsie parametrre oscilatora ako fazovy sum resp jitter
ale tie sa ak tomu dobre rozumiem pri pouziti pre frekvencny citac spriemeruju a vyrazny vplyv na meranie mat nebudu.

J.







________________________________
From: Hw-list [hw-list-bounces na list.hw.cz] on behalf of Daniel Valuch [balu na k-net.fr]
Sent: Saturday, March 02, 2024 12:13 PM
To: hw-list na list.hw.cz
Subject: Re: Kmitočtový normál - Was:Re: Takový hloupý problém - Eagle


nie som si uplne isty ako sa da vyuzit spomenute priemerovanie (za 10 hodin) na dosiahnutie presnosti (2x10^-12 s lacnym OCXO).

Su dva hlavne parametre - 1) absolutna hodnota frekvencie a 2) stabilita frekvencie (bez ohladu na jej absolutnu hodnotu)

Lacne oscilatory su lacne, lebo nemaju ani jedno. Aby priemerovanie pocas dlhych casovych usekov fungovalo musi mat stabilita riadeneho oscilatora spravnu distribuciu a musi byt stabilne nahodna na dlzke trvania tych priemerovacich usekov. Ak je oscilator citlivy na vlhkost, teplotu, vibracie, kvalitu napajacieho napatia, stabilitu zataze atd. tak to uz nie je nahodne a technika nieje velmi uzitocna. Rovnako na meranie to nie je velmi uzitocne, lebo merany objekt musi byt rovnako stabilny a rovnako nahodny pocas spominanych 10 hodin a merat sa musi pocas spominanych 10 hodin. Co nie je casto pripad. Takze vysledna neistota je obrovska. V ziadnom pripade nie v rade 2x10^-12.

To je rovnako pouzitelny fakt ako to, ze som vyratal, ze moje atomove pendlovky dosiahnu rovnaku odchylku ako vodikovy maser pri case merania 33000 rokov.

Aby disciplinovanie fungovalo, musi mat disciplinovany oscilator porovnatelnu, alebo lepsiu stabilitu (parameter 2) ako oscilator, ktory ho disciplinuje. Preto su kvalitne krystalove oscilatory tak drahe. Musi to byt necitlive na vsetko. Kratkodobu stabilitu (povedzme do tych 10 hodin) zabezpecuje OCXO, dlhodobu GNSS. S lacnym OCXO sa spominana presnost neda dosiahnut, pac to stale beha hore dole. Rovnako kvalitny signal ako z lacneho OCXO lezie priamo z GPS prijimaca, ktory ma na sebe lacne (?)CXO. Dalsi externy oscilator tam potom netreba.

OCXO pouzitelne pre domace zvykani uz nie su az tak drahe https://eu.mouser.com/c/passive-components/frequency-control-timing-devices/oscillators/ocxo-oscillators/?frequency=10%20MHz%7C~100%20MHz&instock=y&sort=pricing%7C1

Su to stale nizsie stovky Eur, ale su od renomovaneho vyrobcu a parametre su definovane. Veril by som tomu viac ako noname krabici od cinana, ktora je ale zato lacna.

Problem je, ze to doma nemas s cim merat/porovnat. Mas sice skvely pocit ake perfektne zariadenie si si postavil, ale kym nemas k dispozicii lepsie zariadenie, tak nikdy nezistis ako (ne)spravne hodnoty to produkuje a ako nekvalitny je vystupny signal. Zo skusenosti si dovolim tvrdit, ze doma vies dosiahnut 10^-10, s velkym usilim a dobrymi znalostami max. 10^-11 skutocnej presnosti a spravnosti. Potom uz treba profesionalne, velmi drahe vybavenie.

b.



On 02/03/2024 10:15, Zuffa Jan wrote:

Presnost sa dohana priemerovanim a dlhymi dobami radovo v desiatkach hodin.
Software musi tiez pocitat s vypadkami signalu a aj s glitchmi 1PPS.
Diabol sa skryva v detailoch softveru. Myslim ze by to bol pekny projekt na niekolko mesiacov.
Touto metodou je mozne dosiahnut presnost 2x10^-12 s lacnym OCXO.
Ano, AXTAL je rovnako presny ale kolko stoji a kde ho kupit?
Kvalitny OCXO bude stat nasobne viac ako TM4313 s cenou pod 100Eur. Na alim su GPS riadene normaly aj za 700-800Eur

J.

________________________________________
From: Hw-list [hw-list-bounces na list.hw.cz<mailto:hw-list-bounces na list.hw.cz>] on behalf of Pavel Kořenský [pavel.korensky na dator3.cz<mailto:pavel.korensky na dator3.cz>]
Sent: Saturday, March 02, 2024 12:10 AM
To: hw-list na list.hw.cz<mailto:hw-list na list.hw.cz>
Subject: Re: Kmitočtový normál - Was:Re: Takový hloupý problém - Eagle

Mně to už takhle večer úplně nemyslí, ale vidím v téhle metodě dva
zásadní problémy.

1. Jak signál z OCXO tak i 1PPS nejsou úplně přesné. Pokud dojde k
odchylce, tak bude nutné spočítat korekci, poslat jí nějak do DAC
převodníku a to nemluvím o spoustě počítání nějakého delšího filtru v
řádu hodin či desítek hodin pro filtraci šumu. Tohle se těžko stihne při
frekvenci hodin shodné s 10 MHz OCXO.
2. Účelem těch zapojení není přesnost na 1 Hz při kmitočtu OCXO 10 MHz.
Samotný slušný OCXO má krátkodobou stabilitu kolem 1x10^-10 nebo lepší i
když se do něj nijak netrká. Na 10 MHz je to tedy 0.001 Hz. Ten Axtal co
zmiňoval kolega má dokonce krátkodobou přesnost 2x10^-12. Cílem zapojení
je stabilisovat ten OCXO tak, aby byl přesný třeba na 1x10^-12
dlouhodobě, včetně stárnutí i krátkodobých glitchů v GPS signálu. A na
to měření s přesností 1Hz opravdu nestačí.

Zdraví PavelK

P.S. Pokud jsem se ve své úvaze opět někde seknul o řád nebo tři, tak to
berte s reservou. Je pátek večer a mám v sobě pár skleniček dobrého vína. :)


Dne 01.03.2024 v 17:30 Zuffa Jan napsal(a):


Mne sa pacia riesenia jednoduche:

Signal 10MHz z OCXO sa privedie priamo do procesora ako hodiny.
Vystup z GPS modulu 1PPS sa pripoji tiez rovno do procesora.
Nasledne sa vnutorny 16 bitovy casovac pripoji priamo na hodiny.
za 1PPS sa pretoci 152x (toto cislo nas ale nezaujima) a jeho hodnota ostane 38680 (10000000 modulo  65536) za predpokladu
ze odchylka je 0 Hz. Nasledne sa vypocita korekcia a posle bud na PWM vystup alebo
D/A prevodnik spat do riadenia OCXO. Ciste softverove a hardverovo minimalisticke riesenie.
A potom uz staci len naprogramovat :)

j.

-----Original Message-----
From: Hw-list <hw-list-bounces na list.hw.cz><mailto:hw-list-bounces na list.hw.cz> On Behalf Of Daniel Valuch
Sent: Friday, March 1, 2024 4:19 PM
To: hw-list na list.hw.cz<mailto:hw-list na list.hw.cz>
Subject: Re: Kmitočtový normál - Was:Re: Takový hloupý problém - Eagle

zhodou okolnosti mam zrovna diplomanta, ktory GPS disciplinovany oscilator konstruuje. Takze vysledky budeme poznat uz o 2-3 mesiace :-)

Pouziva tento material:

OCXO Axtal AXIOM145-ULN21 https://www.axtal.com/cms/docs/doc91144.pdf

GNSS prijimac Ublox ZED-F9T-10B
https://www.u-blox.com/en/product/zed-f9t-module

fazovy detektor je analogovy, signal sa hned navzorkuje a vsetko ostatne ohladom PLL a riadenia OCXO je implementovane plne digitalne.


Zatial sme merali:

stabilitu a fazovy sum oscilatora

https://dvaluch.web.cern.ch/temp/oscilator/AXIOM%20145-ULN21.PNG

stabilita referencneho signalu 1.25MHz z Ublox prijimaca
https://dvaluch.web.cern.ch/temp/oscilator/Ublox_stability_5days.png
(ako referencia je pouzity aktivny vodikovy maser disciplinovany
ceziovou fontanou)

a porovnanie Allanovej odchylky obidvoch - OCXO 10MHz (modra krivka) a
Ublox 1.25MHz (hneda krivka)
https://dvaluch.web.cern.ch/temp/oscilator/axiom145-uln21%20Allan%20deviation%2010MHz.PNG

a jitter 1 PPS pulzu z Ublox vzhladom na aktivny vodikovy maser. Zlta je
hrana 1 PPS, tmavoruzova 10 MHz z MASERa. Rozptyl je tam cca. +/-10 ns
https://dvaluch.web.cern.ch/temp/oscilator/ublox%201pps%20vs%2010MHz%20MASER.png


Fazovy detektor bude porovnavat frekvencie 1.25MHz, nie 1 Hz/1 pps.

Som zvedavy ako dobry bude vystup. Ucelom je pouzit take parametre PLL
aby sa co najlepsie vyuzili vlastnosti aj krystaloveho oscilatora aj
gnss prijimaca.

b.


On 01/03/2024 11:39, Pavel Kořenský wrote:


Zdravím,

fázový závěs tam být musí, protože ten právě za a) stabilizuje ten
OCXO oscilátor aby byl přesný a za b) kompensuje přirozené stárnutí
oscilátoru.
A taky to potřebuje filtr, protože jednak ten signál 1PPS z běžně
dostupných GPS modulů má nějaký jitter a za druhé může být dost značný
jitter do samotného GPS signálu přidávaný uměle.
V tom článku na který jsem uváděl ten link je to dost dobře popsané.
Ten článek vznikl v době, kdy SA (Selective Availability) ještě do GPS
přidáváno bylo. Pokud si dobře pamatuju, americký DoD přestal používat
SA až v roce 2000.

Nicméně, princip všech takových normálů je stejný. Uvnitř je lepší či
horší OCXO (od toho se odvíjí do značné míry cena celého zařízení) a
jeho výstup je dolaďovaný tím, že se zjišťuje fázový rozdíl mezi 1PPS
pulsem a výstupem toho oscilátoru. A PID regulátor průběžně dolaďuje
pomocí nějakého DAC ten OCXO tak, aby fázový rozdíl těch signálů byl
pokud možno konstantní.

V minulosti jsem pár těch kmitočtových normálů "Made in China" měřil a
výsledky nebyly žádná sláva. Ono se totiž musí umět ten OCXO udělat a
to není žádná legrace, to vyžaduje hodně solidní know-how, pokud to má
být stabilní řekněme s přesností (AV) 5*10^-12 za 10 hodin nebo
lepší.  Pokud by to chtěl člověk použít jako referenci v laboratoři a
odvozovat od toho časovou základnu osciloskopu a/nebo čítače, tak je
IMHO lepší koupit na EBay nějaký starý HP10811 oscilátor a postavit si
k němu to řízení uvedené v článku nebo si udělat řízení vlastní. V
moderní době by celé to řízení myslím zvládlo i jedno Raspberry Pi
Pico, pokud by se šikovně použily periferie (PWM a PIO moduly) té 2040
v něm.

Zdraví PavelK

Dne 01.03.2024 v 10:15 Zuffa Jan napsal(a):


Zdravim,

Cinan ma takychto normalov celu kopu ako pozeram ale
pouzivaju GNSS a teda ktovie ako to u nas pobezi.
Nemate niekto nejaky overeny napr. od aliho?
Resp. coho sa vyvarovat lebo ako som si kde tu nieco cital, tak
samotny gps modul nestaci, musi byt k tomu pripojeny PLL
lebo signal z gps modulu vypadava .

j.

-----Original Message-----
From: Hw-list <hw-list-bounces na list.hw.cz><mailto:hw-list-bounces na list.hw.cz> On Behalf Of Pavel Korenský
Sent: Thursday, February 29, 2024 5:12 PM
To: hw-list na list.hw.cz<mailto:hw-list na list.hw.cz>
Subject: Re: Takový hloupý problém - Eagle

Zdravím,

tak ono to není až tak úplně původně moje zapojení.
Je to modifikace tohoto - https://www.qsl.net/n9zia/wireless/QST_GPS.pdf

Já jsem si na to akorát dělal jiný tišťák, protože původní jsem už
nesehnal a krom toho jsem funkce některých obvodů v tom původním
zapojení zintegroval do jednoho isp1032 CPLD od Lattice Semiconductor.
Chodí to dobře, už mi to tady běží 25 let, je to jedna z těch věcí co
se dá někam na poličku, koax se píchne zezadu do měřáků které
potřebují vstup externí kmitočtové reference 10 MHz a je vymalováno.
A člověk si na to vzpomene právě tak jednou za 6-8 let, když tomu
odejde externí zdroj 12V.

Akorát dneska by se to moje zapojení asi blbě stavělo znovu, protože
ty GPS moduly Motorola OnCore UT+ se už dávno nedělají a ty isp1032
taky ne. To už by bylo lepší vyjít z původního zapojení a udělat si
vlastní logiku v moderním CPLD a použít jiný GPS modul vhodný pro
časové aplikace (což není každý GPS modul, je žádoucí aby jitter na
1PPS pulsu byl < 25 ps).

Schémátko toho mého řešení je jako PDF v příloze.

Zdraví PavelK


_______________________________________________
HW-list mailing list  -  sponsored by www.HW.cz<http://www.HW.cz>
Hw-list na list.hw.cz<mailto:Hw-list na list.hw.cz>
http://list.hw.cz/mailman/listinfo/hw-list
_______________________________________________
HW-list mailing list  -  sponsored by www.HW.cz<http://www.HW.cz>
Hw-list na list.hw.cz<mailto:Hw-list na list.hw.cz>
http://list.hw.cz/mailman/listinfo/hw-list


_______________________________________________
HW-list mailing list  -  sponsored by www.HW.cz<http://www.HW.cz>
Hw-list na list.hw.cz<mailto:Hw-list na list.hw.cz>
http://list.hw.cz/mailman/listinfo/hw-list
_______________________________________________
HW-list mailing list  -  sponsored by www.HW.cz<http://www.HW.cz>
Hw-list na list.hw.cz<mailto:Hw-list na list.hw.cz>
http://list.hw.cz/mailman/listinfo/hw-list

Další informace o konferenci Hw-list