Задача :
Есть кварц, микроконтроллер, атомные часы. Атомные часы подключаются к устройству скажем раз в месяц. Нужно откалибровать кварц так что бы он шёл с максимально возможной точностью при потреблении ~10мка.
Вопрос : правильно ли эту задачу решаю я и как надо ? На какой результат можно рассчитывать ?

Кварц 32768Гц висит на ногах процессора, в процессоре идут часы. Пока процессор мог получать импульсы от атомных часов, рассчитывается поправочный коэффициент для кварца, который затем периодически вносится в значение времени (как именно это происходит думаю рассказывать не за чем)
Но ещё надо учесть тепловой дрейф частоты. Беру из документации на кварц KX-327NHT значение temperature tolerance B = -(0.035+-0,006)ppm/C^2
Подставляю его в формулу f=fo(1+B(T-To)^2 ) , т.е. если я во время калибровки измерил fo при температуре +25С , то получается f=fo(1-0.035(t-25)^2 ) (знак - правильно ?) .
Измерение температуры и расчёт поправки на неё процессор делает каждые 10 минут.


Заранее спасибо за консультацию !

Не лучше ли стабилизировать температуру кварца?

Боюсь, тока 10мка для этого не хватит

А почему так редко?
Если электричество экономим, то нужно всю конструкцию сделать массивной и окружить теплоизолятором.

А если посчитать. 10мкА заряжают ионистор в течении 9,9минут. А в течении 0.1 минуты он прогревает кварц до рабочей температуры. А если ещё и 20мкА дать, то точно должно получиться.

там еще старение указано в 3ppm за год, что соответсвует 8ppb в день, что опять же соответствует уходу температуры на 0.5гр.
то есть за месяц может накопиться ошибки как от ухода температуры на 3 градуса,
так что если температура меняется не сильно, на несколько градусов, особой радости от её измерения и компенсации не будет, он и без температуры на столько же по частоте шарится сам по себе.
ну и возможно поправочный коэффициент, про который рассказывать не за чем, думаю может быть не просто коэффициентом который устанавливается раз и на всегда до следующей поверки, а неким полиномом от времени, который в себе помнит предыстроию поверок, и коэффициенты которого уточняются при каждой поверке атомными часами.


только вот часы должны идти непрерывно, а не по 6 секунд, каждые 10 минут.

может лучше эти 10мка копить в ионисторе, но не для нагрева, а чтобы какой-нибудь gps раз в сутки запускать ненадолго и брать с него синхронизацию.

"только вот часы должны идти непрерывно, а не по 6 секунд, каждые 10 минут.

может лучше эти 10мка копить в ионисторе, но не для нагрева, а чтобы какой-нибудь gps раз в сутки запускать ненадолго и брать с него синхронизацию."

В таком случае получится, что необходимо будет снимать на 10 минут напряжение питания с генератора тактовой частоты для того, чтобы зарядить ионистор, что противоречит условию задачи.

Кроме того при столь малом токе питания схема будет чувствительна к любому колебанию напряжения, пульсациям и прочим дестабилизирующим факторам, в которые, кстати, входит пресловутая коррекция ухода частоты, поскольку:
а) микроконтроллер в режиме выполнения логических действий создаёт помехи по цепям питания (незначительные для дубовой логики, но критичные для "точных" аналоговых цепей, или "слаботочных")
б) микроконтроллер в режиме выполнения логических действий увеличивает ток потребления, поэтому в результирующей функции потребления нужно учесть потребление микроконтроллера в режиме коррекции частоты.

Коррекция частоты возможна при известной функции зависимости ухода частоты от времени. Как правило эта зависимость включает в себя статические и динамические (рандомные в общем случае) параметры, джиттеры логических элементов. Даже при наличии данных об уходе частоты всё равно достаточно сложно экстраполировать уход реальной частоты от фантомной. Это, кстати, предполагает, что при коррекции времени каждые 10 минут разбег во времени между атомным стандартом и системным временем должен быть не более 1/32768 (для данной опорной частоты).

Также если учитывать температурный дрейф, то понадобится ещё и температурный датчик. Отсюда дополнительное потребление. Поэтому вариант массивной конструкции более предпочтителен. Но лично мне не нравится. Лучше всего вариант с сосудом Дьюара. Тогда вариант массивности и веса конструкции автоматически закрывается и рассчитывается необходимый объем в зависимости от необходимой температурной стабильности в течение промежутка времени (10 минут, например)

Сообщение отредактировал AlexOlevski - Mar 27 2014, 13:44

В принципе есть резонаторы в стеклянном корпусе наподобие ламп.
Там они в вакууме. Сверху одевается алюминиевый экран. Чтобы предотвратить передачу излучением
А вообще есть же готовые кварцевые генераторы
Морион напр производит.
Может еще корректировать коэффициенты зависимости, для этого записывать таблицу изменения частоты и температуры

Резонаторы например http://www.quartz1.com/price/group.php?group=430
Коричнего цвета-прошедшие уже облучение есть в наличии.

Какая Вам необходима точность?
Попробуйте воспользоваться TCXO MEMS генератором http://www.sitime.com/products/32-khz-oscillators/sit1552

Вероятно, что с ним сможете добиться точности и низких токов потребления. Там также есть функция изменения уровней драйвера, так что можно добиться меньших токов, чем с кварцем.

Сообщение отредактировал Катран - Mar 28 2014, 22:36

Касательно температурной нестабильности - ТЧХ кварца в широком диапазоне температур удовлетворительно (+-2 ppm) описывается полиномом 5-го порядка. Но для получения нормального термокомпенсированного генератора требуется предварительная селекция резонаторов, поскольку зачастую бывают явления резкого микроскачка частоты при интерференции основной гармоники и паразитной. Для узкого диапазона температур (типа 0 ... +50) по вашей формуле вы попадете в 3-5 ppm, но если не проводить селекцию резонаторов то результат будет хуже.
Также старение частоты у маленьких и неизвестных кварцев может достигать фантастических величин (1-2 ppm в неделю запросто), у крупных и хороших - 1 ppm в год.
Могу оценить достижимый результат по данной методике в 5-10ppm.

На этом фоне последняя ссылка выглядит очень интересно, правда пока не видел такого ни разу, и chipfind тоже не нашел где это можно купить.

Большое спасибо всем ответившим.
По последней ссылке, sit1552 , действительно ни где не бьётся.

Я не раз получал бесплатные образцы http://www.sitime.com/support/request-samples. Если не получиться, то пишете мне в личку. Дам "волшебный" e-mail, помогающий получить сэмплы .

Вы попробуйте, они уже есть в сеймплах.

По старению MEMS гораздо лучше своих предшественников.

Еще можете посмотреть Digikey. Там пока SiT1532/1533 есть.
Кстати, если микроконтроллер типа MSP430, LPC, STM32, RL78G13 или EFM32, то смогу помочь с выбором уровней NanoDrive, что бы подключить к кварцевому генератору микроконтроллера.

Сообщение отредактировал Катран - Mar 31 2014, 07:13