Прецизионный кварцевый генератор, Специфические требования. Опции

[Stanislav]

Думаю, что сюда... Если нет - перенесите, пожалуйста.

Уважаемые участники форума.
По долгу службы возникла необходимость создать генератор сигнала с весьма "героическими" параметрами.
Всё бы ничего, если б не их специфичность...

Итак, вводная:
- частота выходного сигнала - 20 МГц;
- кратковременная нестабильность (девиация Аллана) на базе 0,1-5,0 секунд - не более 3*10^-12;
- погрешность начальной уставки частоты - не более +/-2*10^-6, с возможностью регулировки в заданных пределах.
Собственно, это всё. Остальные параметры особо не волнуют.

Что имеется.
- наплатный термостат с двумя термобарьерами и внешней термоизоляцией из пористого материала. Так себе термостатик...;
- возможность приобретения любых необходимых компонентов;
- понимание того, чем отличается прецизинный генератор от "обычного", в части теории и "железа".
Приобретение оборудования для оценки параметров генераторов также возможно.

Собственно, первые же вопросы.

1. Нужен транзистор с бета не менее 100 на постоянном токе, и граничной частотой бета >2ГГц. Малошумящий, с малым уровнем фликкера на 1 Гц и менее (возможно, эта нестабильность по-другому называется).
Фликкера обычно нет даташитах, потому и вопрос. Кто эти параметры выложит - тому я должник.

2. Нужен проверенный поставщик кварцевых резонаторов в партии >1000 шт с параметрами:
- частота настройки - 5 или 10 МГц;
- добротность - не менее 1,5х10^6;
- температура настройки - 75-85 градусов С;
- гармоника не имеет значения. Габарит - имеет.
- SC-срез имеет преимущество (нужна устойчивость к ускорениям и повышенная мощность на кристалле).

Буду умножать, или выделять электрическую гармонику.

На 20 МГц, насколько мне известно, кварцев с такими характеристиками не бывает, но если ошибаюсь, будет отрадно. Там уже, как минимум, 5-я гармоника нужна - это я сказать могу точно...

Ежели кто может помочь советом - буду премного благодарен.
И ещё - не сочтите за невежливость, но надеюсь только на квалифицированное участие. Соорудить трёхточку могу, муделятором не пользуюсь, и прошу не объяснять, как это нужно делать.
Благодарю за понимание, и заранее спасибо.

ЗЫ. Схемные решения могут быть интересны, если они не содержат объёмных компонентов. В любом случае, нужно делать оглядку на условия.
Но, вообще говоря, это даже не вопрос, так что прошу особенно не заморачиваться..

[Stanislav]

Это компоненты генератора MV89A? Фото не очень чёткое, маркировка различается с трудом, хотя схему можно при желании "срисовать".
За инфу - большое спасибо.

[rloc]

Фото не очень чёткое, маркировка различается с трудом, хотя схему можно при желании "срисовать".

На ebay смотрю предложений достаточно, можно и с оригинала срисовать. А если прикрутить CPLD или ARM, то и простейший измеритель частотной вариации будет.

[Stanislav]

На ebay смотрю предложений достаточно, можно и с оригинала срисовать.

Можно, да только зачем?

А если прикрутить CPLD или ARM, то и простейший измеритель частотной вариации будет.

Прикрутить каким концом прикажете?

[rloc]

Прикрутить каким концом прикажете?

Горячим.
Нужен многоразрядный счетчик. Умножаем 5 МГц на PLL до 100-400 МГц и
http://rubiola.org/pdf-slides/2008T-femto-counters.pdf

Ну, можно и готовый:
http://quartzlock.com/product/test-and-mea...-Analysis/A7-MX

P.S. Конечно немного утрирую задачу, если прямо в лоб решать точности получатся не те. В 5115A/5120A/5125A входной сигнал оцифровывается АЦП, а значит для измерения временных интервалов есть полная информация об амплитуде и фазе, в отличие от счетчиков с компараторами, а значит можно интерполяцией более точно определять временные промежутки (фазу), в априорном предположении синусоидальной формы сигнала. А для прямоугольного сигнала есть набор антиалисовых аналоговых и цифровых фильтров.

[Stanislav]

P.S. Конечно немного утрирую задачу, если прямо в лоб решать точности получатся не те.

Совершенно верно.
Извините, но такой способ не годится.

Пока нет прибора для "Алланов", то можно поступить для оценки вариации следующим образом:

Такой способ позволяет наблюдать нестабильность воочию, но измерить - ни в коей мере. Там накапливать данные долго придётся.
Cтарая добрая E-MU 1212/1616 + перемножитель справятся куда лучше.
Ну, а обработку написать недолго. Напр., на Матлабе.

ЗЫ. Вопрос о приобретении прибора пока не стоит. В течение же года - заказать вполне реально.
Пока хочу посмотреть, что имеется, и понять, на какую сумму нужно разводить контору.

[rloc]

Вопрос о приобретении прибора пока не стоит. В течение года - реально.
Пока хочу посмотреть, что имеется, и понять, на какую сумму нужно разводить контору.

Против кросскорреляции во временной области поспорить сложно, а на больших интервалах времени конкурентов просто нет. Остается еще подыскать стандарт частоты (рубидий, цезий, водород - ненужное зачеркнуть), по возможности с кратностью родной частоте, без всяких сложных DDS и PLL, дающих 5 или 10 МГц на выходе.

[Stanislav]

Против кросскорреляции во временной области поспорить сложно, а на больших интервалах времени конкурентов просто нет. Остается еще подыскать стандарт частоты (рубидий, цезий, водород - ненужное зачеркнуть), по возможности на родной частоте, без всяких сложных DDS и PLL, дающих 5 или 10 МГц на выходе.

Извините, не совсем понял, что подразумевается под кросскорреляцией?
Алланов же можно вычислить прямо в лоб, была бы запись нужной длины. Наверное, в приборе это и делается.

ЗЫ. Рубидиевый эталон имеется.

На выходе перемножителя (он же смеситель), что вы будете наблюдать подав сигнал на звуковую карту?

Как что?
Результат перемножения двух функций (точнее, его НЧ часть). Иными словами, сигнал разностной частоты двух генераторов.

[vhk]

Как что?
Результат перемножения двух функций (точнее, его НЧ часть). Иными словами, сигнал разностной частоты двух генераторов.

Это если частоты генераторов разные, а разность частот попадает в полосу E-MU 1616, 1-90 кГц.
В вашем случае, частоты генераторов одинаковы.

[Stanislav]

Это если частоты генераторов разные, а разность частот попадает в полосу E-MU 1616, 1-90 кГц.
В вашем случае, частоты генераторов одинаковы.

Ну, отстроить можно, если два одинаковых. Там примерно 10 герц разницы надо, чтобы в полосу (снизу) попасть.
А можно и расширить полосу карточки, до 0 Гц. Правда, там фликкер самого АЦП и усилителя может влиять.

Ещё есть НЧ измерительные АЦП. На них тоже дивайс слепить можно.
У меня "безфликкерные" AD7195 где-то лежат.

Во временную область не сильно вдавался, возможно правильнее было сказать кросс-вариация, тут вообще нет пока устоявшегося термина.

Честно говоря, не встречал такого термина.
Там тупо по определению можно считать. С инерциальными датчиками я так и поступал, не мудрствуя лукаво... Только там накапливать приходилось часами.

...Любой стандарт частоты имеет свойство со временем накапливать систематические ошибки. Люди пытаются бороться и с этим недостатком. Пока не встречал, где бы Symmetricom раскрывала свои секреты.

Да мне-то нужны интервалы секунд 10 максимум. За это время уход эталона будет мизерным.
А систематическая ошибка там вообще побоку. Алланы есть мера изменения величины за определённое время.

[vhk]

Ну, отстроить можно, если два одинаковых. Там примерно 10 герц разницы надо, чтобы в полосу (снизу) попасть.

Схему нарушите, для таких кварцев разницу 50-60 Герц можно получить когда один кварц в нагретом термостате, а другой в холодном.

А можно и расширить полосу карточки, до 0 Гц. Правда, там фликкер самого АЦП и усилителя может влиять.

На этих частотах карты сильно шумят, на картинке 1212М, желательно 20 кГц.
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1377360506
Метод -два генератора и осциллограф это отсутствие трудозатрат, а если цифровой китайский, то берите данные в Маткад.

[Stanislav]

Схему нарушите, для таких кварцев разницу 50-60 Герц можно получить когда один кварц в нагретом термостате, а другой в холодном.

10 Гц - это 1 ppm при 10МГц генераторе. И 0,5 ppm - при 20МГц.
Перестроить можно спокойно на 2-3 ppm, благо подстройка там всё равно будет.

На этих частотах карты сильно шумят, на картинке 1212М, желательно 20 кГц.
http://www.cqham.ru/forum/attachment.php?a...mp;d=1377360506

Спасибо за инфу.
Возможно, Вы меня предостерегли от опрометчивого поступка.
С измерительными АЦП, думается, однако, больших проблем не возникнет.

Метод -два генератора и осциллограф это отсутствие трудозатрат, а если цифровой китайский, то берите данные в Маткад.

По мне, так не очень-то метод.
Допустим, для оценки алланов нужно накопить данные в течение 20 минут. Как предлагаете сделать это с помощью осциллографа?
--------------------

ЗЫ. Посмотрел внимательнее (и на хоботе тоже) - карточка шумит не сильно.
Шумы генератора на единицах герц отстройки будут децибел на 30 больше.
Такшта...

ЗЗЫ. В Вашей картинке не совсем понятно, что взято за 0дБ?

[vhk]

По мне, так не очень-то метод.
Допустим, для оценки алланов нужно накопить данные в течение 20 минут. Как предлагаете сделать это с помощью осциллографа?

В модели SDS7102V (одной из самых недорогих) которой располагаю 10 Мб памяти, можно передавать в компьютер и далее обрабатывать в вашей программе.
На этапе наладки термостата, очень наглядно по методике с осциллографом смотреть куда отклонение.

ЗЫ. Посмотрел внимательнее - карточка шумит не сильно.
Шумы генератора на единицах герц отстройки будут децибел на 30 больше.
Такшта...

Измерения с картой мне нравятся, все спектры фазовых шумов так записаны, но частоты 20-30 Герц и их гармоники после смесителя, лучше бы 20-30 кГц где гармоники не мешают.

В Вашей картинке, непонятно, что взято за 0дБ?

За 0 дБ взят максимальный уровень входного напряжения, это 2 Вэфф.

Сообщение отредактировал vhk - Jan 22 2014, 23:44

[Stanislav]

В модели SDS7102V (одной из самых недорогих) которой располагаю 10 Мб памяти, можно передавать в компьютер и далее обрабатывать в вашей программе.

Простите, но на вопрос Вы не ответили.
Без этого обсуждать предложенный метод не имеет смысла.

На этапе наладки термостата, очень наглядно по методике с осциллографом смотреть куда отклонение.

Каждому овощу - свою грядку.

...Измерения с картой мне нравятся, все спектры фазовых шумов так записаны, но частоты 20-30 Герц и их гармоники после смесителя, лучше бы 20-30 кГц где гармоники не мешают.

Для моей задачи фазовые шумы и гармоники побоку.
Интересует область отстройки от основного тона в интервале +/-2 герца примерно.
Несущую при этом можно спустить до 10-20Гц, чтоб через карточку нормально проходило.

За 0 дБ взят максимальный уровень входного напряжения, это 2 Вэфф.

Ясно.
Тогда всё нормально с карточкой. Качественный генератор 10 МГц имеет на 1Гц отстройки около -100дБн; 20МГц - соответственно больше.
Получается почти 40дБ запаса по шумам карты.

[vhk]

Для моей задачи фазовые шумы и гармоники побоку.
Интересует область отстройки от основного тона +/-2 герца примерно.

На выходе смесителя будет сигнал, гармоники и фазовые шумы.
Оцифруете картой и из набора данных будете вычислять вариацию Аллана.
Для примера, на картинке спектр сигнала и ФШ. Частота 11,42 МГц, второй генератор на 32 кГц выше или ниже.
У вас, когда всё сделаете, в результате будет точно то же, но на более низкой частоте.
Будет интересно посмотреть, что у вас будет на спектре.


Сообщение отредактировал vhk - Jan 23 2014, 00:16

[Stanislav]

...У вас, когда всё сделаете, в результате будет точно то же, но на более низкой частоте.
Будет интересно посмотреть, что у вас будет на спектре.

Ваши картинки подтверждают мои предположения.
Не совсем понятно, что Вас в них смущает?

У тебя же скоп позволяет накидать скриптик для автоматизации и обрабатывать хоть на матлабе прямо средствами прибора (а можно и на хост кидать и на нём обрабатывать). Или уж нет того лекроя?

Есть, как же.
Нужно порядка 10 минут записи, чтоб похожий на правду результат получить. Лучше - больше.
Как это сделать при помощи осциллка, мне непонятно. Потому и спросил.
С аудио всё прозрачнее. Перемножители у меня есть, платку за день можно сделать (есть станок для фрезеровки).
Из Матлаба управляю звуковой непосредственно (для других пока что целей).

[vhk]

Нужно порядка 10 минут записи, чтоб похожий на правду результат получить. Лучше - больше.
Как это сделать при помощи осциллка, мне непонятно. Потому и спросил.
С аудио всё прозрачнее. Перемножители у меня есть, платку за день можно сделать (есть станок для фрезеровки).
Из Матлаба управляю звуковой непосредственно (для других пока что целей).

Записал в файл типа wav разностную частоту двух генераторов.
Объём файла около 90 Мб, 10,5 минуты. Файл по ссылке, можно проверить методику расчётов, интересно что будет с Алланами.
http://my-files.ru/0jtm93.allan.wav

[Stanislav]

Объём файла около 90 Мб, 10,5 минуты. Файл по ссылке, можно проверить методику расчётов, интересно что будет с Алланами.

Большое спасибо.
Рабочие программы остались на работе. Поэтому, попробую постепенно набросать, помогайте. Код потом выложу.

Сначала хочется просто посмотреть.
Модуль спектра сигнала взят по начальному куску длиной примерно 2,6 млн отсчётов в окне Блэкмана-Харриса.


А этот - в подобранном прямоугольном окне.

Оно?

[rloc]

А что такой разный уровень шума? И отдельные спуры нехило скачут.

А этот - в подобранном прямоугольном окне.

Начальная и конечная фаза синуса совпадает?

[Stanislav]

А что такой разный уровень шума? И отдельные спуры нехило скачут.

Свойства окон.
Поэтому и взял разные.
Для демонстрации того, что под спектром обычно подразумевается его оценка, с погрешностью в лапоть.
На эту тему много копий сломано...

Начальная и конечная фаза синуса совпадает?

Ога.
Более-менее.


ЗЫ. Карточка действительно заслуживает внимания. Полку в -150 дБн берёт легко, и ещё потенциал, по ощущениям, имеется. Только с экранировкой сигнальных цепей ув. vhk, видимо, стоит ещё поработать.

[rloc]

Свойства окон.
Поэтому и взял разные.

Так окна вроде на размазывание спектра влияют. Или у Вас сигнал с окном Блекмана расползся на два частотных дискрета и за счет нормировки по уровню сигнала увеличили шум на 3 дБ? Но со спурами все равно не понятно. Посчитайте для сравнения мощность шумов в обоих случаях.