10MHz Rubidium clock ervaringen

miedema

Golden Member

NKHteB,

Inderdaad leuk om ook werk & ervaringen van anderen te zien...

Ook bij jouw een mooi gebouwde Rb standaard :-)
Welke Rb module heb je hier gebruikt? Efratom LPRO-101?

Mooie uitlezing/monitoring van de diverse Rb parameters. Ben benieuwd of je daar in de loop van de tijd een verloop in hebt gezien....

groet, Gertjan.
Gertjan,

het is inderdaad een Efratom LPRO-101. Het voordeel van deze Rb standaard is, dat de interfacing redelijk eenvoudig is. Spanning er op (24V) en je hebt output.

Ik heb eigenlijk geen veranderingen gezien in de diverse parameters. Daarvoor is de uitlezing op de meter ook te grof (al is het wel een lief metertje.....). Het is meer een snelle check van de diverse spanningen, of ze aanwezig zijn. Normaliter lees ik de lampspanning af. Maar ik gebruik ook liefst zo veel mogelijk voorhanden spullen uit de voorraad. Je zou kunnen zeggen, dat ik er bewust een toepassing voor zoek, zo ook voor deze meter.

De enige verandering is die van C-field. Deze wordt m.b.v. een intelpotm (15 slagen) bijgeregeld als ik hem weer vergelijk met een van mijn GPSDO's HP58503A. Op die manier corrigeer je de (onvermijdelijke) frequentieverandering. Maar dat zijn natuurlijk extreem kleine variaties.

Ik heb nog behoorlijk lang met de koeling geexperimenteerd. De Rb zit op een 8 mm dikke aluminiumplaat, maar in de kast liep de temp. toch behoorlijk op. Uiteindelijk heb ik voor een kleine, geluidsarme ventilator gekozen. Deze houdt de temp. behoorlijk constant. Maar ik ben de werkelijke waarde daarvan vergeten. Kan het nu ook niet controleren, want ik heb hem uitgeleend aan een andere amateur.

Gr. N.
nil volentibus arduum niets is moeilijk voor hen die willen
Ha NKHteB,

Mooi gedaan man :D leuk idee de meter check gebruik je ook een kristal oscillator erbij?
Kijk als frequentie referentie is de Rb alleen prima te gebruiken maar ik gebruik het weer om andere te apparatuur te synchroniseren en dan op korte tijd vandaar dat bij mij de SSB ruis belangrijk is.
De lpro-101 gebruik ik ook straks heb ik nog een 4 tal systemen over.

Groet,
Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Hallo Henk e.a.,

voor het synchroniseren van mijn meetapparatuur, gebruik ik ook een Rb Standaard, de Rb2. Dit is ook een LPRO-101 met een (professionele) verdeelversterker. Deze is in een ander item op CO ook al eens de revue gepasseerd.





Misschien is het hier, nou ja spreekwoordelijk dan "vloeken in de kerk", maar ik voed dit soort apparatuur met een geschakelde voeding. In dit geval van MeanWell, 24V DC bij -ik meen- 1.5A. Dat bevalt goed. De combinatie LPRO-101 in combinatie met een identieke voeding, is getest bij PBT in Braunschweig en ze konden daar geen invloed van de voeding meten.

Als kristal oscillator gebruik ik de HP10544A.



Zijn "opvolger", de HP10811B ga ik binnenkort inbouwen, bedoeld als bron voor "schone" metingen.



Gr. N.
nil volentibus arduum niets is moeilijk voor hen die willen
miedema

Golden Member

Ha NKHteB,

Dank je voor je foto's.

Misschien is die schakelende voeding juist wel een goed idee... In mijn tests bleek dat ik de velden van een 50Hz trafo maar moeilijk buiten de Rb kon houden. Wellicht is dat met het hoogfrequente trafootje van een geschakelde voeding minder een probleem. In elk geval zit hij al in een afscherm kooi. De uitgang kun je indien nodig extra filteren...

Heb je die HP 10544A bij je Rb ingebouwd?
Ik ben benieuwd hoe je de PLL hebt uitgevoerd....

groet, Gertjan.
Ha Gertjan,

het idee voor het gebruik van een geschakelde voeding, heb ik opgedaan tijdens een lezing in Weinheim, het "Mekka" van de VHF-UHF--SHF amateur. De spreker had een LPRO-101 samengebouwd met een MeanWell voeding. En deze was gemeten bij de PBT, de organisatie die ook achter de tijdzender DCF77 zit. Uit die test bleek, dat de voeding geen enkele invloed had op het uitgangsspectrum. Vergeet niet, dat er in de LPRO-101 ook heel veel zorg en aandacht wordt besteed aan het voedingscircuit.
Wat de HP10544A betreft. Deze zit in mijn allereerste -zelfgebouwde- GPSDO, naar een ontwerp uit UKW-Berichte. Anders dan de meeste schakelingen toendertijd, werkt deze op basis van het 1 PPS signaal. Een relatief lange inregeltijd, zo'n 2 a 4 uur, maar wel nauwkeurig. Ik kan de HP10544A daarin "stand alone" gebruiken, dan wel laten "bijtrekken" mbv bovenstaand beschreven proces. Dus geen PLL relatie met de Rb.
De HP10811B ga ik gebruiken zoals jullie de door jou ontwikkelde nauwkeurige kristalreferentie gebruiken.

Gr. N.
nil volentibus arduum niets is moeilijk voor hen die willen
miedema

Golden Member

Inmiddels staan op m'n werktafel 3 Rubidiums op te warmen ;-)

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_5351--drie-Rubidiums-ter-vergelijk-600pix.jpg


Als je 2 klokken vergelijkt weet je niet welke eigenschap je je aan welke klok moet toeschrijven.
Door 3 Rubidiums te vergelijken hoop ik beter inzicht te krijgen in hun gedrag.

Deze Rb's staan nu (samen met m'n Miller GPSDO, en 3 mooiste OCXO's) een paar dagen aan, zodat ze lekker stabiel worden.

Nog wat foto's maken, en documenten bij elkaar zoeken, dan stel ik ze in een volgende post voor....

groet, Gertjan.
miedema

Golden Member

De 3 Rubidiums voorgesteld

Deze drie Rubidiums zijn alle drie zelfbouw, op basis van bekende Rb modules. Ik zal ze in het vervolg benoemen met de naam van de module, dat maakt het overzichtelijker :-)

De linker Rb, Temex LPFRS-01

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_5360--Temex-LPFRS-01-600pix.jpg
alle foto's klikbaar voor grotere versies

De linker is mijn net gebouwde Rubidium. Hier is eigenlijk alles al over verteld een paar posts hierboven :-)

Deze Rb is op basis van een Temex LPFRS-01 module:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_4957--LPFRS-GJM---Identificatie-label-600pix.jpg

Temex heet sinds 2007 Spectratime

Spectratime LPFRS datasheet

Voor deze metingen voed ik de Temex LPFRS-01 uit m'n TTi PL303QMD labvoeding.




De middelste Rb, FEI FE-5680A

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_5359--FEI-FE-5680A-600pix.jpg

Deze FE-5680A module heb ik in bruikleen van Blackdog. Om er goed en betrouwbaar aan te kunnen meten heb ik de module in een eenvoudige behuizing gezet:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_4709--FE-5680-Rb-Bram-ingekast---inwendig-600pix.jpg

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_4711--FE-5680-Rb-Bram-ingekast---inwendig-600pix.jpg

Van deze FE-5680A zijn veel verschillende versies in omloop. Veelal special versions voor de telecom maatschappijen. Meestal uitgekleed, en toegespitst op een specifieke toepassing.

Zo heeft dit exemplaar wèl een instelpotje om de frequentie te tunen, maar dat blijkt niet aangesloten. Gelukkig blijkt deze wel option 2 te hebben: 10MHz uit, te tunen (in HEX...) via RS-232.
Er zijn dus ook versies waar andere frequenties dan 10MHz uit komen, of een breed regelbare frequentierange uit een DDS...

Belangrijk is dat de Rb goed gekoeld is, en een flinke thermische massa krijgt:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_4392--Rb-FE-5680-Bram-op-koelplaat-600pix.jpg

De behuizing zorgt ook dat de module thermisch stabieler wordt (geen tocht, en constantere omgevingstemperatuur)

Elektronisch is deze behuizing eigenlijk alleen een adapter. Verloop van de Rb connector naar 10MHz BNC, RS-232 sub-D etc. Wel heb ik een beveiliging tegen verkeerd omgepoolde voedingsspanning toegevoegd.

FE-5680A Blackdog schema interface
FE-5680A Rubidium datasheet

Voor deze metingen voed ik de FE-5680A ook uit m'n TTi PL303QMD labvoeding. (andere helft :-))



De rechter Rb, Stanford PRS10

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_5358--Stanford-Research-PRS10-600pix.jpg

Deze Rb is op basis van een module van Stanford Research Systems, de PRS10. Deze Rubidium is gebouwd door, en heb ik te leen van CO’er Camino1.

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/Stanford-PRS10-Rb-Henk-label-600pix.jpg

Leuk van deze PRS10 is dat de mogelijkheden zeer uitgebreid zijn. Zo zit de elektronica er al in om een 1pps signaal aan te kunnen bieden, waar de Rb dan aan kan locken. Ook zijn veel inwendige parameters uit te lezen, en in te stellen via RS-232.

Het monitor tooltje van de fabrikant:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/PRS10-rb-monitor-600pix.png

Zo is b.v. te zien dat de temperatuur van de behuizing ondanks de flinke koeler toch nog 69,3°C bedraagt (ad10, Case Temp)
Die koeler is overigens het minst warm van de 3 Rb's. Mogelijk minder goede warmte overdracht tussen module en koeler?

Het andere tabblad “RS-232 communications” is in feite een terminal venster. Hier kun je zelf losse commando’s typen, en resultaat terug zien.
Volgens Camino1 gaat het monitoren overigens nog vèèl mooier via Lady Heather :-) (niet geprobeerd…)

Ook deze Rb is in feite een “behuizing als adapter”. De 10MHz uit de module wordt rechtstreeks naar buiten gevoerd, zonder buffer of zo.
De extra LED's en gat voor Sub-D connector aan de rechterkant van het frontje zijn bedoeld om later een GPSDO in te bouwen, en zo de Rb (via 1pps) bij te tunen.

Stanford PRS10 brochure

Deze Rubidium heeft een ingebouwde netvoeding, in de vorm van een 24V schakelende voeding module. Omdat die een ingebouwd netfilter heeft met C'tjes naar massa gebruik ik een trafo achter de 10MHz uitgang. (Zelfde trafootje als standaard in de MasterClock uitgangen zit)


Leuk van deze 3 Rb's is dat ze alle drie veel voorkomende Rb’s in hobbyland vertegenwoordigen. Èèn bekende ontbreekt er dan nog: de Datum / Efratom LPRO101.
Gelukkig worden die op het moment (weer) betaalbaar aangeboden. De Chinees die ze aanbied heeft hierover een topic op EEVblog. Er is er eentje onderweg naar me :-)

Groet, Gertjan.
miedema

Golden Member

Korte termijn gedrag (faseruis & frequentie variaties)

Ik heb van de drie Rubidiums het korte termijn gedrag bekeken. Daar gaat het om de faseruis, en de frequentie stabiliteit op kortere termijn (dus niet drift). Ter vergelijk heb ik een mooie OCXO mee gemeten.

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/vergelijk-3-Rubidiums-t=100sec---freq-600pix.png
klik op grafiek voor grotere, beter leesbare versie

Je ziet hier frequentiemetingen tegen de tijd. Horizontaal 10sec/div, dus totaal 100 seconden.
Verticaal frequentie, 1mHz/div. Met 1 miliHertz per divisie zijn we dus behoorlijk ingezoomd :-).
De hoogte van de “ruisband” is een indicatie van de faseruis van het signaal.

Groen is een mooie OCXO (Oscilloquartz 8663 kloon/2nd source). Duidelijk de minste faseruis. En op deze kortere termijn super strak: meer dan 0,1mHz variatie zit er niet in.

Vandaar dat ik voor deze meting een broertje van deze OCXO als clock (referentie) heb gebruikt.
Immers, waar je naar kijkt is een optelsom van afwijkingen van clock en DUT…. Deze OCXO meting laat zien dat deze OCXO’s op deze korte termijn duidelijk beter presteren dan de Rubidiums. Dus we kunnen veilig aannemen dat het gedrag dat we zien bij de Rubidiums inderdaad aan de betreffende Rb toe te schrijven is :-)

Dan krijgen we in roze de Temex LPFRS-01: Mooi strak, geen frequentievariatie te zien. Maar dat verwacht je ook van een Rubidium :-). Wel is ook meteen duidelijk dat de faseruis een stuk groter is dan van een mooie OCXO….. (En deze Temex heeft optie X, een extra uitgangsfilter)

In rood het gedrag van de FE-5680A. Nog veel meer faseruis…. Zoveel dat de frequentiestabiliteit niet meer precies te zien is. Gemiddeld lijkt dat toch wel goed te zitten.
Dat is ook precies wat je op internet terug vindt aan ervaringen met deze FE-5680A. Deze Rb is het goedkoopst, maar vaak ook het meest uitgekleed.... Met name zendamateurs die op GHzen werken mopperen over de faseruis (maar dat doen ze eigenlijk over alle Rb's :-), en hangen er dan een PLL met OCXO aan op de boel op te knappen)

En dan in blauw de Stanford PRS10. De faseruis lijkt minder dan bij de andere 2 Rb’s, maar er zit een rimpel, een soort modulatie op de frequentie….
Een tijd terug heb ik deze PRS10 van Camino1 ook al gemeten, toen nog los op tafel, gevoed uit een labvoeding, en zag ik hetzelfde verschijnsel. Ik dacht toen dat deze Rb defect was….. Maar op internet vond ik andere metingen van de PRS10, en die zagen er net zo uit. Dus kennelijk hoort het gewoon zo….

Natuurlijk moet je die rimpel wel in perspectief zien: de frequentievariatie door die rimpel is maar 1mHz of zelfs wat minder.... Dat is kleiner dan 0,1ppb, (parts per billion) variatie of afwijking op 10MHz...



Van dezelfde meetresultaten heb ik ook de Allan Devation geplot:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/vergelijk-3-Rubidiums-t=100sec---adev2-600pix.png
klik op grafiek voor grotere, beter leesbare versie

Het gaat ons hier om het linker (en midden)deel van de grafiek. Daar zie je het korte termijngedrag, en de invloed van faseruis. Boven zeg 20sec. worden de resultaten onbetrouwbaar doordat variaties van de Clock OCXO een rol gaan spelen.

Maar onder die 20 seconden is de OCXO superieur. Dat laat de groene meting van de UTC 108663 OCXO zien: Het minste faseruis (helemaal links), en tussen 2 en 20 seconden komt de ADev in de buurt van 1x10-12, een hele mooie lage waarde. (ongeveer de bodem wat ik met OCXO’s kan bereiken)

Als we dan naar de Temex LPFRS-01 kijken, dan heeft die duidelijk meer faseruis dan de OCXO, maar ergens rond de 15sec begint de rubidium stabieler te worden dan de OCXO. Je kunt verwachten dat een Rb een veel betere lange termijn stabiliteit heeft, en dus de Adev curve schuin omlaag blijft lopen. Een OCXO daar en tegen zal op langere termijn weer minder stabiel worden door de hogere langere termijn drift…

De FE-5680A (rode curve) vertoont hetzelfde gedrag als de Temex, alleen ligt door de hogere faseruis de lijn een stuk hoger… Wat niet wil zeggen dat de FE-5680A op langere termijn niet net zo stabiel, of stabieler dan de Temex zou kunnen zijn. Maar dat is voor later...
De ADev voor korte tijden,( en dus ook faseruis) is een factor 10 slechter als van een mooie OCXO...

En dan de Stanford PRS10... (de blauwe curve) een geval apart...
Ook hier is (links) weer duidelijk dat de faseruis van deze PRS10 het laagst is van deze 3 Rubidiums.
Maar dan komt er een flinke bult... Die correspondeert natuurlijk met de frequentie fluctuaties uit het vorige plaatje. Hier ligt die bult rond 2 sec. Kijk vervolgens in het eerste plaatje wat zo’n beetje de frequentie van die modulaties is...
Deze karakteristieke bult vindt je ook terug in PRS10 Allan Deviation metingen elders op internet.

Wat na deze korte termijn metingen vooral blijft hangen is dat het karakter van deze 3 Rubidiums hier opvallend verschillend is!
En dat er voor optimale korte termijn prestaties niks boven een mooie OXCO gaat :-)

Groet, Gertjan.
Met belangstelling volg ik het topic. zelf heb ik een FE5680 met daarachter een 10MHz.Xtal filter. post binnenkort wel een foto/schema.indien daarvoor belangstelling..

groet.
blackdog

Golden Member

Hi Gertjan,

Mooi setje metingen!

Intake
Dat lijkt mij een goed plan om je documentatie online te zetten :-)

Groet,
Bram
Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha intake,

Natuurlijk alleen maar leuk & interessant al jij ook jouw oplossingen laat zien!
De FE-5680 is het meest voorkomend onder amateurs, dus daar zal zeker interesse zijn ;-)

groet, Gertjan.
Lupus

Golden Member

Hi Gert-Jan,

De metingen spreken voor zich, zou ik zeggen.
Veel duidelijker kun je het niet maken.

Zit je al in de buurt van een conclusie?
Overigens lijken jouw metingen andere observaties en metingen te bevestigen (EEVBlog).

Boeiend, dit alles.
Bedankt voor hey verslag,

Frans
miedema

Golden Member

Ha Lupus,

Ik ben nog ver weg van conlusies :-)

In feite ben ik nog bezig met een aanloopje.... Mijn echte interesse is hoe de Rb's zich gedragen op de langere termijn.

Dit omdat ik van plan ben om een OCXO te locken aan een rubidium. In feite kun je de contouren daarvan in het bovenstaande Allan Deviation plaatje al zien. Daar is de OCXO tot ong. 15 sec superieur, bij langere tijden de Rubidium.

Verder ben ik eigenlijk ook niet echt op zoek naar conclusies. Ik laat zien wat ik onderweg tegen kom. Een ieder kan daar z'n eigen conclusies uit trekken, in het licht van z'n eigen toepassing.

Inderdaad wel mooi als verschillende mensen meten, dat de resultaten in lijn met elkaar zijn. Geeft weer vertrouwen dat we op de goede weg zijn :-)

groet, Gertjan.
miedema

Golden Member

Efratom LPRO-101 binnen

Sneller dan verwacht kwam de LPRO-101 uit China binnen. Het wordt hier steeds gezelliger :-).
Na een dagje acclimatiseren (was toch druk met andere dingen) deze Rb eerst maar eens provisorisch aangesloten, om te kijken “wat het doet” , en of hij het doet... :-)

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_5362--Efratom-LPRO-101-GJM-eerste-tests-600pix.jpg

De LPRO-101 lockte meteen na 4...5 minuten, en lijkt verder in orde.( Ikoud = 1260mA, daarna Iwarm = 420mA)
Het lijkt wel een wat ouder exemplaar. Ziet er wat gehavend uit, en het serienummer lijkt laag....
(maar kostte ook maar de helft tot een derde van andere e-bay LPRO’s)

De LPRO-101 lijkt een generatie ouder dan de andere Rubidiums in deze vergelijking: Geen RS-232, dus niks uit te lezen of te programmeren. Alleen een instelpotje voor C-field (frequentie) en uitgangen voor analoge uitlezing van de belangrijkste parameters: lampspanning en kristal (stuur)spanning. Wel is er ook een spannings regelingang voor C-field (frequentie), en een uitgang voor “lock” indicatie.

Deze Efratom is mooi gebouwd, met veel aandacht voor afscherming en ontstoring. Mu-metalen behuizing, connector via doorvoercondensatoren. B.v. voor de 10MHz uitgang kun je kiezen of je de afscherming aan massa legt, maar als dat aardlus problemen oplevert is er ook aan alternatieve DC ontkoppelde massa aansluiting.

Sjiek is dat er in het manual een tekening staat, LPRO Design Integration Considerations, waar alle aansluitingen intern aan vast zitten, zodat je begrijpt hoe het zit, en verantwoorde ontwerpkeuzen kunt maken.

De LPRO-101 heeft volgens het manual een design-goal van een levensduur van 10 jaar, de Temex datasheet heeft over een verlengde levensverwachting van 20 jaar.
Ik moet natuurlijk nog dieper in deze Efratom duiken, en er verder in thuis raken :-).

LPRO User's guide and Integration guidelines

Mijn typeplaatje:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_5364--Efratom-LPRO-101-GJM-label-600pix.jpg




Na een uur leek de Rb stabiel. Weer vijf uur later heb ik dezelfde 100 seconde korte termijn meting gedaan als met de andere Rubidiums. Daarna heb ik het resultaat ingepast tussen de metingen van de andere Rb’s:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/vergelijk-4-Rubidiums-(+LPRO-101)-t=100sec-freq-600pix.png
klik op grafiek voor grotere, beter leesbare versie

De scherpe kijker ziet dat ik de Temex LPFRS-01 ook opnieuw gemeten heb. Daar bleek ik niet de meet-data van bewaard te hebben :-(

De Efratom LPRO-101 past mooi in dit plaatje. Net wat meer faseruis dan de Temex LPFRS-01, maar een stuk minder dan de FEI FE-5680A.


Datzelfde gedrag zien we ook terug in de Allan Deviation:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/vergelijk-4-Rubidiums-(+LPRO-101)-t=100sec-adev-600pix.png
klik op grafiek voor grotere, beter leesbare versie

Kijk wederom vooral naar het linker (en midden)deel van de grafiek.
Hier zie je nog beter dat de Efratom LPRO-101 qua gedrag mooi tussen de Temex LPFRS-01 en FE-5680A in past. Er ontstaat een duidelijke trend: LPFRS-01, LPRO-101 en FE-5680A vertonen soortgelijk gedrag, kennelijk kenmerkend voor Rubidium. Meer faseruis dan een OCXO, en een min of meer rechte lijn schuin naar beneden. De PRS10 is hier de vreemde eend in de bijt. (maar ik verwacht wel dat ook die op langere termijn hetzelfde gedrag vertoont)

Natuurlijk zijn de omstandigheden voor de LPRO-01 hier niet optimaal. Van deze opstelling met fan heb ik eerder al geconstateerd dat de resultaten wat minder (kunnen) zijn dan met een zwaar passief koelblok. (Maar dat geldt vooral voor de langere termijn). Verder staan de andere Rb’s al meerdere dagen aan, en zijn dus al mooi stabiel, terwijl de LPRO-101 nog jetlag heeft uit China.
Toch denk ik dat het voor dit vergelijk op korte termijn niet veel uitmaakt (drift op lange termijn is een ander verhaal...)

Wel heb ik de LPRO opstelling voor deze metingen al wat geoptimaliseerd ten opzichte van het eerste plaatje. Belangrijkste verschil: de fan staat nu op een zwaar plaatje op wat schuim. De trillingen van de fan zag ik terug in een verslechterde Allan Deviation.... Verder een kier in de LPRO behuizing dichtgeplakt met een strookje tape, zodat de koellucht niet naar binnen kan, en op het banaanstekerblokje een elco over de voeding (voeding is nu een schakelende Delta ES030-5)


Edit: Plaatje van de verbeterde LPRO testopstelling met fan:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/IMG_5367-Efratom_LPRO-101_testopstelling-verbeterd-600pix.jpg

De fan staat ook wat meer naar achter. Aan die achterkant produceert de LPRO-101 de meeste warmte.
Hier zie je ook meteen de LPRO van z'n wat meer gehavende kant :-)

Groet, Gertjan.
Alle time nuts hier op een kluitje.

Wat een mooi artikel Gertjan. Met de bekende haarscherpe foto's.

Misschien kan deze ook nog mee in de test:



Zit een oude Efratom FRK in.

Groet,

Henk
Ha heer miedema en alle meelezers,

Mooie foto's en duidelijke vergelijking misschien meer een controle of alles onderling nog goed werkt.
Die Rb units zijn allemaal min of meer hetzelfde als het voor de telecom markt is.
Wat wel verschilt is de ouderdom en daarmee de SSB ruis maar voor de stabiliteit in Lock is in orde :)

Wel hobbelt er soms een ander exemplaar tussen daar is de PRS10 van SRS er een van :D duidelijk niet voor het gewone werk!
Deze heeft een SC kristal in een dubbele oven aan boord en heeft een veel beter korte tijd stabiliteit dat is goed te zien.
Door de goede kwaliteit van de uitgang oscillator is de bandbreedte van de regel lus veel kleiner <0.5 Hz bij andere is dit 100 Hz....1 kHz.

Deze referentie is dus duidelijk ontworpen voor de korte/midden lange tijd ≈1 sec en ook dat is goed te zien.
Zoals zo vaak in de elektronica is hier ook een keerzijde en dat is het punt waarop de oscillator drift zichtbaar wordt maar door de kleine regel bandbreedte is er een gebied waar de regeling nog niet effectief genoeg is en ook dat is goed te zien :o
Hier zijn de ruis parameters duidelijk minder als de andere types uiteindelijk komen ze elkaar op een nog langer termijn weer tegen want dan is het de Rb die het werk doet.

@Camino1,

Leuk exemplaar ik heb iets wat er op lijkt van Telefunken of Siemens dat kan ik zo gauw niet voor de geest halen komt vanzelf weer boven water :)

Groet,
Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
miedema

Golden Member

Ha Camino1,

Je weet dat ik die Efratom FRK graag van je wil overnemen tegen de kostprijs om een reanimatie poging te doen :-)
Of reanimeer jij hem, zodat hij nog mee kan met m'n metingen.... :-)
(Ik was vandaag, een jaar later, weer in het dorp waar die Rb vandaan komt)


@electron920,
Verschillen worden ook bepaald door het oorspronkelijke prijskaartje van de Rb's. De FE-5680A was waarschijnlijk het goedkoopst, er zijn veel uitgeklede versies. En dan is het voor een ontwerper lastig om er nog wat moois van te maken :-)

Die PRS10 is inderdaad bijzonder (en meer no-compromise). Ook al omdat er veel meer instelbaar is. Zo zijn ook de tijdconstanten van de PLL's instelbaar. (Mogelijk zou je daar nog wat mee kunnen doen aan die bult in de Adev...)



Iedereen die nieuwsgierig is naar faseruis, en lange termijn Allen Deviation kan alvast hier kijken: Stability and Noise Performance of Various Rubidium Standards. Daar test John Miles, KE5FX ongeveer dezelfde Rubidiums.

Daar kun je o.a zien dat de PRS10 hetzelfde bultje heeft in z'n Allan Deviation als in mijn meting, en dat hij op lange termijn de beste van het stel is.
Zulke mooie faseruis plots als die van John Miles kan ik niet meten, maar mijn bevindingen corresponderen wel met z'n faseruis metingen.
Alleen jammer dat daar geen Temex LPFRS-01 is mee gemeten :-)

Groet, Gertjan.
Ha Camino1,

Weetje welke Rb daar in zit misschien van Ball ?

@heer miedema,

Dat is zeker waar voor de telecom gaat het om een stabiele klok en op de langere tijd betrouwbaar.
De PRS10 van SRS is duidelijk bedoeld voor gebruik in het fysisch domein waarbij de nadruk ligt op de kort tijd de zijband ruis welke ik gemeten heb is dan ook ruim 20dB beter als de doorsnee Rb!
Dat is de reden dat ik bij de meeste klokjes niet direct gebruik maak van de interne 10 MHz oscillator maar een externe oscillator aanstuur.

Ik verwacht niet dat de PRS10 zo is te configureren dat de zijbandruis verder omlaag kan althans het is mij niet gelukt :+
Het kan zijn dat door de hoge kwaliteit van het kristal (Q) en het smalle regelbereik de spurious respons op dat punt in de tijd correlatie vertoond met de ruis van de Rb maar ik heb dit nooit onderzocht.
Deze klok gebruikte ik juist voor de lage zijbandruis daar heb ik nu een ander systeem voor alleen zit het nog in de dozen :'-(

Groet,
Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
miedema

Golden Member

Rubidiums precies op 10MHz justeren

De afgelopen dagen ben ik bezig geweest om de Rubidiums zo goed mogelijk op 10MHz te zetten.
De 4 Rubidiums die nu op tafel staan zijn allemaal anders in de manier waarop je ze kunt justeren. Dus laten we daar eerst naar kijken.



De Temex LPFRS-01
De Temex kun je op 2 manieren bijsturen. De eerste is eigenlijk net als een goede OCXO: er zit een aansluiting op met een referentie spanning, en een aansluiting voor een spanningsingang om de frequentie bij te sturen. Met een multiturn potmeter tussen referentie en massa kun je dan frequentie tunen.

De 2e methode is om rechtstreeks, via RS-232 een “tune value” in te geven. Er zijn 2 tabellen met waarden, een voor grof en een voor fijn. Voor mijn Temex is de tabel voor fine tuning frequency correction ruim voldoende.
Er is geen specifieke software voor de Temex, ik gebruik voor communicatie Hyperterminal:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/Temex-LPFRS-01-freq-adjust-F1F-F20-screenshot-600pix.png

Op de bovenste regel heb ik met commando “V” versie info opgevraagd.
Op de 2e regel heb ik met commando “L0A” het huidige fine tune value opgevraagd.
Het nieuwe value kun je gewoon als commando geven, b.v. “F20” (=Fine(waarde), gekozen uit de tabel). Dat wordt dan automatisch opgeslagen. Op de derde regel heb ik die nieuwe waarde ter controle weer opgevraagd.

Deze directe weg via RS-232 heeft mijn voorkeur. Waarden kunnen tijdens het gebruik niet per ongeluk veranderd worden. En een opzet met potmeter geeft meteen weer een scala aan mogelijkheden voor ongewenste beïnvloeding. Denk aan tempco van de potmeter, drift van de referentie, instraling in de bedrading van die potmeter etc. Waarom dat allemaal voor je DAC hangen, als je de uitgang van die DAC ook rechtstreeks kunt instellen :-)

Nadeel van de tabel methode is dat het in stapjes van 0,1mHz gaat. Maar daar ligt ook ongeveer m’n meetgrens. De vraag is of nauwkeuriger zinvol is omdat ook Rubidiums tempco en drift hebben...
(spec voor drift is < 3x10-11 / month, dat is 0,3mHz per maand)


FEI FE-5680A
De FE-5680A is misschien wel het bijzonderste geval. Dat komt mede omdat er zoveel (uitgeklede) versies zijn. Bij veel versies is domweg weggelaten wat de klant niet nodig had. Maar er zijn ook versies waarbij de uitgang een DDS is, en de frequentie over een brede range ingesteld kan worden.

Deze FE-5680A van Blackdog heeft een instelpotje voor frequentie trim. Maar dat doet niks, blijkt niet aangesloten... Komt vaak voor bleek na zoeken op internet.
Dan maar hopen dat deze Rb optie 2 heeft: tunen via RS-232 (die opties staan er nergens op vermeld...)

Maar deze Rb tunen via RS-232 is niet zo simpel.... Je moet een referentiewaarde in HEX uitlezen, en daar een gewenste offset waarde in HEX bij optellen of aftrekken, en dan de nieuwe waarde in HEX ingeven.
Zie voor de details het hoofdstuk Frequency Adjustment in het FE-5680 manual. Ik werd er licht duizelig van... :-)

Hopelijk heeft iemand daar een programmaatje voor geschreven, denk je dan... Zoekend op internet vond ik een paar stokoude programmaatjes. Ze werkten echter geen van allen, omdat ze bedoeld bleken voor de versie met breed regelbare frequentie output.

Op time-nuts vond ik wel een verwijzing naar : "Fe5680Calibrator.exe" van Bob Campbell, VK4XV. Dat zou wèl moeten werken. Maar dat progje was nergens te vinden... Voordeel van een zendamateur is dat via z’n callsign hij wel op te sporen is. En na een mailtje naar Bob Campbell in Australië, kwam er een vriendelijke mail terug, met het progje er bij :-)

En het werkt voortreffelijk:

http://www.miedema.dyndns.org/co/2019/rb/3rb/FE5680-Calibrator-screenshot-600pix.png

Bovenaan kun je de standaard / basis waarde in HEX uitlezen. Je kunt dan zelf, gewoon decimaal, een offset waarde ingeven, die het progje vertaalt in HEX, vervolgens verrekend, en naar de Rb terug stuurt. Als je tevreden bent kun je de waarde permanent maken door die in EEPROM laten schrijven.
150 counts van het offset getal komt overeen met 1mHz frequentie variatie (plus is hogere freq, min is lager). Je kunt dus zèèr nauwkeurig tunen.
Daarmee is de FE-5680A nu het lekkerst te tunen van het hele stel :-)



Stanford PRS10
Ook de PRS10 heeft een seriële poort, met uitgebreide programmeer mogelijkheden.
Natuurlijk ook opties om de frequentie te justeren (dacht ik…..)

Onder andere zijn er deze commando's:
SF, Set Frequency. Met het "SF" commando kun je zeer nauwkeurig de 10MHz bijregelen: 100 stapjes komen overeen met 1mHz. Maar... Na een reboot staat de Rb weer op de nominale instelling. Dat "SF" commando is dus meer bedoeld om de PRS10 ergens aan te slaven, net zoals aan 1PPS... (Of om te gebruiken met een software besturing, die na elke herstart de waarde opnieuw in de PRS10 stopt)

FC, frequency controll. Hiermee stel je rechtstreeks de 10MHz oscillator in. Maar... In het manual staat dat dat alleen bedoeld is voor als je de PLL uitschakelt (en daarmee de automatische regeling)

SP Set Parameters. Hiermee kun je rechtstreeks de frequentie parameters instellen. Maar... Dit zijn grove instellingen, bedoeld om te kunnen corrigeren als de unit (b.v. door veroudering) uit z’n instel bereiken is gelopen. Lijkt me dus niet bedoeld om mee te fine-tunen :-)

Eigenlijk is de PRS10 te geavanceerd :-). De Stanford Research filosofie is dat je via software de frequentie instelt met “SF”, en de software bij elke herstart die waarde er opnieuw inzet. Achterliggende gedachte is dat de PRS10 compatibel blijft met andere “sockets” (apparaten/racks waar hij ingeplugd / uitgewisseld kan worden). Als die andere “socket” regelt met een externe spanning/potmeter zou de SF correctie ten onrechte ook mee blijven doen.
Een prima filosofie voor grootverbruikers, maar hier onhandig. Want onderaan de streep blijft hier alleen tunen via het ingebouwde instelpotje over…

Dat instelpotje zit aan de bovenkant van de unit, en Camino1 heeft dit mooi gebouwd, zodat het instelpotje handig via een gaatje in de koelplaat bereikbaar is.
Daar houdt het gemak ook een beetje op: door de lange tijdconstanten van de PRS10 moet je lang wachten tot de bijgetune frequentie weer stabiel is (meerdere uren tot een dag). En elke nauwkeurige frequentiemeting duurt een uur. Daarna op gevoel het instelpotje een beetje tweaken. (de rimpel op de 10MHz helpt ook niet). Dus je moet wel een paar dagen uittrekken om de PRS zo goed mogelijk te justeren...


Efratom LPRO-101
De LPRO heeft helemaal geen RS-232. Dus justeren moet via ingebouwd instelpotje, of een aangeboden externe spanning.
Voor die externe regelspanning biedt de LPRO-101 geen referentiespanning aan. Dus daar zul je ook zelf in moeten voorzien... Dat maakt de het mogelijke aantal externe fout factoren weer een stuk groter: De 10MHz wordt nu òòk beïnvloed door tempco en drift van die externe spaningsreferentie, plus tempco en drift van het potmeter netwerk....

Kiezen voor het ingebouwde instelpotje lijkt gunstiger. Dan zit alles (ref, potje) in de mu-metalen afscherming, en op de constante temperatuur binnen de Rb. (en die componenten zijn al mooi verouderd gedurende de levensduur van de Rb...)
Wel moet je dan voor je behuizing een constructie verzinnen zodat dat instelpotje toegankelijk is…..
Justeren van mijn LPRO is nog niet zinvol zolang die niet in een wat stabielere omgeving zit (koelplaat, behuizing). Dus daar heb ik nog geen moeite voor gedaan…..


In het algemeen is me na het justeren van deze Rb’s wel duidelijk geworden dat de weg via RS-232 te prefereren is. Belangrijkste voordelen zijn dat je in vaste stapjes kunt justeren, met een vast uitgangspunt. Je kunt naar een bekende waarde terugkeren, en uitrekenen hoeveel stapjes je moet veranderen om de gemeten frequentie offset in 1 keer te compenseren. Dat scheelt flink tijd!

Daarnaast kan een RS-232 instelling tijdens gebruik niet gewijzigd worden door per ongeluk aan een potje te komen, of b.v. door trillingen tijdens transport.

Groet, Gertjan.
Offtopic, Ik heb een HP5248L Frequency counter staan met een oven.
De interne oscillator is 1MHz. Er is aan de Coarse trimpot gedraaid.
Heeft iemand in de buurt van Sint-Michielsgestel tijd om hem bij hem weer te calibreren ?
Guus@Sint-Michielsgestel
Hallo Gertjan,

Op het gevaar af eentonig te worden, Lady Heather regelt het allemaal.
De SF waarde in het opstartscript van Lady Heather voor de PRS10 zetten. Dat is alles.
Je zei al dat je 1mHz in 100 stapjes kan instellen.

https://www.eevblog.com/forum/metrology/lady-heather-v6-beta...ndows-exe/

Groet,

Henk
miedema

Golden Member

Ha Camino1,

En dan kun je je Rb niet gebruiken zonder elke keer ook een PC met Lady Heather te laten draaien om de juiste frequentie correctie in je PRS10 te stoppen....

Lijkt me erg onhandig. Veel beter als die Rb stand-alone kan draaien...

Maar goed, als die PRS10 permanent opgesteld staat in een omgeving waar ook altijd PC's draaien, dan ben ik met je eens dat dat een goede optie kan zijn :-).

groet, Gertjan.
Ha Camino1,

Met Lady Heather draai(de) ik ook op een PI en een kleine display 10" .
Ik kan meerdere GPSDO's uitlezen en uitgangen schakelen werkt prettig.

Groet,
Henk.
Everything should be as simple as possible, but not simpler.
miedema

Golden Member

Ha electron920,

Met zo'n opstelling begin je inderdaad aardig in de buurt te komen van de grootverbruikers die Stanford Research voor ogen had ;-)

Ondertussen ben ik de LPRO-101 op een koelplaat aan het schroeven, zodat hij in m'n langere termijn meting mee kan draaien. (Maar dan moet hij nog wel eerst nog een paar dagen aan gestaan hebben om stabiel te worden....)

groet, Gertjan.