10MHz rubidium frequentiestandaard

Hi Henk,

Ik heb de FE-5680A UN 74905 van FEI. Partnummer 217400-30352-1.

Groeten, Rob

De topictitel dekt niet meer helemaal de lading, maar ik ga even verder.
Ik ben aan het struinen geweest op internet hoe anderen dingen hebben opgelost.
Zou het volgende voldoende zijn om van een blok een sinus te maken?

Ik heb het filter ook gesimuleerd en dat gaf de volgende resultaten:

10MHz filter simulaties.pdf

Ik kan hier alleen niet op zien of het een mooie sinus is geworden.
De laatste condensator kan de amplitude (grof) regelen, ik kan ook nog de versterking van de op-amp verkleinen om op +10dBm uit te komen...

Dat gaat wel werken, al zal het nooit helemaal zuiver worden.
Via deze methode houd je altijd wel iets vervorming over, maar de eerste harmonische zit al op iets van 28dB (afhankelijk van diverse omgevingsparameters) onder de grondtoon.

Hmmm, niet optimaal dus...
Is een HPF erbij (dus een bandfilter maken) meer in de richting om een zuivere sinus te krijgen?

Ha rob007,

Ga je nu N x het filter gebruiken ?

Groet,
Henk.

Op 20 juli 2023 22:40:50 schreef rob040:
Hmmm, niet optimaal dus...
Is een HPF erbij (dus een bandfilter maken) meer in de richting om een zuivere sinus te krijgen?

Ehhhh. Die spoeltje condensator constructie, wat is dat dan? Juist ja! Een bandfilter!

Ik neem aan dat je de 220pF en 2.2uH hebt uitgerekend om op 10MHz uit te komen. Dat er dan een 2x hogere of lagere waarde aan het begin of eind moet dat kan heel goed.

Op 21 juli 2023 08:02:02 schreef electron920:
Ga je nu N x het filter gebruiken ?

Hi Henk,

Ik wil het filter eenmaal gebruiken en daarna de 4 op-ampjes aansturen.

Is dat een poor man's oplossing, omdat je het vraagt?

Groet, Rob

Op 21 juli 2023 09:35:28 schreef rew:
Ehhhh. Die spoeltje condensator constructie, wat is dat dan? Juist ja! Een bandfilter!

Voor mij is een spoeltje in de signaallijn met een condensator naar massa een LPF (hoge frequenties vallen af na het kantelpunt).
Draai je L en C om wordt het een HPF (lagere frequenties dan het kantelpunt worden gedempt).
Een combinatie maakt een bandfilter...
Of maakt mijn grijze massa rare sprongen?

Ik neem aan dat je de 220pF en 2.2uH hebt uitgerekend om op 10MHz uit te komen. Dat er dan een 2x hogere of lagere waarde aan het begin of eind moet dat kan heel goed.

Om en nabij. Moet eerlijk zeggen dat ik niet goed gekeken heb naar de in- en uitgangsimpedantie.

Even een update, de op-amp is nu alleen een buffer. Als ik TTL ga filteren blijft er genoeg over om de gewenste uitgangsspanning te halen.
Althans, zoals het er nu uitziet.

Blijf even met de vraag zitten of dit filter gaat volstaan en wat wordt de beste manier om het signaalniveau aan te passen?

Ha rob040,

Nee dat is juist goed 1 filter maar daarna knoop je de 4 Op-amps koud aan elkaar dat kan maar,
het is mijns inziens beter een verdeler te gebruiken.
Op welke impedantie is het filter gebaseerd aan de uitgang ?
Daarbij komt dat net als bij een oscillator ook dit een groot signaal uitgang is !
In zo'n situatie is het beter om eerst een buffer te gebruiken die de klappen opvang.
Een digitale uitgang schakeld ( versterker in verzadigde toestand ) van nul naar de voedingsspanning dat is nogal een sprong,
iets wat jou filter niet fijn vindt

In mijn opzet ik maak er 7 ( 2 voor mijzelf ) als ik even inzoem op jou gedeelte,
dan kom ik uit de rubidium synthesizer mijn versie is die afstembaar.
Ik ga dan een buffer in maar ik gebruik de sinus uitgang ( waarom doe jij dat niet ?? ) .
De volgende trap is het bandfilter 5e orde simpel LC filter maar wel -110 dB op 20 MHz
Daarna een 8 voudige verdeler die is afgeschermd en voorzien van conectoren ontkopeling op 10 MHz 34 dB demping 10 dB.....
Hierna volgt de eindversterker per uitgang is 10 mW beschikbaar
Ik kan een module erbij plaatsen de AGC per uitgang om de uitgangsspanning binnen 0,25 dB te houden.
Mijn uitgang is niet vrij van de massa omdat er ergens wel een vebinding is en het beoogde effect om zeep helpt

Nog een aanvulling een prentje van het filter

Groet,
Henk.

Hallo Henk,

Nu wordt het interessant.
Ik heb even twee blokschema's getekend, jouw versie (als ik het goed begrepen heb, correct me if I'm wrong) en mijn versie. Dat kan mij helpen te begrijpen wat je schrijft en bedoelt.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Nee dat is juist goed 1 filter maar daarna knoop je de 4 Op-amps koud aan elkaar dat kan maar,
het is mijns inziens beter een verdeler te gebruiken.

Op-amps hebben een hoge ingangsimpedantie, wat zou het bezwaar kunnen zijn om ze zo te koppelen? En hoe ziet een (of jouw) verdeler er uit?

Op welke impedantie is het filter gebaseerd aan de uitgang ?

Laagohmig, maar of het 50Ω is weet ik niet. Vond het op internet. De halve voedingsspanning voor de op-amp ingang wordt gemaakt met weerstanden van een paar honderd ohm. Ik heb hogere waardes en het ontwerp (nog) niet aangepast.

Daarbij komt dat net als bij een oscillator ook dit een groot signaal uitgang is !
In zo'n situatie is het beter om eerst een buffer te gebruiken die de klappen opvang.
Een digitale uitgang schakeld ( versterker in verzadigde toestand ) van nul naar de voedingsspanning dat is nogal een sprong,
iets wat jou filter niet fijn vindt

Kun je hier wat meer uitleg over geven? Maakt jouw buffer van de sinus ook eerst een blokgolf? Mijn blokgolf is 5V, wat is het effect op het filter, clippen? En is een eenvoudige spanningsdeler met weerstanden een oplossing? Daarbij wil ik de LM7171 op versterking 1 houden...

In mijn opzet ik maak er 7 ( 2 voor mijzelf ) als ik even inzoem op jou gedeelte,
dan kom ik uit de rubidium synthesizer mijn versie is die afstembaar.
Ik ga dan een buffer in maar ik gebruik de sinus uitgang ( waarom doe jij dat niet ?? ) .

Herinner je ome Joop van de Dikvoormekaarshow nog? Die zou nu ^{"NEE, NOU WORDT IE MOOI"} hebben geroepen.
Mijn rubidium geeft alleen een 10MHz sinus af, geen blok. Initieel was ik van plan om die zonder filter naar de distributieversterker te sturen.
Door jouw opmerking "Wat ik bedoel is inderdaad het referentie punt van waaruit je gaat meten...
Als je daar aan rekent komt al snel naar boven dat een blok of een driehoek of een zaagtand een veel betere SNR heeft...
Wat betekent dit, eerst een blok en daarna een sinus maken." ben ik overgestapt op die filosofie.
Heb ik dat verkeerd begrepen, omdat je nu vraagt waarom ik de sinus niet gebruik?

De volgende trap is het bandfilter 5e orde simpel LC filter maar wel -110 dB op 20 MHz

Dat zijn mooie cijfers.

Daarna een 8 voudige verdeler die is afgeschermd en voorzien van conectoren ontkopeling op 10 MHz 34 dB demping 10 dB.....
Hierna volgt de eindversterker per uitgang is 10 mW beschikbaar
Ik kan een module erbij plaatsen de AGC per uitgang om de uitgangsspanning binnen 0,25 dB te houden.

Dat is een stuk luxer dan wat ik van plan ben, mooi hoor!

Nog een aanvulling een prentje van het filter

Dat ziet er helemaal niet ingewikkeld uit. Zou ik dat ook kunnen/mogen toepassen? De condensatoren hebben mooie standaardwaardes, maar de spoelen zijn bijzonder. Hoe kom je daaraan?

Groeten, Rob

Belangrijk bij een buffer met 8 uitgangen is (o.a.) dat er geen faseverschillen tussen die uitgangen zijn.
Het toevoegen van een filter kan dat veroorzaken.

Hangt er van af wat je er mee wil, maar het kan idd belangrijk zijn.

Voorbeeldje: Ik maak "timers" en een ex-medewerker vond altijd dat die PRECIES correct moesten lopen. Dus hij zou willen dat we de 20 ppm kristallen individueel gaan calibreren.

Dan zou ik de 10MHz aan kunnen bieden aan een timer van de RP2040, tellen hoe lang het volgens de interne klok duurt voor er 100 miljoen periodes van die klok zijn geweest en als de 10MHz maar nauwkeurig is, dan weet ik precies de afwijking van het kristal waar ie op draait. Als ik dat parallel wil doen met 8 van die dingen tegelijk, dan maakt het helemaal niet uit wat de fase-relatie tussen die 10MHz signalen is.

Over het LC filter... ik dacht even: verrek je hebt gelijk. Maar toch is er "iets"... Als je een L op een C aansluit, dan kan je dat in resonantie brengen. 220pF en 2200nH resoneert bij 7MHz. Het kan zijn dat je de helft van de 2.2nF moet nemen omdat twee 2.2nF condensatoren vanuit de spoel gezien in serie staan. Dan resoneert de boel op 10.2MHz.

Als je dat ding zeg 5 tot 20MHz aanbiedt, dan gaat er "funky stuff" gebeuren rond de 10.2MHz.

[Bericht gewijzigd door rew op zaterdag 22 juli 2023 16:24:27 (25%)]

Op 22 juli 2023 15:05:28 schreef rbeckers:
Belangrijk bij een buffer met 8 uitgangen is (o.a.) dat er geen faseverschillen tussen die uitgangen zijn.
Het toevoegen van een filter kan dat veroorzaken.

Maak je vanuit een blogolf een sinus dan heb je altijd faseverschil, tussen deze twee signalen.
Dat kun je wel weer corrigeren met een integrator schakeling en een comparator.
Maar ik zou het zo doen:
Eerst d.m.v. een Mosfet driver ic, welke er een flinke spanning van maakt; 12Vp.p., dan een bandfilter welke er een nette sinus van maakt en daarachter 8 buffers.

Op 22 juli 2023 19:13:37 schreef Martin V:
[...]
Maar ik zou het zo doen:
Eerst d.m.v. een Mosfet driver ic, welke er een flinke spanning van maakt; 12Vp.p., dan een bandfilter welke er een nette sinus van maakt en daarachter 8 buffers.

Ik geraak wat in verwarring...
Jij zou het signaal eerst opkrikken en dan filteren, maar Henk schreef:

Daarbij komt dat net als bij een oscillator ook dit een groot signaal uitgang is !
In zo'n situatie is het beter om eerst een buffer te gebruiken die de klappen opvang.
Een digitale uitgang schakeld ( versterker in verzadigde toestand ) van nul naar de voedingsspanning dat is nogal een sprong,
iets wat jou filter niet fijn vindt

Mijn filter zou achter een 5V blok komen te hangen. Ik heb Henk ook even gevraagd waarom het filter er problemen mee heeft, even afwachten.

Het beste filter is dat filter dat ontwerp eisen voldoet.
Dus o.a. kantelfrequentie, rimpel, steilheid, looptijd.

Voor een 10MHz distributie versterker is hier het doel maximaal 8 apparaten een stabiele en nauwkeurige klok aan te bieden. De aangesloten apparaten hebben verschillende methodes om met een externe klok om te gaan.
Een 5^e orde LC filter kan teveel zijn.

Ha rob040,

Een late reactie morgen meer maar er is een misverstand ontstaan, het volgende....
Als je een sinus heb..... en een sinus wil afleveren ( uitgang ) dan ga je niet eerst een blok maken en daarna weer een sinus

Wat ik bedoel en de fabrikant van de rubidium oscillator doet dit al, is het volgende de oscillator op een blok laten werken voor een zo'n groot mogelijke SNR en daarna via een PLL systeem een VCO sturen die een sinus levert !
In het algemeen als je een oscillator gebruikt dit is een groot signaal versterker immers,
soms raak je in de begrenzing dan een blok gebruiken als het om de SNR gaat !
Het is veel makkelijker om een laagdoorlaat filter te gebruiken dan tja dat is er niet....
De zijbandruis daar kom je niet meer van af zie mijn opmerking in het draadje van @Richard S, !

Jou blokschema is prima alleen ik zou de sinus mooi de sinus laten, daar een CATV splitter of zo iets,
vergeet niet een CATV splitter heeft betere specificaties als een van mini circuits.
Een poot van de splitter gaat naar het sinus pad de andere poot gaat naar je data slicer en vervolgt het digitale pad.
Dus in principe heb jij geen filter nodig tenzij je de uitgang van de rubidium oscillator nog iets schoner wil maken !

Groet,
Henk.

Hi Henk,

Het waren 6 fantastische dagen.
Begonnen met analoog doorgeven van de eerste PCB naar de tweede. Toen begreep ik dat het digitaal maken, dan eenvoudig splitten met poortjes en dan weer één van beide filteren om een nieuwe sinus te krijgen het recept was om een schone sinus te krijgen zonder dat het erg was dat het originele signaal vervuild zou zijn door lange sporen, oppikken van storingen, etc.
Me verdiept in filters, spoeltjes opgezocht, mijn LM7171 circuit vereenvoudigd en schema's aangepast.

Nu weer terug bij de initiële plannen.

Maar alle gekheid op een stokje, veel geleerd en dat is wat waard.

Die CATV splitter is een mooi idee, die dingen gaan inderdaad vanaf 5MHz en kosten niet veel. Wel lompe dingen, misschien kan de behuizing er af om het te integreren op mijn tweede PCB.

Het filter kan dus altijd nog, maar de winst is klein begrijp ik. Zijbandruis moet ik gaan opzoeken...

Ik ben nog wel benieuwd naar je verhaal van morgen.

Groeten, Rob

Ha rob040,

Ik was even druk, maar niet vergeten morgen zal ik je vragen doornemen !
Een tekening heb ik al gemaakt met een idee maar de keuze is aan jou....

Groet,
Henk.

Dat is leuk, Henk!
Het heeft helemaal geen haast.

@GJ_: Dank voor het aanpassen van de topictitel.

Henk bracht me op het idee om te kijken naar een blikken doosje om de printen in te monteren. Ik kan heel mooi een doosje van 100x160x30mm kwijt en die zijn goed te vinden. Wel zelf in elkaar solderen, zag ik.

Daardoor moest de eerste PCB aangepast worden, de warmte van de spanningsregelaars wordt nu via de bodem naar de aluminiumplaat afgevoerd. Zo ziet dat er nu uit:

Nou zit op deze print ook nog een MAX232 (IC5), die had ik geplaatst omdat ik er niet zeker van was dat er true RS-232 uit de FE-5680A komt.
Na nog wat meer lezen begin ik toch te geloven dat er in mijn versie een MAX3232 ingebouwd zit.
Dat levert weer ruimte op.

Inmiddels een oude CATV verdeler op de kop kunnen tikken en wellicht kan ik met de onderdelen daaruit een tweeweg splitter maken voor mijn 10MHz signaal. Zitten 12 trafootjes in, nog geen idee of die identiek zijn en bruikbaar. Misschien zelfs bruikbaar als uitgangstrafo.

Ik speel nu nog met de gedachte om de verdeling van de PCB's wat anders in te richten, eerste print: Voeding, controls, splitter en digitale uitgangen.
Tweede PCB: Alleen het analoge gedeelte.

Hoe kritisch is de zuiverheid van die sinus?
Als je er andere apparaten mee wilt clocken ... niet heel erg.

In een ander topic gebruikte men video distributie versterkers als splitter.

https://www.circuitsonline.net/forum/view/140788
https://www.circuitsonline.net/forum/view/132276

@Sine: Niet zo kritisch inderdaad.
Grappige is dat ik initieel er alleen een blokgolf uit wou laten komen. Gertjan heeft me toen laten weten dat het wel erg zonde is om zo'n mooie sinus om zeep te helpen.

Ik zal die topics eens doornemen, al wil ik passief splitsen direct na de oscillator...

Ha rob040,

Ik ben een beetje traag zal wel de medicijnen zijn
Ik heb hier

het voorstel van mijn kant, althans het geen ik gebruikte....

Ik heb voor de tekening ongeveer jou stijl aangehouden.
Het analoge gedeelte is zoals je ziet wel gewijzigd ik zal een en ander toelichten.
Het is een blokschema dus de details volgen eventueel maar ik zal in deze tekst het wel benoemen !

De rubidium standaard voorziet in een 9 pins conector ik heb hier een klein printje voor met de connector erop.
Tevens een paar condensatoren 470 pF voor ontkoppeling, en ik dacht 2 of 3 ferriet pijpjes.
Aan dit printje zit ook een stukje teflon coax met aan de andere kant een F-connector.
De F-connector past op een verdeler en verdeelt het signaal in een digitaal pad en een analoog pad.
Het kan zijn.... maar ik kan aan de hand van jou foto niet zien welke optie en of er een SMA connector aanwezig is,
dan vervalt uiteraard het teflon kabeltje ?

Het analoge pad voorziet in 1 of meerdere bandstop filters op 2Fo en 3Fo ( indien nodig ),
de oscillator is al behoorlijk schoon - 30 dBc !
De keuze voor bandstop filters en geen laagdoorlaat filter zit hem in het feit dat de fase zo min als mogelijk beinvloed wordt,
en dus de toegevoegde fase vervorming ( jitter ) minimaal is.

Hierna volgd een RF versterker van zeer hoge kwaliteit qua vervorming waarom 1 ook hier weer om de,
fase vervorming ( jitter ) voor alle uitgangen zo goed als mogelijk bijelkaar te houden !
Als laatste een passieve verdeler met een ontkoppeling tussen de uitgangen van > 40 dB @ 10 MHz....
Dat is alles het gehele analoge pad het heeft maar 1 actief component welke gevoelig kan zijn voor temperatuur dat geeft een zeer hoge stabiliteit.

Nu het digitale pad, daar heb ik de data slicer even zo gelaten voor de discussie maar,
ik realiseer mij dat de 74HCT14 in sommige situaties niet goed werkt !!
Het is geen echte nul doorgang detector en ook geen comparator.
Dat het werkt ok maar er zal zeker jitter ontstaan de vraag is alleen welke eisen stel je aan je ontwerp dat weet ik niet

De uitgang is iets anders hiervoor is een SN74128 ( 50 Ω ) of de SN54128 ( 75 Ω ) beter geschikt.
Ik heb gekozen voor de volgende uitvoering de chip is makkelijk verkrijgbaar

en levert een robuuste spanning over 50 meter 50 Ω coax kabel !
Er zijn 6 inverters aanwezig maar ik gebruik per kanaal 1 chip.....

Ik zal mijn notities opzoeken over de vragen komt later.
Tevens heb ik een echte data slicer maar ook later want je heb de print al getekend,
dan aan jou de afweging welke eisen daar gaat het om ?

Groet,
Henk.

Hi Henk,

Ik heb hier het voorstel van mijn kant, althans het geen ik gebruikte....

Ik heb voor de tekening ongeveer jou stijl aangehouden.
Het analoge gedeelte is zoals je ziet wel gewijzigd ik zal een en ander toelichten.
Het is een blokschema dus de details volgen eventueel maar ik zal in deze tekst het wel benoemen !

Dank, dat is een helder plaatje.

De rubidium standaard voorziet in een 9 pins conector ik heb hier een klein printje voor met de connector erop.
Tevens een paar condensatoren 470 pF voor ontkoppeling, en ik dacht 2 of 3 ferriet pijpjes.
Aan dit printje zit ook een stukje teflon coax met aan de andere kant een F-connector.
De F-connector past op een verdeler en verdeelt het signaal in een digitaal pad en een analoog pad.
Het kan zijn.... maar ik kan aan de hand van jou foto niet zien welke optie en of er een SMA connector aanwezig is, dan vervalt uiteraard het teflon kabeltje ?

Ik heb op de print geen connectoren voorzien, ik soldeer de coax aan de print. Op de rubidium doos zit alleen een 9-pins sub-D connector, geen SMA.
De verdeler tussen analoog en digitaal wil ik klein houden en op de eerste print onderbrengen. Zodra ik de CATV verdeler binnen heb die ik ervoor wil gebruiken zal ik dat schema optekenen en laten zien. Is nu een 12-tabs, ik heb er maar 2 nodig. Eigenlijk denk ik aan as simple as possible, but not simpler. Twee weerstanden werd door een medeforummer genoemd.

Het analoge pad voorziet in 1 of meerdere bandstop filters op 2Fo en 3Fo ( indien nodig ), de oscillator is al behoorlijk schoon - 30 dBc !
De keuze voor bandstop filters en geen laagdoorlaat filter zit hem in het feit dat de fase zo min als mogelijk beinvloed wordt, en dus de toegevoegde fase vervorming ( jitter ) minimaal is.

Ik wil inderdaad een filter gaan toepassen. Nou ben ik benieuwd naar het band-stop filter, want dat is volgens mij weer anders dan dat je op 21 juli liet zien.

Hierna volgd een RF versterker van zeer hoge kwaliteit qua vervorming waarom 1 ook hier weer om de, fase vervorming ( jitter ) voor alle uitgangen zo goed als mogelijk bijelkaar te houden !
Als laatste een passieve verdeler met een ontkoppeling tussen de uitgangen van > 40 dB @ 10 MHz....
Dat is alles het gehele analoge pad het heeft maar 1 actief component welke gevoelig kan zijn voor temperatuur dat geeft een zeer hoge stabiliteit.

Dat is een andere filosofie dan ik in gedachten had. Wat gebruik jij als HF versterker?
Mijn eisen qua looptijdverschillen zijn niet zo hoog als bij jou.

Nu het digitale pad, daar heb ik de data slicer even zo gelaten voor de discussie maar, ik realiseer mij dat de 74HCT14 in sommige situaties niet goed werkt !!
Het is geen echte nul doorgang detector en ook geen comparator.
Dat het werkt ok maar er zal zeker jitter ontstaan de vraag is alleen welke eisen stel je aan je ontwerp dat weet ik niet

Inderdaad, geen nuldoorgangdetector, maar de ingang wordt op de halve voedingsspanning gezet en de sinus trekt de ingang hoog en laag.

De datasheet weet het mooi te verkopen: "The 74HC14 and 74HCT14 provide six inverting bufferswitch Schmitt-trigger action. They are capable of transforming slowly changing input signals into sharply defined, jitter-free output signals."
Ik zie een sinus (zelfs als die 10MHz is) als langzaam veranderend.

De uitgang is iets anders hiervoor is een SN74128 ( 50 Ω ) of de SN54128 ( 75 Ω ) beter geschikt.
Ik heb gekozen voor de volgende uitvoering de chip is makkelijk verkrijgbaar en levert een robuuste spanning over 50 meter 50 Ω coax kabel !

Er zijn 6 inverters aanwezig maar ik gebruik per kanaal 1 chip.....

Jij hangt de poorten direct parallel, ik zou per poort een weerstand zetten, zoals in bovenstaande plaatje. Heeft dat voor of nadelen? En wat is het verschil tussen een 74AC04 en 74HCT14 (even praktisch bekeken, klein of aanzienlijk)?

Ik zal mijn notities opzoeken over de vragen komt later.
Tevens heb ik een echte data slicer maar ook later want je heb de print al getekend, dan aan jou de afweging welke eisen daar gaat het om ?

Wat noem jij een echte data slicer? Ik heb de print waarop de sinus/blok omzetter op zit nog niet getekend, die stond op de planning voor de tweede PCB. Maar ik ben nog aan het schuiven met diverse blokken.
Mijn lat ligt niet zo hoog qua eisen. Ik probeer het wel zo goed mogelijk te doen, de PCB ruimte maakt deel uit van de ontwerpbeperkingen.
Dus ik ben wel benieuwd naar de reden van sommige keuzes.

Groeten, Rob