Hi,
Ik heb een oud project weer wat nieuw leven ingeblazen...
En dat is een AC referentie op 1KHZ en ik weet nog niet zeker welke uitgangsspanningen, maar dit zal 1V en waarschijnlijk 10V zijn.
Verder hou ik rekening met ook een 10KHz optie, dit hangt allemaal af van hoe mooi/goed ik het een en ander krijg.
Lekker ouderwets => Architect Specifications
Vaste 1KHz en/of 10KHZ uitgangs frequentie.
Stabiliteit: OCXO, beter dan 0,1PPM
Uitgangs impedantie <0,01Ω
Uitgang kortsluitvast.
Vervorming: < 0,001%
Vast blok uitgangen voor 10MHz, 1KHz en 10KHz bij 1VTT onbelast Ri50Ω
Nauwkeurigheid beter dan 0,05%
Er zijn zeer veel wegen naar Rome hoe je de mix van bovenstaande eigenschappen kan gaan bereiken.
Ik heb met opset niet gekozen om de Sinus digitaal op te wekken, te veel gedonder met het aansturen van een goede DAC
en ook lastig hierbij de ruisvloer laag te houden, te veel ontwikeltijd enz, op de ruisvloer kom ik straks nog op terug.
Dus de opset is een Wienbrug oscilator die ik ga syncen vanuit een OCXO op 10MHZ,
daar had ik er nog een paar van liggen en dit is een mooi project om er een toe te passen.
Behalve de OCXO en de mooie deler van Leapsecond zit er weinig digitaals in de schakeling die ik hier ga beschrijven.
Dit is dus met opset zo, omdat ik analoog ontwerpen nu eenmaal leuk vind.
De grootste problemen met de frequentie fabriek die ik hieronder laat zien, was de filtering.
Ik heb heel wat filters de laatste twee weken berekend en gebouwd, ondermeer met ELSIE en Iowa Hills "RF Filter Designer"
Ik ben tot 9e orde Chebyshev gegaan maar kwam nooit aan de gewenste filtering.
Na veel filters te hebben gemaakt, geprutst enz kwam ik er achter dat de Q van de spoelen bagger waren.
Natuurlijk had ik bij het bestellen gekeken wat de DC weerstanden van de spoelen waren en de gespecificeerde Q van de door mij gekozen modellen.
Maar deze muts had weer even niet verder gedacht dan zijn neus lang is (daarmee kom ik toch een heel eind )
De gespecificeerde Q is voor een heel ander frequentie gebied als waar ik de spoelen voor gebruik,
ik kwam bij 1KHZ uit op een Q tussen de 2,5 en 3,5 voor mijn gekochte spoeltjes...
Nog en bijkomend probleem van de diverse aangeschafte spoeltjes was de gevoeligheid voor bromvelden, dat was een zeer hardnekkig probleem.
Ook de overspraak tussen de verschillende segmenten van het 9e orde filter was lastig de kop in te drukken.
Veel gespeeld met koperen en ijzeren schotjes, dit is in het audio gebied allemaal een stuk lastiger dan in het HF gebied.
Dus de passive filtering met spoelen heb ik losgelaten en toen ben ik naar manieren gaan zoeken hoe van een 1KHZ bloksignaal een sinus te maken die niet meer dan 0,05% vervorming heeft een ook nog eens weinig 1/F ruis en andere prut.
Het uitgangspunt is dus een blok uit mijn frequentie deler, deze blok moet schoon zijn! en dan bedoel ik de prut op de voeding van mijn 10MHZ naar 1 of 10KHZ deler.
Al deze prut op de voeding, komt dus ook in mijn "sync sinus" terrecht en dit signaal wordt dus toegevoerd aan de eigelijk sinus bron die het signaal aan de uitgang levert.
Die prut duuw je dus ook je master sinus oscillator in, en dan kan hij wel mooi binnen 10PPB op 1KHZ staan, en minder dan 0,001% vervoming hebben,
maar dan kan je nog steeds een te hoge ruisvloer hebben door de prut uit de sync sinus.
Mooi, dan nu het schema met uitleg, misschien zijn delen handig voor jullie voor andere projecten.
Het schema is aanklikbaar en het is grotendeels getest, behalve de blokuitgangen, maar dat lijkt me geen groot probleem.
Ik zal het schema in blokjes uitleggen en en wat scoopfoto's laten zijn ven verschillende punten in het schema.
Aan de bovenzijde hebben we de OCXO die gevoed wordt uit een 5V voeding, deze voedingslijn heeft wat extra filtering.
Deze 5V komt van een apparte 5V voeding en deze voeding moet in koude toestand en bij normale temperaturen minder dan 700mA leveren.
Boven de OCXO in het schema zijn jullie en 5V referentie IC, naturlijk hier een LT1021-5V, en dat is omdat ik er daargenoeg van heb liggen.
Deze referentie zorgt voor een schone voeding van de LeapSecond deler, pin 6 gaat naar de ingang van het schema er onder (J1-a)
Het kan nog zijn dat de deler iets te veel verbruikt nog niet uitgebreid gemeten, dan komt er nog een transistor bij de LT1021 om de bulk van de stroom te leveren.
Dan komen we aan bij de schakeling die de 1KHz blok om gaat zetten tot een vrij goede 1KHZ met een goed ruisgetal.
C2 van 1uF zorgt er voor dat er geen DC niveau op de inverterende ingang van het eerste IC wordt geinjesteerd, want het blok signaal gaat van 0 naar +5V.
Rond het eerste IC zorgen R3, R4 en C6 voor het integreren van het blok signaal, dit resulteerd aan de uitgang van van de eerste opamp in een mooi driehoek signaal.
R4 is eigenlijk niet nodig voor het integreren, maar de opamp heeft wel een DC path nodig voro de inverterende ingang.
Als de weerstand R4 maar hoog genoeg is tast deze de lineairitijd van de driehoek maar weinig aan, de waarde van R4 pas ik misschien nog een beetje aan daar ik nu
Op deze positie ook een NE5532A gebruik, en deze heeft een hogere bias stroom als de Fet opamp waarmee ik eerst teste.
Er staan wat blauwe kaders in het schema met een percentage vermeld, dat is de vervorming die op dat punt aanwezig is.
Er staan nog wat extra componenten vermeld aan de ingang van de integrator, dat is R101 en de LDR R100, deze gebruik ik nu in dit project niet,
maar dat is een goede plek om met een LED een regelloop te maken om de uitgang mooi op niveau te houden.
Door dus R3 groter of kleiner te maken varieerd ook de driehoek spanning op de uitgang van de opamp, met als gevolg dat ook de sinus aan de uitgang mee varieerd.
De uitgang van de eerste opamp gaat een 3KHZ passive notch filter in, bij goed geselecteerde componenten kan je hier een demping bereiken van meer dan 50dB bij 3 KHZ.
Door de wat lage Q van dit passieve flter worden ook de 4KHz, 5KHz ook nog wat gedempt.
Ik had ook nog nagedacht om er een 5KHz passief notch filter achter te hangenen en dan een 2e orde Low Pass filter te gaan gebruiken.
Dat ben ik verder niet gaan testen, omdat ik met deze opzet zoals in dit schema al ruim voldoe aan mijn eisen en de tuning van deze filters een beetje kritiesch is voor optimale demping.
De ingangsimpedantie van het 4e orde Low Pass filter is aan de lage kant en dat zou de eigenschappen van het notchfilter te veel aantasten,
dus de tweede opamp staat als 1x buffer geschakeld.
Het 4e orde Low Pass filter is een Chebyshef met met max 0,5dB rimpel, gemaakt met de filter tool op de website van Analog Devices en
aangepast naar standaard "C" waarde zodat ik alleen 1% weerstaden hoef te gebruiken, ik kan niet anders zeggen dat de filters die ik hier mee maak tot nog toe zeer goed werken.
Tussen de verschillende onderdelen zitten condensatoren opgenomen, deze dienen om de lage frequenties zo goed mogelijk te filteren.
Lagere capaciteitswaarden, zodat het kantelpunt omhoog gaat voor betere filtering zo mooi zijn, maar dit houd ook in dat b.v. aan de ingang van het 4e orde filter de impedantie
op het knooppunt van C15 en R21 omhoog gaat en de eigenschappen van dit 4e orde filter te veel wordt aangetast.
De hier opgegeven waarde van 270nF heeft een Rc bij 1KHz van bijna 600Ω en deze staat dan in serie met R9.
Bij hogere frequenties wordt de waarde van C12 natuurlijk kleiner, maar het is wel een punt om rekening mee te houden.
Nog een puntje betreffende ruis, het 4e orde filter is door mij zo getuned dat het is opgebouwd met in verhouding "lage" weerstandswaarden om de ruis van de opamps te beperken.
Ook is voor een configuratie gekozen die gebruik maakt van de inverterende ingangen van de opamps. (Multiple Feedback en dus geen Sallen-Key)
Hierdoor is de commonmode spanning laag/nul en dit resulteerd in betere vervormings cijfers voordeze filters.
Als laatste nog een uitkoppel condensator C18 en de potmeter schakeling, hiermee heb ik een regelbereik van 0 tot 500mV RMS.
Dat ik voor 1V RMS aan de uitgang kies van de laatste opamp heeft te maken met het dynamisch bereik zodat S/N afstand hoog genoeg is.
Afhankelijk van de Master Sinus generator is ongeveer 150mV nodig via een 220K en een 270pF condensator om de Sinus generator goed te laten syncen.
Nu nog wat plaatjes...
Dit is de ingang van de schakeling wat de blauwe trace is, geel is de uitgang van de eerste opamp.
De lezer met een scherp ook ziet dat de golfvormen niet "perfect" zijn, de blok heeft ee nkleine "tilt" en de driehoek is niet helemaal lineair.
Deze afwijkingen zij te klein om hier verder aandat aan te besteden, en hier worden ze veroorzaakt door koppel condensatoren in de schakeling en de scoopingangen.
Blauw is de ingang van het notch filter en geel is de uitgang, het is al bijna een sinus.
Blauw is weer de ingang en dat is nu de ingang van het 4e orde Low Pass filter, en de gele trace is de uitgang van het filter.
De scoop ingangen heb ik met opset op de zelfde instellingen laten staan, zodat jullie ook het signaal verloop goed kunnen zien.
De scoop staat ook in de hoge resolutie modus, dit levert mooie plaatjes op voor documentatie,
waarom zou ik met 400MHz bandbreedte de metingen doen en rafelige signalen hier tonen...
Willen jullie dit toch zien, ga dan maar de ongelovelijk vele youtube video's bekijken waarbij er niet goed gemeten wordt.
En ja, ik test ook met hoge bandbreedte om te zien of er iet staat te genereren, ik ben niet gekke Gerretje
Dit is de uitgang die naar de Audio precision vervormings meter gaat, de gele trace.
de groene trace is het residu van de THD Analyser, en bestaat uit harminische, wat brom en 1/f ruis.
Er is hier wel met het 400Hz filter in de THD Analyser gemeten, ander meet je te veel brom door de open opbouw op tafel.
Zonder dit filter is de gemeten waarde 0,0075% en dat is dan bijna 2e zo veel.
Dit is een van de testschakelingen van een 9e orde 1KHz Low Pass filter.
Tussen de twee blauwe elco's zit een low drop 5V regelaar, vertikaal de 10MHz naar 1KHz deler en met een beetje turen
zie je ook net onder het deler IC de mini smd 10MHz clock oscillator.
De kenner ziet dat ik de spoeltjes zo heb gebogen dat er niet te veel koppeling is.
Dit was bij lange na niet voldoende...
De rood/zwarte draad links, gaat naar een 9V batterij, de rode klem gaat naar de THD Analyser.
Door de spoelen op deze manier te koppelen (in serie) versterkte ze ook elkaars veld,
ik ging van drie spoeltjes in serie van 30mH naar 50mH en een Q van 4,52 bij 1KHZ.
Dat was al een stuk beter dan een elkel spoeltje, maar nog steeds niet goed genoeg voor een mooi filter.
Met deze spoelen ging het filteren een stuk beter, maar daar heb ik er maar twee van, wel vrij goed machnetisch afgeschermd.
Ze zijn 1H met een redelijk hoge Q factor, met als nadeel dat ik bij deze opset 5K filter impedantie had.
Dit is de totale testsetup van het schema hierboven, op het stukje koper zit de 10MHz oscillator en de deler.
Links op het witte breadboard het 3KHZ notch filter, dan de NE5532AC voor de integrator en de buffer.
En onder de rode klem die naar de THD Analyser gaat zit de dual opamp NE5532AN voor het 4e orde filter.
De onderdelen nog verder rechts doen niet mee met deze schakeling.
Ik heb een flinke lading van deze blauwe 1% 10nF polystyreen condensatoren, hiermee heb ik als laatste het nottchfilter geconfigureerd.
Deze komen dan i.p.v. de 3,3nF condensatoren die ik eerst gebruikte, hierdoor gaan de weerstands waarde omlaag en heb ik mindr last van biasstroom problemen.
Als ik b.v. bipolaire opamps gebruik zoals de NE5532AN en dit brengt ook de ruis een de ingang van de buffer opamp omlaag.
Dit omdat deze nu een drie maal lagere impedantie ziet aan de plus ingang.
Bij het tunen kwam ik bijna aan -60dB notch diepte, we hebben het dan wel over een bandbreedte van 1Hz of minder.
Ik heb de componenten uitgemeten maar rond de 40dB is meer dan voldoende, maar leuk om te meten wat mogelijk is.
Voor de gene die willen vragen, kan je deze schakeling ook regelbaar maken? Nee! ( ja naturlijk, over een klein bereik )
Dit schema is mijn sync signaal generator, maar is ook losstaand bruikbaar.
Dit meetapparaatje wordt gebouwd in de dikke stalen doosjes van TEKO, mijn OCXO past er ook in omdat dit een laag profiel type is.
Je hebt bij deze precisie electronica dus ook goede afscherming nodig en dat gaat vrij goed met deze dikke stalen TEKO doosjes.
In het grote doosje licht linksboven een 10MHZ OCXO maar deze is van een ander merk dan ik ga gebruiken, maar deze is ongeveer even groot.
De 9V batterij is voor het inschatten van de grote.
Laters meer, zoals b.v. de eigenlijke Sinus generator, de eerste test ging goed, ik meette rond de 0,0005% vervorming (ja het goede aantal nullen )
Maar wil ik de ruisvloer en vervorming nog dieper meten, dan zal ik dit met mijn geluidskaart in de meetcomputer moeten doen
en de hele schakeling uit batterijen gaan voeden.
Dit om commonmode problemen te voorkomen bij deze diepe metingen...
Voor nu even genoeg, morgen zal ik proberen de taalfouten er uit te halen, nu te gaar geworden van dit op Co te zetten.
Shoot @ IT!
Groet,
Bram