Resultaten Allan Deviation metingen
De afgelopen weken heb ik de Allan Deviation van de 4 Rubidiums vergeleken.
Eerst maar de belangrijkste conclusies :
- Alle vier Rubidiums functioneren prima.
Niet zo vanzelfsprekend als je bedenkt dat ze alle vier uit de dump komen, na afgedankt te zijn voor hun oorspronkelijk gebruik. Rubidiums zijn een stuk complexer dan b.v. een OCXO, worden flink heet gestookt, en er zijn hardnekkige verhalen over de beperkte levensduur van de rubidium lamp zelf.
- hun prestatie niveau ligt dicht bij elkaar.
Natuurlijk zijn er onderlinge verschillen, maar hun gedrag als groep is duidelijk herkenbaar.
En dat brengt ons bij de belangrijkste plaatjes.
Bij die plaatjes, ik zeg het nog maar een keer, moeten we goed in gedachte houden dat we steeds (ongeveer) gelijkwaardige oscillatoren meten. Een meetresultaat is daarom altijd de combinatie van eigenschappen van zowel de gemeten oscillator als de oscillator die als clock gebruikt wordt.
Eerst de Rubidiums, gemeten met de Temex LPFRS-01 als clock:
Klik op grafiek voor grotere versie
De blauwe curve van de combinatie van Efratom LPRO-101 met Temex LPFRS-01 ligt het laagst, en is dus het meest stabiel. Welke van die twee het beste is weten we niet, maar in elk geval zijn ze allebei behoorlijk goed .
(Van de korte termijn Adev metingen weten we dat de Temex LPFRS-01 de laagste fase ruis had)
De Stanford PRS10 (bruine curve) begint links erg goed met z’n (relatieve) lage fase ruis. Maar die “bult” van z’n X-tal PLL speelt hem over het hele midden gebied nog parte... Pas rond de 1000 seconden heeft hij de LPRO-Temex combi ingehaald. Wel suggereert z’n iets schuinere lijn dan die van de LPRO-Temex combi dat de PRS10 op lange termijn wat stabieler is. Maar dat kan ik niet meer meten....
De FE-5680A (rode curve) is net even maatje minder. Hij begint links wat hoger met z’n hogere fase ruis, en hij haalt dat verschil niet meer in. Maar het verschil is eigenlijk klein, en hij is het is de goedkoopste van het stel... (zowel ooit nieuw als nu e-bay prijzen)
En hoe ziet het er uit met de Efratom LPRO-101 als clock?
Klik op grafiek voor grotere versie
Niet veel anders... Niet verbazingwekkend, omdat het lijkt alsof de Temex LPFRS-01 en de Efratom LPRO-101 behoorlijk aan elkaar gewaagd zijn.
Vervolgens weer dezelfde Rubidiums, maar nu met de Stanford PRS10 als clock:
Klik op grafiek voor grotere versie
Nu hebben alle curven de bult van de PRS10 meegekregen. Een mooie demonstratie dat het meetresultaat een combinatie is van de eigenschappen van beide gemeten oscillatoren .
Wel lijkt nu de Tempex LPFRS-01 het nu iets beter te doen dan de LPRO-101. Naast de lagere fase ruis (links, dat wisten we al) blijft de Temex curve net wat lager dan die van de LPRO.
Wat er boven de 1000 seconden gebeurt zit in de marge van m'n meet opstelling, drift van de Rubidiums (tempco...) en externe factoren.
Als voorbeeld van die marge nog eens het vorige plaatje, maar met een extra meting van de LPRO-101. Enig verschil is dat nu de PRS10 via een 10MHz trafo gekoppeld werd:
Klik op grafiek voor grotere versie
Andere verstorende invloeden op de metingen: tempco van de Rubidiums.... Aan het eind van de middag, als de zon op de gevel van m'n werkkamer stond kon ik het meetresultaat steevast weggooien...
Verder helpt het niet dat m'n blokvormer nog een open en bloot spinnenweb constructie is. (inmiddels lag daar een stalen afschermplaat onder).
Verder zijn de Rubidiums gevoelig voor trillingen. De LPRO-101 en PRS10 (die geen rubber pootjes hebben) stonden inmiddels op stukjes schuimrubber. Maar als er gedurende de 1:48uur van de meting door het huis gerommeld werd, was het meetresultaat boven de 500sec steevast minder...
Verder maken (al dan niet) massa verbindingen verschillen, vooral de PRS10 had daar last van (common mode van de schakelende voeding?)
In de praktijk deed ik elke meting 3 tot 5 keer, om het meetresultaat te verifiëren. Er is dus nog ruimschoots ruimte voor verbetering van m'n meetopstelling .
(hoewel de rechte lijn van m'n "meetvloer test", een meting met zelfde oscillator als bron en clock, liet zien dat de meet opstelling zelf wel OK is, zelfs tot 3000sec, en tot onder 1x10-15. De problemen beginnen bij het toevoegen van de Rubidiums, hun voedingen, aardlussen etc.)
Tot slot, om de prestaties van de Rubidiums in perspectief te zetten, hierbij nogmaals het eerste plaatje, maar nu met het gedrag van mijn mooiste OCXO's er bij geplot:
Klik op grafiek voor grotere versie
Het verschil in karakter is zo wel erg duidelijk: De OCXO's excelleren in lage fase ruis en korte termijn stabiliteit. De Rubidiums daarentegen zijn meester in de langere termijn stabiliteit!
Het stuk curven van de Rubidiums voorbij de 50 seconden kon ik dus niet eerder meten, omdat je alleen met een andere Rubidium een voldoende stabiele clock hebt om dit te zien .
Ook tekenen de contouren van mijn plan om een OCXO via PLL aan een Rubidium te hangen zich duidelijk af: De tijdconstante van het loopfilter moet rond de 50 seconden zitten.
En meteen zien we ook dat de Rubidiums eigenlijk niet zo veel in prestatie niveau verschillen: als ik als doel stel dat de gezamenlijke oscillator (OCXO gelockt aan Rb) niet boven 2x10-12 uit mag komen, dan voldoen ze eigenlijk alle drie .
Groet, Gertjan.