Оценка кратковременной (не)стабильности OCXO

[DSGhost]

Добрый вечер!

Вопрос творческий, скорее на потрындеть и коллективно что-нибудь придумать.
И вообще, решается ли данная задача простыми методами.

Возникла необходимость оценить кратковременную нестабильность нескольких OCXO 10 МГц в сравнении с образцовым.
Причем кратковременная нестабильность - понятие растяжимое. Пускай будет от за промежуток 1с и до 100с, с этим тоже нужно определиться, какая область наиболее критическая с точки зрения конструкции OCXO.
Сравнительную оценку достаточно сделать на уровне порядков, то есть все что на порядок (или даже два) хуже образцового, отсеиваем.

Понятно, что по науке нужен анализатор, тактируемый источником по характеристикам лучше, чем образцовый; с отстройкой в 1 Гц и далее от центральной частоты и т.д. и т.п., все это я в целом читал.
Но такого анализатора нет. Но и требования у меня - не измерить, а оценить методом сравнения.

Кто что думает?

[TEKTRON]

DSGhost писал(а):

Но такого анализатора нет.

Не было доступного. С прошлого года - есть. Называется tinyPFA. По факту - железо NanoVNA H4 со спецпрошивкой. Подробности:
https://groups.io/g/tinysa/search?p=rec ... &q=tinyPFA
https://tinydevices.org/forum/viewforum.php?f=4
Пользовался, всё работает. Подстраивал свой набор опорников с двойным термостатированием по GPSDO. Удобная штука. Тау, кстати, определяется пользователем.
Только сразу набор аттенюаторов надо покупать. И разъёмы специфические. На Али полно и их, и переходов всевозможных.
В тубе есть несколько роликов по использованию, ищется по названию девайса (tinyPFA).

[add.ocean]

Если порядок нестабильности ожидается около десятков-сотен герц и более, и частота настройки одинаковая, можно сделать смеситель и подать 2 сигнала OCXO, а выход смесителя... на анализатор спектра (даже на звуковой карте РС) и смотреть глазами.

Если это что-то крутое с нестабильностью 10 в степени -8...-11... (то есть меньше 1 Герц разница) то видимо ставить два частотомера и логгировать показания

[Муркиз]

на анализатор спектра (даже на звуковой карте РС) и смотреть глазами.

Скорее всего лучше всего будет просто слушать ушами, если нужен быстрый отсев неподходящих.

[Andrey_B]

DSGhost писал(а):

Пускай будет от за промежуток 1с и до 100с, с этим тоже нужно определиться, какая область наиболее критическая с точки зрения конструкции OCXO.

Простых способов пришло на ум пару. Первый, это на отладочной плате STM32F4, а лучше STM32H7, сделать частотомер с обратным счётом и требуемым интервалом измерения, тактировать его одним OCXO, измерять другой. Чем выше будет внутренняя тактовая частота таймеров с PLL, тем выше будет разрешение.

Второй способ менее удобный, но проще в реализации. Двухканальный осциллограф, сигналы с двух OCXO. Синхронизация от одного канала. Подстройкой частоты OCXO на другом канале добиться устойчивого изображения фронта. Потом в течении интервала измерения внимательно смотреть на сколько и за какое время расползутся фронты сигналов.

Нестабильность OCXO в основном определяется влиянием температуры окружающей среды, нестабильностью источника питания, и долговременным старением кварца. Последний фактор оценить без доступа к полноценным стандартам не получится. А первые думаю вполне можно оценить и по простому.

[DSGhost]

TEKTRON писал(а):

DSGhost писал(а):

Но такого анализатора нет.

Не было доступного. С прошлого года - есть. Называется tinyPFA. По факту - железо NanoVNA H4 со спецпрошивкой. Подробности:
https://groups.io/g/tinysa/search?p=rec ... &q=tinyPFA
https://tinydevices.org/forum/viewforum.php?f=4
Пользовался, всё работает. Подстраивал свой набор опорников с двойным термостатированием по GPSDO. Удобная штука. Тау, кстати, определяется пользователем.
Только сразу набор аттенюаторов надо покупать. И разъёмы специфические. На Али полно и их, и переходов всевозможных.
В тубе есть несколько роликов по использованию, ищется по названию девайса (tinyPFA).

Пардон за длительное отсутствие.
Спасибо, за подходящую идею, мне кажется с помощью этого девайса я решу свой вопрос! Шикарное решение!

Добавлено after 2 minutes 17 seconds:

add.ocean писал(а):

Если порядок нестабильности ожидается около десятков-сотен герц и более, и частота настройки одинаковая, можно сделать смеситель и подать 2 сигнала OCXO, а выход смесителя... на анализатор спектра (даже на звуковой карте РС) и смотреть глазами.

Если это что-то крутое с нестабильностью 10 в степени -8...-11... (то есть меньше 1 Герц разница) то видимо ставить два частотомера и логгировать показания

В том то и дело, что это условно "что-то крутое" с нестабильностью 10 в степени -8...-11.
Два частотомера, кстати, как вариант...

Добавлено after 5 minutes 52 seconds:

Andrey_B писал(а):

DSGhost писал(а):

Пускай будет от за промежуток 1с и до 100с, с этим тоже нужно определиться, какая область наиболее критическая с точки зрения конструкции OCXO.

Простых способов пришло на ум пару. Первый, это на отладочной плате STM32F4, а лучше STM32H7, сделать частотомер с обратным счётом и требуемым интервалом измерения, тактировать его одним OCXO, измерять другой. Чем выше будет внутренняя тактовая частота таймеров с PLL, тем выше будет разрешение.

Второй способ менее удобный, но проще в реализации. Двухканальный осциллограф, сигналы с двух OCXO. Синхронизация от одного канала. Подстройкой частоты OCXO на другом канале добиться устойчивого изображения фронта. Потом в течении интервала измерения внимательно смотреть на сколько и за какое время расползутся фронты сигналов.

Нестабильность OCXO в основном определяется влиянием температуры окружающей среды, нестабильностью источника питания, и долговременным старением кварца. Последний фактор оценить без доступа к полноценным стандартам не получится. А первые думаю вполне можно оценить и по простому.

Спасибо, в действительности это все шикарно работает в интервалах от нескольких часов и далее.
То есть это не "кратковременная нестабильность".
А когда я оценивал долговременную нестабильность (сутки), как раз и использовал метод оценки "по расползающимся фронтам".

Первый канал завязан на GPSDO, видно как остальные два OCXO начинают бежать через сутки и насколько быстро.

[ssse]

Здравствуйте, а чем osa103 не устраивает?

[DSGhost]

ssse писал(а):

Здравствуйте, а чем osa103 не устраивает?

Лучше поставить вопрос по-другому - а как он мне может помочь?

[vlasovzloy]

А в компах насколько стабильные генераторы? Или с т2 или со спутника частоты?

[khach]

Может кто встречал софт для измерений девиаций Алана ( Allan variance) c помощью цифрвого скопа двухканального. На каждый канал подаются сигналы с исследуемых генераторов, скоп может показать разность фаз ( разность частот тоже показывает, но с недостаточной точностью) и что теперь с этим делать, как собрать статистку и превратить в график?

[-=Andrey=-]

Просто осциллографом не получится, разрешение не то будет по разности фаз.
Для измерения нестабильности ниже 10Е-11 обычно применяют метод переноса частоты двойным балансным смесителем (DMTD), сам смеситель по идее может быть любого типа, даже на исключающем ИЛИ работает нормально. Чтобы понимать принципы советую прочитать руководство Ч7-39 (скачать с ЖАИС). Или изучить
https://avntraining.hartrao.ac.za/image ... _868-1.pdf
Также вложил два файла: первоисточник с которого наши передрали Ч7-39 и файл про важность ZCD при измерениях.
Можно прочитать на eevblog тему про DMTD, там много полезных схем.
Но это всё для понимания основ теории, а с практикой коллеги уже указали на tinyPFA, просто и дёшево (всего 4000р) и 10Е-12 на секунде Ваш:).

Вложения

DMTD.pdf

(1.57 MiB) Скачиваний: 19

Zero Crossing Detector with Sub-Microsecond Jitter and Crosstalk.pdf

(783.52 KiB) Скачиваний: 10

[khach]

-=Andrey=- писал(а):

Просто осциллографом не получится, разрешение не то будет по разности фаз.
Для измерения нестабильности ниже 10Е-11 обычно применяют метод переноса частоты двойным балансным смесителем (DMTD), сам смеситель по идее может быть любого типа, даже на исключающем ИЛИ работает нормально. Чтобы понимать принципы советую прочитать руководство Ч7-39 (скачать с ЖАИС). Или изучить
https://avntraining.hartrao.ac.za/image ... _868-1.pdf
Также вложил два файла: первоисточник с которого наши передрали Ч7-39 и файл про важность ZCD при измерениях.
Можно прочитать на eevblog тему про DMTD, там много полезных схем.
Но это всё для понимания основ теории, а с практикой коллеги уже указали на tinyPFA, просто и дёшево (всего 4000р) и 10Е-12 на секунде Ваш:).

Разность фаз можно накапливать в компе, если самой точности осциллографа мало. Перенос с помощью смесителя этов эпоху мамонтов было надо когда оцифровать 10 МГц сигнал было нечем с точностью 1000 точек на период. Ну или если исследуемый сигнал выше полосы осциллографа.
Конечно лезет нестабильность самой опорной частоты осциллографа, но более продвинутые модели имеют вход внешней опоры.
По крайне мере современный 12 битный осциил намного лучше по этим параметрам чем АЦП и опора tinyPFA не говоря уж о ее синтезаторе на SI5351.
То, что для точных измерений второму генератору сравнения понадобится ФАПЧ понятно, но хотелось бы как раз иметь возможность сравнить девиации и в режиме свободной генерации, и в режиме следящей петли. Например когда один генератор намного (несколько порядков) менее стабилен чем генератор сравнения можно из без петли обойтись.

[DSGhost]

khach писал(а):

-=Andrey=- писал(а):

Просто осциллографом не получится, разрешение не то будет по разности фаз.
Для измерения нестабильности ниже 10Е-11 обычно применяют метод переноса частоты двойным балансным смесителем (DMTD), сам смеситель по идее может быть любого типа, даже на исключающем ИЛИ работает нормально. Чтобы понимать принципы советую прочитать руководство Ч7-39 (скачать с ЖАИС). Или изучить
https://avntraining.hartrao.ac.za/image ... _868-1.pdf
Также вложил два файла: первоисточник с которого наши передрали Ч7-39 и файл про важность ZCD при измерениях.
Можно прочитать на eevblog тему про DMTD, там много полезных схем.
Но это всё для понимания основ теории, а с практикой коллеги уже указали на tinyPFA, просто и дёшево (всего 4000р) и 10Е-12 на секунде Ваш:).

Разность фаз можно накапливать в компе, если самой точности осциллографа мало. Перенос с помощью смесителя этов эпоху мамонтов было надо когда оцифровать 10 МГц сигнал было нечем с точностью 1000 точек на период. Ну или если исследуемый сигнал выше полосы осциллографа.
Конечно лезет нестабильность самой опорной частоты осциллографа, но более продвинутые модели имеют вход внешней опоры.
По крайне мере современный 12 битный осциил намного лучше по этим параметрам чем АЦП и опора tinyPFA не говоря уж о ее синтезаторе на SI5351.
То, что для точных измерений второму генератору сравнения понадобится ФАПЧ понятно, но хотелось бы как раз иметь возможность сравнить девиации и в режиме свободной генерации, и в режиме следящей петли. Например когда один генератор намного (несколько порядков) менее стабилен чем генератор сравнения можно из без петли обойтись.

Все таки не совсем понимаю, как с помощью осциллографа, пусть и 12 битного, пусть и тактируемого можно измерить разность фаз на нестабильностях 10Е-10 порядка, даже сравнивая с испытуемым, например, с нестабильностью 10Е-8. В частотной области мне это видится слабореализуемум... А по поводу временной области (FFT) было бы интересно глянуть, что может получится.

[khach]

DSGhost писал(а):

Все таки не совсем понимаю, как с помощью осциллографа, пусть и 12 битного, пусть и тактируемого можно измерить разность фаз на нестабильностях 10Е-10 порядка, даже сравнивая с испытуемым, например, с нестабильностью 10Е-8. В частотной области мне это видится слабореализуемум... А по поводу временной области (FFT) было бы интересно глянуть, что может получится.

Если планируем измерять сигнал выше полосы осциллографа то по классике двумя смесителями. Осциллограф в этом случае используется как измеритель разности времен между двумя каналами и набора их статистки. Это важно, т.к измерение чисто статистическое.

Осцилл современный с этим справится намного лучше древнего частотометра.
Если же осцилл успевает нормально показать разность фаз для сигналов типа таких как на фото на каждый запуск развертки ( или приходится использовать однократный режим с внешним запуском) то смесители и перенос на инфранизкую частоту синтезатором уже ненужны.

Специально нашел картинку с аналогового скопа, потому что цифровые в зависимости от модели очень по разному такой сигнал отображают.
После этого собираем статистику по измерению фазы между каналами по времени из из нее строим девиацию Алана.
PS небольшой букварь по DMTD https://www.eevblog.com/forum/metrology/dmtd-tutorial/
PS2. На первой картинке из NIST-товских статей по ссылки выше видно, что синтезатор- переносчик частот на инфранизкие тактируется от одного из опорного сигналов и соотвесвтенно когерентен с ним. В случае с tinyPFA синтезатор переносчика тактируется от собственного опорника 26 МГц. Как это влияет на точность измерений?

Вложения

DMTD scope1.jpg

(28.24 KiB) Скачиваний: 149

DMTD.jpg

(16.46 KiB) Скачиваний: 150