Phasen Rausch Und Frequenz Stabilität In Oszillatoren Forex

Oszillatoren Über Oszillatoren und Frequenznormen Das Verständnis der Eigenschaften des gesamten Spektrums an Frequenznormen, basierend auf Technologien von Quarzglas bis hin zur Atomresonanz, ist ein Selbstverständnis. Oszillatoren sind für praktisch alle modernen elektronischen Anwendungen fundamental. Freilaufende, unkompensierte Kristalloszillatoren (XO) sind die Arbeitstiere in der überwiegenden Mehrheit der Anwendungen, z. B. Mikroprozessoruhren. Temperaturkompensierte Quarzoszillatoren (TCXO) kommen bei empfindlicheren Anwendungen wie lokalen Oszillatoren in kohärenten Spreizspektrumempfängern wie denen des GPS oder in digitalen Mobilfunkanlagen zum Einsatz. Kristalloszillatoren bieten weiterhin das beste kurzzeitige Stabilitätsphasenrauschen jeder Oszillatortechnologie. Dies ist der Grund, warum das Ausgangssignal von irgendeinem atomaren Standard tatsächlich von einem Kristalloszillator stammt, der mit der Atomresonanzfrequenz frequenzverriegelt ist. Der atomare Standard bietet Langzeitstabilität, während der Quarzstandard kurzfristig stabil ist. Ofenisierte Quarzkristalloszillatoren Wenn ein einzelner (OCXO) oder doppelter (DOCXO) Temperaturregelungsofen um den Kristall und seine Oszillatorschaltungen gewickelt wird, kann die Frequenzstabilität um zwei bis vier Größenordnungen gegenüber dem des TCXO verbessert werden. Solche Oszillatoren werden in Anwendungen im Labor - und Kommunikationsbereich eingesetzt und haben oft die Möglichkeit, ihre Ausgangsfrequenz über eine elektronische Frequenzsteuerung einzustellen. Auf diese Weise können sie diszipliniert werden, um die Frequenz eines GPS - oder Loran-C-Referenzempfängers anzupassen. GPS-disziplinierte DOCXOs sind die Stratum I Primary Reference Sources (PRS) für viele der weltweit verdrahteten Telekommunikationssysteme. Sie sind auch weit verbreitet als GPS-Zeit - und Frequenzreferenzen für die Basistationen, die nach dem IS-95-Standard für die zellularen Mobiltelefonsysteme Code Division Multiple Access (CDMA), die von Qualcomm stammen, eingesetzt werden. Das schiere Volumen dieser Basisanwendungen hat den OCXO-Markt stark beeinflusst, indem es die Preise senken und die Anbieter konsolidieren wird. Ein unglückliches Merkmal der meisten Quarz-basierten Oszillatoren ist das Vorhandensein von plötzlichen Stufenänderungen in ihrer Ausgangsfrequenz. In der riesigen Menge von Anwendungen sind diese Schritte klein genug, um nicht bemerkt werden. Bei Präzisionsanwendungen ist dies nicht der Fall. Die Schritte können groß genug sein, um ein System außerhalb der Spezifikation für eine signifikante Zeitspanne zu senden. Lesen Sie mehr über Frequency Steps und unsere exklusive QuoteNo Frequency Stepsquot Garantie. Atomresonanzfrequenz-Standards Die nächste Stufe der Stabilität wird erreicht, wenn die Resonanzfrequenzen von bestimmten Atomen wie Rubidium, Wasserstoff oder Cäsium zur Steuerung der Frequenz eines Quarzoszillators verwendet werden. In den vergangenen 20 Jahren ist die Rubidium-basierte Frequenz-Standardtechnologie so weit gereift, dass sie kostengünstiger Ersatz für das hochstabile, ultrastabile OCXODOCXO sind. Die Kurzzeitstabilität und der Energieverbrauch sind zwar vergleichsweise groß, doch sind die systematischen Frequenzdifferenzen gegenüber der Zeit im Allgemeinen überlegen und die Restabilisierungszeit nach einer Leistungsunterbrechung ist deutlich kürzer. Probleme mit dem Verschleiß der Rubidiumzelle wurden gelöst und die Hersteller bieten im Wesentlichen unbeschränkte Garantien gegen Zellversagen an. Wasserstoff-maserbasierte Frequenznormen bleiben bis heute als sehr große, exotisch aufwendige Eigenartigkeiten, die eine Anwendung suchen, die die bemerkenswerte mittelfristige Stabilität erfordert, die sie in der Lage sind. Typischerweise finden sie sich nur in nationalen Laboratorien, wo sie für sehr geräuscharme mittelfristige Messungen von anderen Frequenz-Standards verwendet werden. Wasserstoffmaster leiden unter einer systematischen Frequenzdrift, die verlangt, dass sie auf einen Primärfrequenzstandard für Langzeitmessungen bezogen werden, was kein Problem für ein nationales Standardlabor darstellt. Primäre Frequenznormen Von den Atomfrequenznormen können nur die Cäsium-basierten Standards als Primärstandards bezeichnet werden, dh sie sind autonome absolute Frequenzreferenzen. Diese primären Standards können dazu beitragen, die Welt-Zeitskala, Universal Coordinated Time (UTC), die ein Taktgeber Zeitplan aus einer ausgeklügelten Ensemble aus der Zeit von Hunderten von primären Standards verstreut auf der ganzen Welt ist. Alle anderen Frequenznormen, die hier erwähnt werden, weisen mit der Zeit unterschiedliche Niveaus des systematischen Frequenzdriftes auf und können nicht als "quimaryquot" eingestuft werden. Cäsium-basierte Frequenznormen sind typischerweise in zwei Leistungsstufen verfügbar, abhängig vom Strahlrohrdesign: Standard oder Hochleistungs. Sie sind weiterhin große, teure Einheiten mit einem gut definierten Verschleißmechanismus (Cäsiumverarmung), der in regelmäßigen Abständen einen teuren Strahlrohrwechsel erfordert. Das Hochleistungsrohr hat etwa ein Drittel der Lebensdauer des Standardrohres. Zusätzlich treten vor dem tatsächlichen Ausfall anomale Frequenzverhalten auf, die am besten durch die Überwachung über eine koordinierte GPS - oder Loran-C-basierte Frequenzreferenz detektiert werden. Da moderne, leistungsstarke GPS-disziplinierte Frequenznormen wie unsere Meridian Rubidium Produkte die Langzeit-Performance des besten Standard-Röhrchen-Cäsiums mit deutlich geringeren Kosten erfüllen können und gleichzeitig eine überlegene kurzfristige Leistung und Lebenserwartung bieten, ist es recht einfach Machen einen Fall für das Überspringen von Cäsium insgesamt in jeder praktischen Anwendung, wo eine Antenne installiert werden kann. Klicken Sie hier, um ein Diagramm zu sehen, das die Stabilitätsleistung eines Meridian GPS TimeBase vs. HP Cesium vergleicht. Kurzzeit - und Langzeitstabilität Häufig ist das Kurzzeitverhalten einer Oszillatorfrequenz so wichtig wie die Langzeitdrift und die Empfindlichkeit gegenüber Umweltbelastungen. Die Kurzzeitstabilität wird im Frequenzbereich als Phasenrauschen oder im Zeitbereich als 2-Probe - oder Allan-Varianz gemessen. Über Beobachtungsintervalle von weniger als einer Sekunde übertreffen Quarzoszillatoren alle anderen Oszillatortypen für diesen Parameter. Aus diesem Grund wird die Ausgabe eines Atomstandards direkt von einem Quarzoszillator genommen, der mit der Atomresonanzfrequenz frequenzverriegelt ist. Die von EndRun Technologies hergestellten Quarzoszillatoren weisen eine bemerkenswerte Kurzzeitstabilität auf. Lesen Sie mehr über Low Phase Noise. Beginnend bei Beobachtungsintervallen von 10 bis 100 Sekunden übernehmen und beherrschen Wasserstoffmas - satoren, bis ihre Frequenzdriftkomponente ein Niveau erreicht, das dem Cäsium einen Vorteil verschafft. Rubidium bietet eine überlegene Kurzzeitstabilität gegenüber Cäsium für Beobachtungsintervalle von weniger als etwa einem Tag, weshalb das GPS nun Rubidium-Standards in den Satelliten verwendet. Die Raumumgebung verbessert die Leistungsfähigkeit der Rubidium-Frequenznormen, und die Systemarchitektur und der Satelliten-Orbit-Zeitraum erlauben es, die längerfristige Instabilität zu messen und in Echtzeit effektiv zu kompensieren. Klicken Sie hier für Details über die Oszillatoren von EndRun Technologies. febo verwendet Häufigkeit Stabilität und Genauigkeit in der realen Welt Von Real World Ich meine, natürlich Schinken Radio. Theres eine Menge Diskussion vor kurzem unter einigen meiner Freunde über GPS disziplinierte Oszillatoren (GPSDOs) für Gebrauch in den Amateurfunkapplikationen gewesen. Während GPSDOs sind eine gute Idee, Im nicht sicher, dass für viele Schinken-Anwendungen sollte man als eine Anforderung. Ausgehend von dieser Frage beschreibt diese Seite einige der wünschenswerten Attribute einer Frequenzquelle für Schinkenradio. Grundlegende Definitionen Genauigkeit ist zu wissen, dass, wenn ich sage, Ill sehen Sie auf 10 368.105 231 MHz, das ist wo youll finden mich. Stabilität ist, wie eng Krank Aufenthalt dort über verschiedene Zeiträume. Präzision oder Auflösung ist, wie viele Ziffern meine Messung hat. Eine Messgenauigkeit kann und ist häufig viel größer als ihre Genauigkeit. Mit anderen Worten, Sie können nicht immer vertrauen die letzten Ziffern Stabilität bricht in drei Kategorien: Langzeitstabilität. Die üblicherweise über Perioden eines Tages oder mehr Kurzzeitstabilität gemessen wird. Die gewöhnlich über Perioden von etwa 0,1 Sekunde bis 1 Tag und Phasenrauschen gemessen wird. Die sich mit sehr kurzen Zeitskalen und Effekten beschäftigt, die eher wie unerwünschte Modulation aussehen als eine wandernde Frequenz. Langzeitstabilität wird durch eine fortschreitende Änderung der Frequenz dominiert Drift genannt. Die nahezu allen Oszillatoren unterliegen. Altern wird oft synonym mit Drift verwendet, aber technisch Drift muss nicht aus einem Alterungsprozess entstehen. Drift oft geht in eine Richtung und kann auf der Grundlage der vergangenen Leistung, zumindest für ein paar Tage berechenbar sein. Bei einigen Oszillatoren kann die Drift mehr zufällig sein und die Richtung ändern. Langzeitdrift beeinflusst die Genauigkeit der Oszillatorfrequenz, sofern sie nicht korrigiert wird. Kurzzeitstabilität ähnelt Rauschen und ist in der Regel nicht vorhersehbar. Es spiegelt die Unsicherheit der Oszillatoren Frequenz zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zeit. Phasenrauschen wird üblicherweise in der Frequenz anstelle der Zeitdomäne gedacht. Wie kurzfristige Instabilität ergibt sich aus dem inhärenten Rauschen in jeder Komponente, die bewegte Atome enthält (d. h. alles, was nicht entweder ein Gesamtvakuum oder ein absolutes Null ist). Einige Oszillatoren sind auch für die Stabilität über andere Variablen als Zeit, wie Temperatur, Versorgungsspannung, Schock und sogar Gravitationseffekte spezifiziert. Während diese Faktoren wichtig sind, werde ich mich auf die zeitliche Stabilität in diesem Dokument konzentrieren. Messterminologie Viele Schinken denken an Frequenzfehler, wenn sie an sie überhaupt denken, in Begriffen wie Teile pro Million. Time-Nuts denken in Bezug auf Fractional Frequency Offset. Der durch Dividieren des Frequenzfehlers (d. h. der gemessenen Frequenz minus der Nennfrequenz) durch die Nennfrequenz berechnet wird. Mit anderen Worten: Frequenz (gemessen) - Frequenz (nominal) Frequenz (nominell) So ist ein Fehler von 1,54 Hertz bei 100 MHz: 100 000 001,54 - 100 000 000 100 000 000 Das Ergebnis ist 1,54x10 -8. Oft in ASCII als 1.54x10e-8 geschrieben. Youll hören oft raue Leistung als Teile in der elften oder etwas ähnliches beschrieben. Mit exponentiellen Notation wie diese bekommt man sehr kleine Zahlen, sehr schnell. Hier sind einige praktische Referenzpunkte: 1 Hz bei 100 GHz Stabilitätsmessungen sind nur sinnvoll, wenn die Zeit zwischen den Messungen angegeben ist. Mit anderen Worten, Kurzzeitstabilität oder Langzeitstabilität ist die Konsistenz von Messungen, die in angegebenen, gleichmäßig beabstandeten Intervallen genommen werden. Das Messintervall wird als tau bezeichnet. Zum Beispiel könnten wir sagen, dass eine Oszillatorstabilität 1 × 10 -11 bei tau 1 Sekunde ist. Langzeitstabilität wird oft pro Tag oder Monat angegeben. Kurzzeitstabilität wird fast immer in Sekunden angegeben. Es lohnt sich nicht ins Detail gehen, aber Stabilität Zahlen sind in der Regel mit einer Formel, die die Allan Varianz produziert erzeugt. Abgekürzt als AVAR. AVAR ist eine statistische Messung ähnlich der Standardabweichung, aber optimiert für die Art von Rauschen, die Oszillatoren aufweisen. Die Analyse der Präzisionszeit - und Frequenzquellen wird durch Statistiken bestimmt. Allan Varianz ist oft über mehrere tau aufgetragen, wie in dieser Tabelle zeigt die Leistung eines militärischen Überschuss-Frequenz-Standard: Für Phasenrauschen, schalten wir auf eine logarithmische Leistungsskala bezogen auf die Stärke des Trägers. Es gibt mehr Rauschleistung in einer breiten Bandbreite als ein schmales, so daß die Rauschleistung auf herkömmliche Weise auf eine Bandbreite von 1 Hertz normiert wird. Aus irgendeinem Grund wird diese Messung der SSB-Rauschleistung als Skript L bezeichnet. Nach einem Zeichen, das gut aussieht, wie ein Kursiv - oder Skript, Großbuchstabe L. Theres keine Darstellung dieses Zeichens in gängigen Computerschriften, was die Kartenbeschriftung ein wenig interessant macht. Die Maßeinheit ist dBcHz, was eine Rauschleistung in einer 1 Hertz-Bandbreite bezogen auf den Trägerpegel bedeutet, bei einem spezifizierten Frequenzversatz von dem Träger. Phasenrauschen, die häufig auf einem Diagramm wie dem gezeigt sind (mit dem gleichen Überschussstandard wie oben): Über GPSDOs GPS-Empfänger, die für Timing-Zwecke ausgegeben werden, geben ein Puls-Signal (PPS) aus, das auf der Skala von Nanosekunden genau ist. Das GPS-Signal wird von der US Naval Observatory kontrolliert, so dass es mit einer Genauigkeit von einigen Teilen in 10 -13 im Vergleich zu USNO empfangen werden kann (und USNO Zeit wird innerhalb von ein paar Nanosekunden der National Institute of Standards and Technology Zeitskala gehalten ). Dieses PPS-Signal kann verwendet werden, um einen ovenisierten Kristalloszillator (OCXO) in einer Phasenregelschleifenkonfiguration zu steuern oder zu disziplinieren - im Wesentlichen wird ein von dem OCXO abgeleitetes PPS-Signal mit dem GPS-PPS verglichen und eine Steuerschaltung den Oszillator Um die beiden PPS-Signale zur gleichen Zeitversetzung oder Phase zu halten. Das GPS-PPS-Signal auf kurze Sicht (weniger als tausend Sekunden oder so) ist ziemlich laut. Verschiedene Faktoren verursachen es, um etwa 50 bis 150 Nanosekunden zu springen. Das klingt nicht viel, aber in gebrochenen Häufigkeitsbestimmungen, ist es nicht so groß - sogar 100 Nanosekunden pro Sekunde ist nur 1x10 -8. Im Laufe der Zeit dieses Geräusch im Durchschnitt auf Null, so Tag-über-Tag der GPS-PPS ist um mehrere Größenordnungen besser. Auf der anderen Seite, ein guter Quarzoszillator ist leicht besser als 1x10 -11 von Sekunde zu Sekunde die besten kann ein paar Teile in 10 -13 sein. Aber auf lange Sicht kann die Alterung eine OCXO-Off-Häufigkeit von Teilen in 10 -9 pro Woche oder sogar pro Tag verschieben. Die Idee der GPSDO ist, die gute Kurzzeitstabilität des Kristalloszillators mit der ausgezeichneten Langzeitstabilität zu kombinieren Des GPS-Signals. Der Crossover-Punkt liegt in der Regel etwa 1000 Sekunden - unterhalb dieser Zeit dominiert die Kristalloszillator-Stabilität über längere Zeit, die Ausgangsfrequenz verfolgt GPS. Heres, was die Kombination aussieht, können Sie leicht sehen, wo die Übergang zwischen OCXO und GPS-Leistung auftritt (dies ist zwei HP Z3801As gegen einander gemessen): Weil die Steuerkreise eine Spannung an den Quarzoszillator abstimmen Schaltung, jedes Rauschen auf dieser Steuerung Wird die Oszillatorleistung verschlechtert. Infolgedessen wird ein disziplinierter Oszillator nie ganz so gut funktionieren wie der gleiche Oszillator ohne externen Einfluß. Der Leistungsabfall kann sich als ein erhöhtes Phasenrauschen oder eine verminderte Kurzzeitstabilität zeigen. Mit sorgfältigem Entwurf kann diese Verunreinigung minimiert werden, aber ihr immer dort auf irgendeinem Niveau (es sei denn, daß der Oszillator so schlecht ist, daß sein inhärentes Geräusch das Steuergeräusch maskiert). Was bedeutet dies, dass ein GPSDO bietet eine exzellente Genauigkeit, verbessert aber nicht kurzfristige Stabilität oder Phasenrauschen - die werden in der Regel in einem Stand-alone-Kristall-Oszillator optimiert werden. Die Frequenzgenauigkeit der GPSDO ist im wesentlichen die von GPS, plus oder minus der Kurzzeitstabilität des Kristalloszillators. Mit anderen Worten, eine richtig funktionierende GPSDO ist wahrscheinlich genau auf Teile in 10 -13. Und wenn Sie es einmal pro Tag messen, werden diese Messungen auf etwa diesem Niveau konstant sein. Aber wenn Sie jede Sekunde Messungen machen, können diese durch Teile im elften oder zwölften Teil voneinander abweichen. Schließlich stellen die GPSDOs zwei betriebliche Probleme dar, die nicht ignoriert werden können: (a) sie lassen sich nicht ausschalten, weil es Stunden dauert, bis das System nach dem Einschalten stabilisiert wird, und (b) sie nicht bewegt werden möchten, weil es optimal ist Leistung hängt davon ab, das GPS genau wissen, wo es ist, und es dauert mehrere Stunden, um eine angemessene Selbst-Umfrage zu tun. Diese Gründe bedeuten, dass ein GPSDO nicht Teil eines Systems mit einem Netzschalter sein sollte und dass man nicht für ein mobiles oder tragbares System praktisch sein kann. Ein batteriebetriebenes OCXO könnte eine viel bessere Lösung sein. Was für Genauigkeit und Stabilität brauchen wir für Amateur-Anwendungen - nicht prahlende Rechte, sondern nützliche Fähigkeiten auf unseren Bändern HF-Operationen Bei HF benötigt die Genauigkeit von 0,1 Hertz nicht mehr als 3,33 x 10 & supmin; & sup9; (d. h. 0,1 Hz bei 30 MHz). Und bei Doppler und anderen atmosphärischen Effekten ist es fraglich, ob die Genauigkeit von 0,1 Hertz sogar aussagekräftig ist. Ein GPSDO ist leicht in der Lage, Teile in 10 -12 und kann Teile in 10 -13, wenn Sie durchschnittlich für einen Tag oder mehr. Das bedeutet, dass ein GPSDO so etwas wie 3.000 Mal besser ist als nötig, um eine Genauigkeit von 0,1 Hertz bei 30 MHz zu erreichen. Ein Kristalloszillator in einem Ofen (ein OCXO) tut nicht auch, aber kann gut genug durchführen. Beispielsweise beträgt ein sehr kleiner DIP-Oszillator von MTI (Modell 205) um 5 x 10 & supmin; & sup9; pro Tag und hat eine thermische Stabilität von 3,5 · 10 & supmin; & sup6; über einen Bereich von -30 bis 70ºC. Das trifft nicht unsere 0.1 Hertz bei 30 MHz Anforderung, es sei denn, Sie kalibrieren es jeden Tag. Aber es ist ein kleiner, (relativ) preiswerter Oszillator. Eine größere und teurere Einheit (etwa 300-500 in Einzelmengeneinheiten) wie die MTI 260-Serie bietet Alterung bis zu 5 × 10 -11 pro Tag und Temperaturstabilität im gleichen Bereich wie 2 × 10 -10. Dieser Oszillator müsste nur alle 90 Tage oder so eingestellt werden, um innerhalb von 0,1 Hertz bei 30 MHz zu bleiben. Kurzfristige Stabilität ehrlich gesagt ist nicht ein Problem bei HF. Selbst billige Oszillatoren haben Stabilität über Perioden von 1 bis 100 Sekunden, gemessen als Teile in 10e-9 oder etwa 0,1 Hertz bei 30 MHz. Sehr wenige Amateuranwendungen verlangen Stabilität auf diesem Niveau I havent getan erschöpfend Forschung, aber die engste Stabilität Anforderung Ive gefunden ist für PSK31 im QPSK-Modus, mit einem zitierten Stabilitätsanforderung von 4 Hz. - das ist nur 1,33x10 -7. Phasenrauschen ist ein wichtiger Faktor bei HF schlechtes Phasenrauschen kann zu einer erhöhten Interferenz und einem schlechten Betrieb von Modi mit schmaler Verschiebung führen. Bei den meisten HF-Bauelementen setzen jedoch andere Komponenten, wie z. B. Synthesizer und Verstärker, das Phasenrauschen ein, daß der Kristallreferenzoszillator normalerweise viel leiser ist als diese Komponenten. VHF und Mikrowellen Bei höheren Frequenzen können Kurzzeitstabilität und Phasenrauschen wichtiger werden, da die Referenz mit großen Zahlen multipliziert wird. Kurzzeitstabilität von 10 -9 bei 10 GHz kann ein 10 Hertz Wobble auf das Signal, das ausreichen, um schmalbandige digitale Modi auswirken kann. Vielleicht wichtiger ist die Wirkung der Multiplikation auf Phasenrauschen. Das Phasenrauschen steigt in einer 20log-Progression, so dass das Multiplizieren von 10 MHz auf 10 GHz das Phasenrauschen um 60 dB erhöht - das reicht aus, um Signal-Rausch-Verhältnisse signifikant zu reduzieren und den Signalpeak so weit zu verschmieren, dass sogar CW matschig klingt . Die folgenden drei Spektrumanalysator-Diagramme zeigen das Ausgangsspektrum eines 10-GHz-Ziegeloszillators, wenn er von verschiedenen Oszillatoren im 100 MHz-Bereich (Multiplikation dieses Signals mit dem Faktor 102) und einem HP-Mikrowellensignalgenerator zum Vergleich angetrieben wird. Sie zeigen verschiedene Spannen (plus 5 kHz, 250 kHz und 5 MHz) weg von der Mittenfrequenz sein wichtig, um alle drei Spannweiten zu betrachten, weil youll unterschiedliche Leistung bei den verschiedenen Versätzen vom Träger sehen. Das Wichtigste aus diesen Diagrammen ist, dass die Qualität der Referenz sehr wichtig für die Qualität des multiplizierten Signals ist. Pagesstabilityindex. html wurde zuletzt aktualisiert am: Montag, 18-Feb-2008 09:35:36 EST