3D-OCXO – решение проблемы силовой части

Полистал Хоровица-Хилла…. Некоторое время обдумал проблемы с самовозбудом силовой части, и даже прогнал ряд симуляций:

Которые кстати сказать – абсолютно не показали проблем с возможным самовозбудом crazy

Так вот, проведя мозговой штурм, решение было найдено. Частично пришел на помощь аппнот Техаса SBOA326. В котором предлагается внедрить в схему обратной связи дополнительный резистор, у техаса он обозначается как “R3”.

Так вот, проанализировав всё это оказалось, что конденсатор компенсации в цепи обратной связи C58 не заработал как должно, по тому, что он попросту не способен оказать на инвертирующий вход ОУ сколь либо должного влияния для стабилизации цепи, так как ток протекающий через него от выхода ОУ практически не способен “победить” мощный Дарлингтон, такой как BDX53B. Ввод в схему дополнительного резистора, немного развязывает компенсационную емкость C58 от силового каскада, и она уже может эффективно погасить самовозбуд.

Итоговая схема прецизионного силового каскада получилась такая:

Проверка в прототипе так-же показала, что она отлично работает при любых условиях тестирования. Какой либо возбуд такой схемы не фиксируется.

Естественно данное решение уже намного более правильное, нежели чем то, что  было найдено ранее методом “научного втыка”, и его вполне можно применять! mail

Но скиллс… Хм… интересный!  diablo

3D-OCXO – отрицательный рост

На прошедших выходных, как это принято сегодня говорить, у проекта 3D-OCXO случился отрицательный рост crazy Другими словами, все попытки его запуска завершились полным провалом и полной забраковой всего дизайна.

Первая проблема возникла в ожидаемом месте, но с неочевидными путями её решения. laugh

  • Ранее не проверенный мною в железе концепт прецизионного мощного питальника называемый мною “а-ля 49-ка”, название которого очевидно исходит из того места где я впервые увидел подобное решение, это из вольтметра В7-49.

Так вот, оно не стартануло… данный узел неплохо так загенерил на частоте в пару сотен килогерц. Классические методы увеличения емкостной связи между инвертирующим входом и выходом ОУ (емкость С58) Не дали достаточно хорошего результата, и при практически любой емкости в разумных приделах, цепь продолжала проявлять признаки самовозбуда. Методом “научного втыка”, решение нашлось, хоть и совсем для меня не очевидное, это зашунтировать базу пары Дарлингтона на землю через емкость 4…10 мкФ. Это решение очевидно сделает жизнь ОУ не лёгкой, поскольку они не любят работать на емкостную нагрузку, но тем не менее, при шунтировании электролитическим конденсатором малой емкости, с относительно высоким ESR это сработало. Самовозбуд более не фиксируется, да и каких-то проблем при регулировании, в том числе и при резкой подаче питания не было найдено.

Даже мелкий глич, в правой половине графика, связанный с резким скачком тока нагрузки, не плохо так отрабатывает, без выбросов. 

Вообще говоря, надо почитать Хоровица-Хилла, в этом месте, так как причины именно такого решения проблемы для меня пока не очевидны.

  • Один из генераторов вЪебал при пайке на плату… Какраз тот, в котором я восстанавливал контакт сожранный флюсом. Какраз он снова и перестал контачить. Надо его еще разок перебрать, и получше восстановить эту цепь.
  • Из не очевидного… Обе LTC6957IMS-3 преподнесли сюрпризы.

Обе они мощно так загенерили, около часоты среза собственного фильтра, около 130МГц. Убрать данный самовозбуд никакими методами не удалось. Пока я долбался с ними где-то наверное сутки, меня все это время преследовало жесткое такое ощущение дежа-вю… Поиск по своему-же собственному блогу показал, что не даром! Как выяснилось, ранее я уже пробовал их применять, примерно с тем-же не-успехом. ЧОООрт!!! Я просто про это забыл!  По-видимому им для нормальной работы нужна еще более лучшая изоляция входа от выхода, чтобы избежать самовозбуда, на частоте близкой к полосе пропускания фильтра. Решить это без полного редизайна платы нельзя.

На этом моменте я сказал себе “СТОП!!!!” И принял волевое решение о полной замене концепта, и полной переделки проблемных мест проекта.

Итог: Проект пойдет полностью на редизайн! focus

Но я оцениваю это исключительно как “отрицательный рост”, так как на ошибках учатся… обычно…. если не считать момент с тем что я забыл о “LTC6957IMS-3” blush

По-крайней мере, некоторые вещи я на этом прототипе откатал, что позитивный скиллс, и вероятно смогу начать на нем писать ПО, не дожидаясь новой платы.

Прогресс 3D-OCXO

За прошедшие пару недель дотестил все генераторы ГК89 и отобрал пару самых лучших. Все были выдержаны перед замерами ровно по 6 дней каждый, а замер производился по 16ч+.

Эксперимент отчетливо показывает, что они очень разные, каждый со своей скоростью дрейфа и со своим шумом. Из не очевидного, самые шумные (красный и голубой) оказались с самым низким дрейфом, менее 0.001 Гц в сутки. Совпадение? возможно! В любом случае, я сделал для себя вывод, что оценивать их надо сразу и по параметрам шумов и по дрейфу.

Представление того-же графика за вычетом линейного дрейфа более наглядно позволяет сравнить их шумы.

Уже тут наглядно видно, что зеленый и синий генераторы наиболее тихие. А расчёт девиации Аллана это еще более отчетливо демонстрирует.

Причем превосходство этих двух генераторов отчетливо прослеживается во всем диапазоне Тау от 1.2сек до тысяч секунд. Они-то и пошли в работу, и были установлены в прототип генератора 3D-OCXO.

За эти две недели Резонит изготовил няшную плату и трафареты.

И все прошедшие выходные я самоотверженно ее паял в печке-гриль.

К вечеру воскресенья она обрела вид близкий к завершенному.

Правда выяснилось, что я где-то успешно проебал пакет с микросхемами FRAM FM25V05, и пришлось заказать их заново, правда на этот раз выбор пал на более емкие FM25V20A дабы хранить в них больше исторических данных о работе генераторов.

На следующих выходных наверное буду пробовать запускать.

3D-OCXO – Разработка платы

О прогрессе:

Неспешно приступил к рисованию платы.

Осталось проработать мелкие нюансы, но вроде все пока успешно “впихуется” в купленный на Али корпус.

95% деталей удалось купить, еще 5% докуплю попозже с зарплаты.

В очередной раз убедился что санкции не работают! Всё отлично покупается! crazy

3D-OCXO – Идея

Набросал прикидки по схемотехнике дисциплинированного генератора, вышло что-то такое.

Основная мысль в том, чтобы на борту было два отборных генератора, с наилучшей стабильностью. Которые независимо друг от друга будут дисциплинироваться модулем LEA-M8F. Причем само дисциплинирование будет производится не по алгоритму заложенному в модуль, который не лишен проблем, а по собственному алогритму.

Идея состоит в том, что пока спутники модулем лочаться, он измеряет частоту каждого генератора по отдельности. Затем методом последовательного приближения частота генераторов вгоняется максимально близко в номинал 10МГц, а после чего строится прогноз по среднесрочному дрейфу каждого генератора, и он компенсируется очень малыми порциями, в соответствии с прогнозом.

Простые прикидки в Excel показывают.

Что простенького 16-ти битного ЦАП будет достаточно, чтобы вогнать частоту генераторов в номинал с точностью около 0.016…0.027ppb. Фактически, это на гране реальности для модуля LEA-M8F, и то, только после длительного накопления данных на протяжении тысяч секунд, с последующий математической пост-обработкой.

Главная же проблема всех дисциплинированых генераторов, которые я видел, это слабая проработанность режима автономного удержания частоты Holdover. Накоплением и обработкой большого массива исторический данных в FRAM, я надеюсь построить для каждого генератора в отдельности прогноз его дрейфа. И когда данные со спутников будут пропадать, подстройка генераторов продолжится в соответствии с прогнозом.

Для проверки работы генераторов предусмотрены индивидуальные термодатчики, и детектор разности фаз и амплитуд. Который позволит не только сказать исправны ли генераторы, но и нет ли явных проблем с прогнозированием дрейфа генераторов, так как он будет дифференцировать разность фаз генераторов и вычислять по скорости изменения фазовых сдвигов разность частот. А значит вымерять генераторы между собой, и сравнивать фактические данные с прогнозируемыми, с суб-герцовой точностью. Это конечно-же не прямое сличение с эталоном, но как дополнительная проверка того что “все идет по плану” вполне сгодится, и вероятно будет очень полезным.

Сама идея поставить именно два генератора обусловлена тем, что при многих днях Holdover-а на самом-то деле уже перестаешь быть хоть сколько-то уверенным в одном генераторе. А когда их два, их можно постоянно сличать между собой, и за одно между их прогнозами, и на основании этого делать вывод “въебло/не въебло”.

Целевая задача, получить устройство обеспечивающее суб-ppb-шную точность частоты в любых условиях приема спутников, и девиацию менее 1E-11 в диапазоне Тау=1…2000сек, и девиацию менее 1E-10 при Тау от 1 дня до бесконечности. Поскольку именно данные параметры стабильности мне кажутся разумными для моих сумасшедших экспериментов. crazy

Надо с этими мыслями переспать, и начать рисовать плату.

Ну и что-то мне подсказывает, что прогнозировать дрейф этих генераторов, при достаточно большом массиве исторических данных, можно довольно точно. А значит, вероятно устройство будет отлично работать неделями в автономном режиме.

Исследование нюансов U-BLOX LEA-M8F

Длительное наблюдение за поведением алгоритма дисциплинирования на протяжении 6 дней вскрыло некоторые нюансы, о которых я сейчас поведаю.

 

1 – Суточные всплески.

Алгоритму дисциплинирования характерен баг, дающий каждые 24 часа сбой дисциплинирования и кратковременный уход частоты.

Длительность и амплитуда всплесков носит случайный характер. Сбой дисциплинирования может длится от нескольких минут, до получаса.

Читать далее «Исследование нюансов U-BLOX LEA-M8F»

Реинкарнация блока времени

Я немного затянул с съемками видео по итогам года, потому-что отсыпался весь НГ и пилил блок времени, о чем сейчас и расскажу. А вот уже потом пойду снимать видео.

Спустя несколько лет облизывания на модуль U-BLOX LEA-M8F,  наконец-то сложились все необходимые условия:

  • Он стал легко доступен за дешево на АлиЭкспресс. (китаец присылает кусок платы с модулем, нежно выпиленный болгаркой) crazy
  • Я таки созрел разработать на его базе блок времени, и антенну к нему.
  • Появился хорошо подходящий под него проект.

Читать далее «Реинкарнация блока времени»

Micron-GNSS

Так получилось, что у меня нет ни одной активной антенны, которая была-бы оптимизирована на прием импортозамещенного ГЛОНАСС или BeiDou.

Дело в том, что для ГЛОНАСС нужен диапазон частот 1.602GHz…1.609GHz, а  BeiDou работает на частоте 1.561GHz. Что серьезно отличается от частоты GPS 1.575GHz, так как при наличии любого узкополосного фильтра, типично режится все что отличается от нее более чем на +-5MHz. А моя Symmetricom 58532A GPS L1 reference antenna, как раз имеет такой фильтр, не говоря уже о том, что сама антенна оптимизирована на частоту именно 1.575GHz.

По этому я решил сделать сам многодиапазонную антенну. После пары дней поиска подходящих SAW-фильтров и патч-антенн, вышло примерно следующее:

Наличие SAW-фильтров очень важно, для того что-бы резать сигналы GSM сетей и не перегружать ими усилитель и приемный тракт. Так-же пришлось заказать 4-х слойку, так как на 2-х слойке очень сложно соблюсти импедансы дорожек.

Заказал плату, посмотрю что получится…. blush

Кстати вспомнилось тут…. на одном из русских форумов видел вопрос: “спаял усилитель на 1ГГц, но почему-то он не работает, подскажите что не так?!”.

Сам этот вопрос не содержит в себе ничего удивительного… Но от иллюстрации, которая к нему прилагалась, я сполз под стол со смеху:

laugh laugh laugh laugh laugh laugh

 

UPD 1: Нарисовал чехольчик-крепление, дабы закрепить и защитить антенну от суровых Русских погодных условий и снегов. Он будет ставится на мачту, рядом с уже имеющейся антенной от Symmetricom.

UPD 2: Нет, мой внутренний перфекционист не искореним!!! Пересчитал еще раз импедансы дорожек, вскрыл их от маски, дабы маска не влияла на импеданс, поправил плату, добавил элементы крепления экрана, уменьшил длину дорожек.

Модернизация платы времени

Неопытный читатель наверняка сейчас думает: “Похоже Shodan скоро доварит свой ГЛИН”. Спешу Вас разочаровать – нет, похоже не скоро…. laugh

Плата задающая временные интервалы на днях была модернизирована, для ее автоматической подстройки по сигналам точного времени спутниковой системы ГЛОНАСС и была сейчас перезаказана в Резоните.

Для этого, подстроечник задающий частоту OCXO был заменен на модуль  спутникового ресивера LEA-M8F с 16-ти битным ЦАП. К счастью, на платах ГЛИНа заложен большой запас по свободному месту, как раз на случай их модернизации.

Поскольку оно всё равно не имеет функции выключения, так-же были добавлены выходы опорных частот 1PPS и 10MHz, чтобы устройство можно было использовать как классический Disciplined Oscillator. 

Я вообще давно уже присматриваюсь к модулям LEA-M8F, но до этого момента не было проекта, куда их целесообразно впихнуть. Мой особый интерес к нему вызван еще и тем, что я не нахожу в сети данных о его запуске как полноценный Disciplined Oscillator. А значит надо попробовать его запустить, это-же очень интересно!!! crazy

GLONASSBeiDouDO

Чо-то мне показалось неправильным применять устройство которое называется по имени вражеской спутниковой системы GPSDO… хм…. laugh

Попробую собрать устройство которое назову GLONASSBeiDouDO (GLONASS+BeiDou Disciplined Oscillator), концептуально оно будет выглядеть так:

Суть примерно та-же что и у разработки BG7TBL, но тут будет применяться специализированный модуль U-Blox LEA-M8F который специально разрабатывался под задачи синтеза времени по данным спутниковых навигационных систем.

Конечно-же в интернете о нем нет никакой особо информации, а значит его надо опробовать!!! crazy Он будет настраивать уже знакомый читателю OCXO Vectron, на прецизионно точные 10МГц, которыми я буду тактировать всю мою лабу, а так-же этот У-Блох выдает сигнал 1PPS которым можно тактировать мультиметры для настройки ГЛИН-ов.

Особо интересно как этот У-Блох будет справляться в режиме конкурентного приема 2-х GNSS(Global Navigation Satellite Systems), а именно Китайской Бейдоу и нашего Глонасса.