Guten Morgen,
folgender Messaufbau liegt vor:
Drei Frequenzzähler mit jeweils interner Referenz hängen an einem
gemeinsamen 1 MHz-Eingangssignal vom Funktionsgenerator Feeltech
FY6600, also nicht absolut genau. Rechteck, 1 V Amplitude.
Torzeit jeweils 10 Sekunden.
Warmlaufzeit: > 1h
T_Ambient = 23,5 °C
Folgende Messwerte lese ich ab:
Fragen zur Genauigkeit:
* Gibt es eine Möglichkeit, aus diesen drei Messwerten die absolute
Eingangsfrequenz zu bestimmen?
* Gibt es eine Möglichkeit, aus diesen drei Messwerten die abolute
Genauigkeit der Frequenzzähler zu bestimmen? Vielleicht mit linearer
Algebra oder so?
Fragen zum GPSDO:
* Anwendung: Referenz für Frequenzzähler und SDR, LO für Es-Hail
* Zielstabilität: 1 Hz auf 145 MHz, also besser 6.9e-9 (unter der
Vorraussetzung, ich finde einen Zähler, der das aufzulösen vermag)
* Welcher GPSDO würde sich aktuell (2019) als Referenz-Oszillator
eignen?
** Es soll keine Bastellösung sein, sondern nach Möglichkeit ein
fertiges Kistchen, an die man nur noch Strom und Antenne anschließen
braucht. Allenfalls noch externes Display und Überbrückungsbatterie zum
Transport (1h). Max. 250€.
* Was eignet sich als interner Oszillator besser für die
Kurzzeít-Stabilität? TCXO, OCXO oder Rubidium?
** Wie verhält es sich mit der Hysteres beim Wiedereinschalten?
Das Paper von Ulrich Bangert kenne ich, habe aber grad nicht die Muße,
es durchzuarbeiten und zu verstehen. Wäre also für eine konkrete
Empfehlung oder kurze Erläuterung der Pros & Cons sehr dankbar.
Beste Grüße, Marek
von der Fa. SDR Kits in England gibt es ein GPS basierte Signalquelle,
welche diese Stabilität bereitstellt. Es kostet so um die 180 Euro.
Einfach googlen , nur nicht im DARC-Verlag kaufen da ist er wesentlich
teurer.
Über eine USB Schnittstelle kann man mit Hilfe des verfügbaren
Programmes die gewünschet Frequenz programmieren. Nach ca 1/4 Stunde ist
fast 10exp-10 erreicht.
Als Frequenzzähler wüde ich den Racal Dana 1991 bzw 1992 vorschlagen.
Der kann 9 Stellen/ Sekunde Auflösung. und dieser hat einen 10MHz
Referenzeingang , an dem man den GPS Frequenznormal anschließen kann.
Ralph Berres
Marek N. schrieb:> * Gibt es eine Möglichkeit, aus diesen drei Messwerten die absolute> Eingangsfrequenz zu bestimmen?
Nein, du hast immer die Fehler deiner Frequenzzähler. Offensichtlich
sind deine Fehlerangaben zu den Messwerten unvollständig und fehlerhaft.
Sonst dürften sich die Messwerte nicht widersprechen.
Zeichne dir mal ein Diagramm mit den drei Messwerten und den
Fehlerbereichen. Wenn die Geräte ihre Spezifikation einhalten, müssen
die sich überlappen.
> * Gibt es eine Möglichkeit, aus diesen drei Messwerten die abolute> Genauigkeit der Frequenzzähler zu bestimmen?
Ohne die Messfehler zu kennen - never.
Und auch dann bekommst du aus den Messwerten allenfalls einen besseren,
fehlerbehafteten Schätzwert für die Frequenz.
Marek N. schrieb:> Was eignet sich als interner Oszillator besser für die> Kurzzeít-Stabilität? TCXO, OCXO oder Rubidium?
Jeder Oszillator benötigt eine Einlaufzeit von mindestens 10 Minuten,
eher mehr, um 10exp-9 zu erreichen.
Marek N. schrieb:> ** Wie verhält es sich mit der Hysteres beim Wiedereinschalten?
die ist prinzipiell bei jeden Oszillator vorhanden, deswegen schaltet
man bei solchen Stabilitätsanforderungen den Oszillator auch nicht ab.
Jedoch sollte die Hysterese bei guten Rubidiumnormale und GPS
synchrónisierte Normale kleiner als deine Forderung von 10exp-9 sein.
Vorausgesetzt sie waren lange genug eingeschaltet.
Benötigt man einen Frequenztransver, dan käme eigentlich nur ein
akkubetriebenes Rubidiumnormal in Frage, welches zu Hause am Netz ängt
und den Akku auch wieder auflädt. Die Kapazität des Akkus mus auf jeden
Fall ausreichend sein, das heist er darf nicht leer werden, und das
Rubidiumnormal sollte tag und Nacht durchlaufen.
Ralph Berres
> Als Frequenzzähler wüde ich den Racal Dana 1991 bzw 1992 vorschlagen.
Von Stanford Research gibt es Zaehler die einem gleich die
Allen-Deviation der Messung plotten koennen.
Das ist wahrer Luxus!
... schrieb:> Allen-Deviation der Messung plotten koennen.> Das ist wahrer Luxus!
das geht auch wenn man einen Vektor Network Analyzer VNWA3E hat
Thomas DG8SAQ hatte dazu einen Artikel im Funkamateur veröffentlicht.
Hochgenaue Frequenzmessung mit Amateurmitteln
Thomas Baier, DG8SAQ
FA 5/2013, S. 506
Eric
Marek N. schrieb:> Gibt es eine Möglichkeit, aus diesen drei Messwerten die absolute> Eingangsfrequenz zu bestimmen?
Tu dir einen Gefallen und baue dir einen ordentlichen OCXO selber, also
einen Trimble oder Morion besorgen, gehäuse und Stromversorgung dazu und
eine Feineinstelling für den Frequenzabgleich.
Mit sowas kommst du nach Abgleich allemal locker unter die 0.05 Hz Marke
bei 10 MHz und stabil sind diese alten und großen Doppelofen-Töpfe auch.
Damit kannst du dann deine drei Zähler mal ordentlich abgleichen.
GPS ist eher was für das Überprüfen von so einem OCXO.
W.S.
Nabend
ich habe den Aufbau jetzt mal den ganzen Tag durchlaufen lassen.
Seit dem haben sich alle Zähler um ca. 20 Counts nach oben verschoben.
Entschuldigung, die +/- Counts im Eröffnungspost ist nicht die Spec der
Zähler. Die müsste ich recherchieren. Das war die max. Schwankung, die
ich während des Schreibens des Beitrags beobachtet hatte.
Ich habe heute Abend gegen 20 Uhr eine Messreihe aufgenommen alle 10
Sekunden über 18 Minuten. Sorry, der Messplatz-Laptop ist noch eine
XP-Maschine und nicht mehr im Netzwerk, darum der "Screenshot" per
Handy.
Was mich wundert, dass die OCXOs in einem Intervall von 1 Counts
schwankten, während der TCXO innerhalb von 2 Counts schwankte, jedoch
mit einer geringeren Varianz.
Auch jetzt sind noch alle Zähler innerhalb der dokumentierten
Intervalle.
Den SDR-Kits habe ich mal beim Surfen angeklickt und mit nem Kollegen
drüber diskutiert. Preislich wäre es OK, wie all die meisten anderen
GPSDOs auch. Ist halt ein kleines unscheinbares Kistchen. So wie ich
gesehen habe, hat der als Oszillator "nur" einen TCXO. Wie verhält es
sich, wenn das GPS-Signal mal für ne Stunde ausfällt, z.B. beim
Transport und der Oszillator batteriegestützt weiter läuft? Währe da ein
OCXO nicht stabiler, wohlwissend, dass man mehr Batteriekapazität
bräuchte?
Beste Grüße, Marek
als Transver eignet sich ein gps gestütztes Normal sowieso nicht. Da
weäre ein Rubidiumnormal welches batteriegepuffert ist die bessere Wahl.
Aber als Referenzfrequenz für zu Hause kann ich nur sagen. Ich habe es
gegen einen Rohde&Schwarz und ein Efratom Rubidiumnormal gehalten.
Das GPS von SDR-Kits und das Rohde%Schwarz Rubidium waren über Stunden
phasengleich. Das Efratom nicht ganz so lange.
Und darum geht es dir ja letztendlich eine verlässliche Referenz zu
haben welche erschwinglich uns stand alone läuft.
Ralph Berres
Marek N. schrieb:> Jetzt noch die Frage nach TCXO (wie beim SDR-Kits) oder OCXO (wie bei> BG7TBL und Co)?
da das Frequenznormal ja Tag und Nacht im Dauerbetrieb laufen soll, ist
die Frage ob TCXO oder OCXO nicht ganz so wichtig.
Es sei denn du willst ein GPS Frequenznormal selber bauen , welche
10exp-11 oder besser erreicht, dann benötigst du Regelzeitkonstanten im
Stundenbereich. Hier wäre dann ein hochpreisiges OCXO von Nöten.
Ralph Berres
Bezüglich des Abgleiches Deiner Zähler könntest Du auch das 1 pps Signal
eines GPS-Empfängers verwenden. Dieses weist zwar einen Jitter von 20-60
ns auf, der aber bei 10 Sekunden Meßzeit in der 8. Stelle verschwinden
sollte.
Wenn Du die Möglichkeit haben solltest, probiere es aus.
Hi,
naja die Frage war so gemeint, was hält die Frequenz besser, wenn das
GPS-Signal mal ausfällt, z.B. Antenne abgezogen beim Umbau des
Messaufbaus oder Transport für 1h? Bzw. welcher Oszillator erholt sich
schneller/besser, wenn die Synchronisation ausfällt?
Beste Grüße, Marek
Wolfgang schrieb:>> Nein, du hast immer die Fehler deiner Frequenzzähler.
Sorry, aber das ist Blödsinn! Die Frequenzzähler ansich zählen nur in
vorgegebener Zeit. Wenn man diese Zeit in sehr genauer Form und synchron
für alle bereit stellt, dann zeigen alle exakt das gleiche an.
> Offensichtlich> sind deine Fehlerangaben zu den Messwerten unvollständig und fehlerhaft.> Sonst dürften sich die Messwerte nicht widersprechen.> Zeichne dir mal ein Diagramm mit den drei Messwerten und den> Fehlerbereichen. Wenn die Geräte ihre Spezifikation einhalten, müssen> die sich überlappen.
Noch mal komplett Blödsinn. Wenn die internen Referenzen amok laufen,
kannst Du die irresten Werte ins Display bekommen.
> Ohne die Messfehler zu kennen - never.
Ein Digitalzähler für sich hat keinen Messfehler, höchstens das letzte
Digit kann +/- 1 wackeln.
Den eventuellen Fehler bringt die Referenz ein (sagte ich schon)
> Und auch dann bekommst du aus den Messwerten allenfalls einen besseren,> fehlerbehafteten Schätzwert für die Frequenz.
Meinst Du ein altes Zeigerinstrument?
Alle meine Zähler haben eine externen Referenzfrequenzeingang und wenn
ich auf diesen meine Externe Referenz stöpsel, dann zeigen alle exakt
das gleiche an (ok, +/- 1)
Klar, das Ergebnis muss noch immer nicht stimmen, dieses hängt dann von
der Genauigkeit der externen Referenz ab. Ich habe DCF77, GPS und
Rubidium zur Verfügung, und in der Reihenfolge ist auch die Genauigkeit.
Wobei Rubidium (nach 24h Warmlaufphase) und GPS tagelang fast in
gleicher Phasenlage bleiben.
Also, ein GPS-Normal ist heute eigentlich DAS Mittel der Wahl und
überhaupt nicht mehr teuer. Eigenbaulösungen kommen weit unter 100 Euro
weg.
Old-Papa
Old P. schrieb:> Den eventuellen Fehler bringt die Referenz ein (sagte ich schon)
Naja es gibt auser dem Fehler der Referenzfrequenz noch Fehler, die auf
Jitter des Triggerzeitpunktes zurückzuführen sind.
Das merkt man z.B. wenn man mit einen 9stelligen Zähler einen Sinus mit
1KHz messen will. Diese wird in den seltesten Fällen bis auf das letzte
digit stabil sein. Auch wenn die 1KHz aus der selben Referenzfrequenz
abgeleitet ist, wie die Referenzfrequenz des Zählers selber.
Probiere es aus. Du hast doch ein Racal 1991?
Das ist aber ein prinzipieller Fehler ( welcher hoffentlich im
Datenblatt des Frequenzzählers angegeben ist ), welcher man kaum
vermeiden kann.
Aber bei 1MHz wie bei dem TO wird dieser Effekt noch nicht allzugroß
sein, bzw noch nicht auffallen.
Marek N. schrieb:> Was mich wundert, dass die OCXOs in einem Intervall von 1 Counts> schwankten, während der TCXO innerhalb von 2 Counts schwankte, jedoch> mit einer geringeren Varianz.
Für Frequenzzähler gibt es meist mehrere Optionen für den
Referenzfrequenzoszillator von 10exp-6/ Tag ( standart ) bis 10exp-9/Tag
manchmal auch 10exp-10/Tag.
Das heist aber nicht das nach einen Jahr noch die gleiche Genauigkeit zu
erwarten ist. Der 10exp-9 Oszillator kann nach einen Jahr durchaus schon
eine Abweichnung von 10exp-7 haben. Er muss dann nachjustiert werden.
Der GPS Frequenznormal hat lediglich die Aufgabe, die Langzeitstabilität
zu gewährleisten. Die Kurzzeitstabilität ( in dem Fall eben die Messzeit
)
von z.B. 10exp-9 bei einen 9stelligen Zähler würde selbst ein einfacher
GPS synchronisierter Quarzoszillator schon erreichen. Zumindesten für
Messzeiten von 1 Sek oder kleiner.
Bei größeren Messzeiten von 10Sek würde ein synchronisierter TCXO auch
ausreichen.
Ralph Berres
Ralph B. schrieb:>> Naja es gibt auser dem Fehler der Referenzfrequenz noch Fehler, die auf>> Jitter des Triggerzeitpunktes zurückzuführen sind.>> Das merkt man z.B. wenn man mit einen 9stelligen Zähler einen Sinus mit> 1KHz messen will. Diese wird in den seltesten Fällen bis auf das letzte> digit stabil sein. Auch wenn die 1KHz aus der selben Referenzfrequenz> abgeleitet ist, wie die Referenzfrequenz des Zählers selber.
Ok, doch der TO hatte Rechteck anliegen.
Aber es stimmt schon, doch bisher habe ich selbst bei 100MHz
Messfrequenz auf allen Zähler das gleiche stehen.
> Probiere es aus. Du hast doch ein Racal 1991?
Ja, und weitere...
> Der GPS Frequenznormal hat lediglich die Aufgabe, die Langzeitstabilität> zu gewährleisten. Die Kurzzeitstabilität ( in dem Fall eben die Messzeit> )>> von z.B. 10exp-9 bei einen 9stelligen Zähler würde selbst ein einfacher> GPS synchronisierter Quarzoszillator schon erreichen. Zumindesten für> Messzeiten von 1 Sek oder kleiner.
Mehr Messzeit macht ja heute kaum noch jemand. Die Justage eines Gerätes
macht ja schon bei 10Sek. keinen Spaß mehr ;-)
> Bei größeren Messzeiten von 10Sek würde ein synchronisierter TCXO auch> ausreichen.
Stimmt.
Old-Papa
Old P. schrieb:> Aber es stimmt schon, doch bisher habe ich selbst bei 100MHz> Messfrequenz auf allen Zähler das gleiche stehen.
das Problem mit dem Jitter wird um so größer , je niedriger die
Messfrequenz wird, nicht je höher.
Ralph Berres
Beitrag "Re: Sehr genaue und stabile Referenzspannung"
zu Deiner Frage "..aus diesen drei Messwerten die absolute
Eingangsfrequenz zu bestimmen..." fällt mir die Aussage von Anja ein:
Wer eine Uhr hat weiß immer die genaue Zeit.
Wer 2 oder mehr Uhren hat zweifelt immer.
Auch ein Quarzoszillator ist freischwingend, wenn auch eng toleriert.
Das wird vermutlich auf einer Gaussglockenkurve irgendwo im Toleranzband
liegen.
Zur absoluten Messung braucht es ein Normal, das von den amtlichen
Definitionen für Zeit abgeleitet ist. Irgendeine Hyperfeinstruktur einer
Spektrallinie eines Atoms oder so ähnlich.
Marek N. schrieb:> naja die Frage war so gemeint, was hält die Frequenz besser, wenn das> GPS-Signal mal ausfällt, z.B. Antenne abgezogen beim Umbau des> Messaufbaus oder Transport für 1h? Bzw. welcher Oszillator erholt sich> schneller/besser, wenn die Synchronisation ausfällt?
Muß hier mal reingrätschen:
Also, erstmal eines: bei einem "gewöhnlichen" GPS-Normal ist ein TCXO
allemal besser als ein OCXO, weil er keine Aufheizung braucht. Er wird
ja ohnehin vom GPS-System nachgestimmt. Nur dann, wenn man tatsächlich
Regelzeiten im Stundenbereich hat, käme ein OCXO in Frage, weil der eben
zwischendurch eine bessere Konstanz hat - aber da reden wir über mehr
als 10 Stellen.
Für irgendwelchen Transport ist ein daheim per GPS justierter OCXO
allemal die allerbeste Lösung, wenn man nicht den Sprung in
Referenzsysteme (Rubidium, Cäsium etc.) wagen will. Ist ja auch ne
Kostenfrage. Wie schon gesagt, die ziemlich großen Doppelöfen von
Trimble oder Morion brauchen zwar so etwa 15..30 Minuten zum Aufwärmen,
bis sie deinen genannten Werten entsprechen - aber dafür hat man keinen
Ärger, sowas per Batterie gepuffert transportieren zu müssen.
Und nochwas zu den "OCXO's" in Frequenzzählern: Mach so ein Ding mal auf
und guck, wie das aufgebaut ist. Vielleicht fällt dir dabei das
Monokel herunter vor Schreck.
Ich hab hier noch immer so einen FZ-2510 (Auerswald/Conrad) hier
herumstehen. Dessen "OCXO" besteht aus:
- einer Plastikhülle von einem Myrra-Printtrafo
- darunter ein diskret aufgebauter Quarzoszi
- an den Quarz ein NTC per Schrumpfschlauch und Kabelbinder drangebeppt
- zur Frequenzeinstellung 2 Trimmkondensatoren ("grob" + "fein")
Ich hätte fast nen Herzschlag beim Ansehen gekriegt.
Nun, für einen echten OCXO ist das Netzteil dieses Zählers zu schwach.
Also hatte ich damals als erste Hilfe den "grob"-Trimmer gegen ein paar
Festkondensatorn ersetzt. Ging dann so lala. Als Problemlösung hatte ich
mir dann meinen eigenen Frequenzzähler gebaut. Mit nem richtigen OCXO.
Also guck du mal in deine tollen Geräte, und wenn du dich davon seelisch
erholt hast, kannst du ja mal posten, was da drin ist.
W.S.
Ralph B. schrieb:> das Problem mit dem Jitter wird um so größer , je niedriger die> Messfrequenz wird, nicht je höher.
Nö. Es ist eher das Verhältnis von Flankensteilheit zu den
unvermeidlichen Störungen (Rauschen, Netzbrumm, etc), was einem bei
niedrigen Signalfrequenzen in die Suppe spuckt.
W.S.
W.S. schrieb:> Nö. Es ist eher das Verhältnis von Flankensteilheit zu den> unvermeidlichen Störungen (Rauschen, Netzbrumm, etc), was einem bei> niedrigen Signalfrequenzen in die Suppe spuckt.
was ist das denn anderes als Jitter?
W.S. schrieb:> Wie schon gesagt, die ziemlich großen Doppelöfen von> Trimble oder Morion brauchen zwar so etwa 15..30 Minuten zum Aufwärmen,> bis sie deinen genannten Werten entsprechen - aber dafür hat man keinen> Ärger, sowas per Batterie gepuffert transportieren zu müssen.
selbst dieser berühmte Trümmer von HP welches mit 10exp-10 angegeben war
hat bei mir keine reproduzierbare Stabilität von 10exp-9 erreicht.
Es hat immer irgendwie eine Hysterese mit in die Suppe gespuckt.
Diese Stabilität wurde nur erreicht wenn dieser Ofen Tag und Nacht
durchläuft. Aber nach einen Jahr hatte der auch nur noch 10exp-7 an
Genauigkeit.
Dann lieber das GPS Normal mitnehmen und eine viertel Stunde nach dem
Einschalten warten. Dann erreicht man wenigstens die gewünschten 10ecp-9
Ralph
Old P. schrieb:> Ein Digitalzähler für sich hat keinen Messfehler, höchstens das letzte> Digit kann +/- 1 wackeln.
Mit Frequenzzähler meinte ich nicht den Digitalzähler, sondern die ganze
Kiste, die da auf dem Tisch steht und mit einer irgendwodurch
festgelegten Torzeit versucht, die Frequenz des Eingangssignals im
Rahmen ihrer Genauigkeit zu bestimmen.
Oder wie erklärst du dir die verschiedenen, vom TO genannten Messwerte
für die Frequenz ein und desselben Signals?
Wolfgang schrieb:>> Mit Frequenzzähler meinte ich nicht den Digitalzähler, sondern die ganze> Kiste, die da auf dem Tisch steht und mit einer irgendwodurch> festgelegten Torzeit versucht, die Frequenz des Eingangssignals im> Rahmen ihrer Genauigkeit zu bestimmen.
Genau so meine ich das auch.
> Oder wie erklärst du dir die verschiedenen, vom TO genannten Messwerte> für die Frequenz ein und desselben Signals?
Die erkläre ich mir auch genau so.
Doch Du hattest geschrieben, das es so nicht sein könne und er hätte
fehlerhafte Angaben zu seinen Messfehlern gemacht. Er sollte sogar ein
Diagramm zeichnen....
Merkste was...? ;-)
Old-Papa
Old P. schrieb:> Doch Du hattest geschrieben, das es so nicht sein könne und er hätte> fehlerhafte Angaben zu seinen Messfehlern gemacht. Er sollte sogar ein> Diagramm zeichnen....>> Merkste was...? ;-)
Ja, erst später hat der TO verraten, dass die Toleranzangaben nicht die
Messgenauigkeit der Geräte (z.B. durch Ungenauigkeit der Zeitbasis)
darstellen, sondern nur die Schwankungen bei der Ablesung.
Mit Geräten unbekannter Genauigkeit lässt sich die Signalfrequenz leider
nicht bestimmen, egal ob man 3 oder 100 Frequenzzähler da stehen hat.
Marek N. schrieb:> Fragen zur Genauigkeit:> * Gibt es eine Möglichkeit, aus diesen drei Messwerten die absolute> Eingangsfrequenz zu bestimmen?> * Gibt es eine Möglichkeit, aus diesen drei Messwerten die abolute> Genauigkeit der Frequenzzähler zu bestimmen? Vielleicht mit linearer> Algebra oder so?
Also zwei mal NEIN, meine Vermutung "unvollständig" trifft die Sache
also wohl.
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