Источник опорной частоты

Источник опорной частоты

Данная статья является дополнением к обзору генератора OWON AG051F.

На момент написания статьи при тестировании генератора было обнаружено, что реальная частота на выходе немного отличается от выставленной, например:

  • Выставлено — 1.000000MHz
  • На выходе — 1.00002MHz

  • Выставлено — 100.0000kHz
  • На выходе — 99.8405kHz

Изначально я не обратил на это должного внимания, но мысли по этому поводу были разные:

  • В мануале к генератору указано, что прибор должен проработать и прогреться как минимум 30 минут, температурный дрейф и тд.;
  • Погрешность измерения аппаратного частотомера осциллографа;
  • Плохой встроенный кварцевый генератор;

Прогрев генератора не дал результатов, поэтому температурный дрейф можно исключить.
Для проверки частотомера осциллографа я подключил генератор к мультиметру Brymen BM-867S точность измерения частоты 0,002% + 4 ЕМР.
Как видно частота 99.837kHz, таким образом можно констатировать что именно генератор выдает неправильную частоту.

У себя в закромах я нашел неплохой кварцевый генератор на 20.000000MHz (FOX F1100e).

В генераторе есть аппаратный частотомер, в меню Utility>Counter, поэтому я решил подключить кварцевый генератор туда и посмотреть, что покажет частотомер.

Вход частотомера находится сзади

Встроенный частотомер показал частоту 20.0001MHz

Уже стало ясно, что встроенный опорный генератор не очень точный.

К счастью генератор умеет тактоваться от внешнего источника опорной частоты, но необходима тактовая частота 10MHz.
Для того что бы получить из 20, 10MHz я применил простейшую схему делителя частоты на D-триггере.

Выход организован из 3-х BNC разъемов, два из них будут иметь частоту 10MHz, и один будет подключен к выходу кварцевого генератора с частотой 20MHz.

Для питания используется металлический разъем 5.5 x 2.5 мм.

Для питания кварцевого генератора был применен небольшой DC-DC преобразователь купленный на Алиэкспресс.
Это необходимо для защиты входа, для возможности питающего напряжения изменятся в широком диапазоне без риска повреждения кварцевого генератора, а в последствии и всего прочего подключенного к опорному источнику.

В итоге получилось небольшое и очень простое устройство, на выходе мы имеем 10 и 20MHz, (некоторые виды генераторов требуют тактовую частоту 20MHz).

Питающее напряжение от 7-30В, для того, чтобы не терять возможность питания источника опорной частоты от USB, был сделан небольшой провод с повышающим DC-DC преобразователем MT3608.

Таким образом источник опорной частоты можно питать от любого USB порта, даже от USB порта осциллографа.

Опорный сигнал подается на тот же вход частотомера, после чего в меню Utility>System>CLK Src(Internal)

После нажатия на пункт CLK Src(Internal) генератор переключится на внешний опорный источник.

В случае когда опорный источник не подключен, либо частота не подходит, генератор выдает сообщение (No valid external clock detected.).

Результат не заставил себя долго ждать.

Теперь все в пределах погрешности измерительных приборов.

Конечно желательно иметь термокомпенсированные кварцевые генераторы (TCXO).

Но для обычных радиолюбительских задач, и конкретно для меня достаточно обычного кварцевого генератора, который позволил значительно улучшить характеристики генератора OWON AG051F.

Статьи

GPS-12RG — современный источник опорной частоты

В статье рассмотрены основные характеристики, возможные области применения, а также отличительные особенности нового рубидиевого стандарта частоты GPS-12RG с поддержкой синхронизации от систем GPS/GLONASS производства компании «Pendulum Instruments» (Швеция)

Новый высокотехнологичный продукт GPS-12RG ориентирован для использования в качестве источника синхросигнала в сфере метрологического обеспечения, для научных исследований, разработок и производства РЭА, в телекоммуникационных системах, сетях мобильной и смешанных видов связи (GSM, SDH/ PDH/ Sonet).

Рис. 1. Внешний вид GPS-12RG

Стандарт частоты GPS-12RG (рис. 1) представляет собой портативный источник опорной частоты с ультрастабильным приёмом базового сигнала GPS/GLONASS Rubidium. Поддержка стандартом в режиме захвата частоты от GPS/GLONASS и обеспечение качества выходного сигнала максимально приближенного к уровню «Cs/Cesium» (рис.2) делает его современным высокоточным калибратором для частотных анализаторов всех диапазонов.

Рис. 2. Иерархия стандартов частоты

Приёмник стандарта GPS/GLONASS обеспечивает выдачу высокостабильного синхросигнала на внешние устройства. На передней панели реализован интерфейс (G.703) — 2 выхода синхросигналов 2.048 МГц/Мбс или 1.544 МГц/Мбс (тип сигнала — по выбору), а также стандартный импульсный выход 1 Гц. Прибор выполнен в корпусе настольного исполнения с минимальными массогабаритными характеристиками (21×11×40 см; 3,1 кг). Функциональная блок-схема GPS-12RG приведена на рис.3, основные технические характеристики указаны в таблице №1.

Рис. 3.Функциональная блок-схема GPS-12RG

На передней панели расположены: дисплей для отображения режимов работы, функциональных состояний и значений параметров воспроизводимых сигналов; кнопки управления, обеспечивающих выбор требуемых режимов работы и установку параметров. Наличие большого контрастного дисплея с отображением информации о сигнале в цифровом и графическом виде, в том числе результатов статистической обработки его параметров позволяет использовать стандарт без необходимости подключения к ПК.

  • Рубидиевый (Rb) ОГ с подстройкой по GPS или GLONASS (±2×10-12);
  • 2 выхода: 1,544 МГц / T1 или 2,048 МГц / E1 + выход 1 Гц (1pps-pulse per second);
  • Выходы: 3 × 10 МГц + 1 × 5 МГц для метрологических и телекоммуникационных нужд;
  • Выход сообщений об аварийных ситуациях;
  • При отключении GPS (unlocked) — нестабильность 1 мкс/сутки;
  • Небольшое время выхода на рабочий режим (1×10 -9 за 10 мин);
  • Портативность, возможность автономного применения.

В стандартной комплектации на задней панели (рис.4):

    Разъём сетевого питания

220В;

  • Интерфейс дистанционного управления USB;
  • 4 разъёма выхода опорной частоты: 10 / 5 МГц;
  • Слоты для опционального расширения количества выходов;
  • Сигнальный разъём для выдачи сообщений об аварии и контакты исполнительного реле;
  • Разъём питания постоянным напряжением 12 В / 48 В
  • Рис.4. Задняя панель GPS-12RG

    Количество интерфейсов и варианты конфигурации стандарта частоты могут быть изменены в зависимости от предназначения и специализированных требований пользователя. Доступен выбор между 4-мя дополнительными модулями с возможностью установки одной из нижеперечисленных опций:

    • Опция 70В: включает 4 выхода — выход 5 МГц и три выхода 10 МГц синусоидального сигнала с минимальными шумами для использования в метрологии или при тестировании оборудования связи;
    • Опция 71В: четыре аналоговых выхода сигналов 10 МГц, 5 МГц, 1 МГц и 0,1 МГц;
    • Опция 72В: 2 выхода 2,048 МГц или 2 интерфейса 2,049 Мб/с (Е1) для применения в сфере телекоммуникаций, например в сетях SDH;
    • Опция 74В: 2 выхода 1,544 МГц или 2 интерфейса 1,544 Мб/с (Т1) сигналов для использования в системах телекоммуникаций, например сетях SONET.

    Известно, что нестабильность частоты определяется дисперсией Аллана, которая связана со среднеквадратичной ошибкой разности двух измерений частоты (СКО), разделённых временным интервалом τ (т.е. при измерении с постоянством частоты во времени). При увеличении τ до определённой величины случайные флуктуации частоты усредняются, и дисперсия Аллана уменьшается, однако при дальнейшем увеличении τ начинается систематическое увеличение шумов, приводящее в свою очередь к неизбежному увеличению дисперсии Аллана. На рис. 5 приведены параметры нестабильности наиболее распространённых стандартов частоты. Для GPS-12RG область допускаемых значений кратковременной и долговременной нестабильности по шкале времени ограничена горизонтальными голубыми линями («GNSS+Rb»).

    Рис. 5. Кратковременная и долговременная нестабильность различных ОГ
    Читайте также  Стабилизатор тока светодиодов на 220 вольт

    Применение в сфере телекоммуникаций и аэронавигации

    В стандартной конфигурации GPS-12RG как повторитель синхросигнала 2.048/1.544 МГц служит для калибровки измерительного оборудования или внешней синхронизации сетевых элементов телекоммуникационных систем. Благодаря поддержке спецификаций PRC (Primary Reference Clock) и функции захвата опорной частоты от GPS/GLONASS в режиме длительной работы стандарт может служить основным источником построения сети синхронизации.

    Применение GPS-12RG иллюстрируется на примере синхронизации SDH. Известно, что нарушение тактовой синхронизации (хронирования) может привести к увеличению коэффициента ошибок и проскальзываниям в цифровой последовательности (и, как следствие этого, к нарушению циклового синхронизма). Поэтому для построения сети синхронизации используется первичный эталонный генератор.

    На практике таким первичным генератором может являться атомный источник тактовых импульсов (цезиевый или рубидиевый генератор с точностью не хуже 10-11), в данном случае GPS-12RG. Он имеет возможность автоматической калибровки по сигналам мирового скоординированного точного времени. Система такого распределения базируется в настоящее время на иерархической схеме, заключающейся в создании ряда точек, в которых находится первичный эталонный генератор тактовых импульсов, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники хронирования транзитных или локальных узлов.

    Кроме того GPS-12RG — ультрастабильный источник импульсного сигнала 1 Гц с очень низкой значением ухода частоты в режиме длительного использования (менее 1 мкс за 24 часа). Данная функция используется в оборудовании, для которого критичным является точное измерение временных интервалов, примером может служить синхронизация радарных систем или объектов имеющих в своём составе излучающие антенны направленного действия. Эта особенность позволяет применять стандарт для синхронизации различных устройств и оборудования с фиксированием времени предоставления услуг (WCDMA), для систем цифрового вещания (DAB) и телевидения (DVB).

    Гибкость конфигурирования

    Установка в стандарт внутренней батареи 12 В NiMH (опция 78) для поддержания стабильности частоты позволяет использовать GPS-12RG без привязки к сетям питания переменного напряжения промышленной частоты 50 Гц. В первую очередь речь идёт о полевых приложениях и транспортировке стандарта к месту измерений (до 2 часов работы), а также для ответственных лабораторных исследований, не допускающих случайное отключение напряжения питания 220В. Благодаря этому теперь впервые есть возможность мгновенного доступа к стабильному источнику синхронизации, даже при движении в транспортном средстве. Зарядка аккумулятора осуществляется постоянным напряжением 12В (DC) от сетевого адаптера. Использование опции питания постоянным напряжением 48В делает GPS-12RG превосходным стационарным устройством для использования в качестве локального источника синхронизации телефонных станций ISDN (integrated services digital network) цифровой сети, на телекоммуникационных узлах и пунктах доступа сетей передачи.

    Гибкость конфигурирования и лёгкость применения GPS-12RG позволяет настраивать оповещение о различных аварийных ситуациях (критичных и некритичных), например, «сбой аппаратной части», «обрыв связи с антенной», «обрыв сеанса связи с GPS» и т.д. GPS-12RG — это превосходный источник опорной частоты для внешней калибровки частотных анализаторов (например, анализаторов типа WM-11 фирмы Pendulum Instruments) или частотно-временных параметров оборудования SDH/PDH/Sonet.

    Распределение опорной частоты

    На базе GPS-12RG может быть реализована коммутационно-усилительная система с использованием устройств DA-35 и DA-36 от Pendulum Instruments для распределения сигнала от стандарта частоты (рис.6) к одному прибору или сразу к нескольким потребителям. Такое пространственное распределение по соединительной проводке в помещения соседних этажей и даже других зданий возможно на расстояние до 2 км.

    Распределение обеспечивается за счёт передачи исходного сигнала по волоконно-оптической соединительной линии (ВОЛС/ fiber) или коаксиальному соединительному кабелю с минимальным конечным джиттером. Чувствительный фильтр устраняет шумы и искажения сигнала, благодаря чему выходной сигнал является почти равным исходному входному. Стандартной частотой используемой при изготовлении усилителей является 10 МГц (синус). Распределение и восстановление сигнала ОГ происходит на всех этапах передачи полностью в аналоговом виде, без использования устройств ФАПЧ (PLL) или других схем регенеративной трансляции частоты, которые могли вызвать добавление в исходный сигнал искажений в виде джиттера или вандера.

    Рис. 6. Структурная схема системы распределения опорных частот GPS-12RG

    Применение ВОЛС в качестве среды распространения сигнала исключает наличие гальванической связи между передающими модулями и приёмниками. Это устраняет влияние на исходный сигнал токов ВЧ утечек и наводок в заземляющих цепях, электрического шума и импульсных помех, которые неизбежны в случае соединения элементов системы при помощи коаксиального кабеля. ВОЛС по своей природе и физическим свойствам неподвержены влиянию переходных помех, воздействию разрядов электростатического напряжения (ElectroStatic Discharge — ESD) и не «собирают» шум или радиопомехи, как это происходит в случае применения протяжённых коаксиальных кабелей. Такие линии удобны для прокладки и разводки по зданию и помещениям на каждом этаже в силу большей гибкости благодаря малому диаметру световодов и кабеля в целом.

    Стандарт GPS-12RG отличает компактность, функциональность и проста в использовании. Сочетание штатных возможностей и опций позволяет обеспечить опорной частотой все виды оборудования, независимо от сферы применения и места их установки. Это ультра стабильный источник частоты для отрасли связь и телекоммуникаций, НИОКР, использования в лабораторных и стендовых экспериментах, для тестирования различных систем или производства оборудования СВЧ-диапазона.

    Автор: Шиганов А.А.
    Дата публикации: 24.03.2009
    Модели: GPS-12RG

    У нас представлены товары лучших производителей

    ПРИСТ предлагает оптимальные решения измерительных задач.

    У нас вы можете купить осциллограф, источник питания, генератор сигналов, анализатор спектра, калибратор, мультиметр, токовые клещи, поверить средства измерения или откалибровать их. Также мы поставляем паяльно-ремонтное оборудование, антистатический инструмент, промышленную мебель. Мы имеем прямые контракты с крупнейшими мировыми производителями измерительного оборудования, благодаря этому можем подобрать то оборудование, которое решит Ваши задачи. Имея большой опыт, мы можем рекомендовать продукцию следующих торговых марок:

    Стандартный источник опорной частоты GPS-12R

    Стандартный источник опорной частоты GPS-12R (Pendulum, Швеция)

    GPS-12R — это портативный источник синхронизации с ультрастабильным приемом базового сигнала от GPS Rubidium, предназначенный для использования в сфере телекоммуникаций. Высоко стабильный и мало шумящий выход, делает GPS-12R идеальным источником синхросигнала для телекоммуникационного оборудования, а также для измерительного оборудования, такого как SDH/PDH/Sonet анализаторы. Поддержка стандарта качества сигнала Cesium в режиме захвата частоты от GPS делает прибор высокоточным калибратором для частотных анализаторов всех диапазоном.

    • GPS Rubidium приемник обеспечивает подачу высокостабильного синхросигнала для внешних устройств
    • Стандартный интерфейс выхода синхросигнала (G.703) 2.048 МГц, а также стандартный импульсный выход 1-pps
    • Опциональное расширение низко шумящими частотными выходами 5 и 10 МГц для применения в лабораторных исследованиях или для калибровки комплексов всех типов измерительного оборудования
    • Опциональная возможность использования внутренней батареи
    • Опциональная возможность использования источника питания — 48V для стационарного применения, как на телефонных станциях, так и на телекоммуникационных узлах доступа
    • Очень прост в использовании

    Применение в сфере телекоммуникаций

    GPS-12R — это высоко стабильный источник синхронизации с захватом опорной частоты от GPS для применения в сфере телекоммуникаций. В стандартной конфигурации — это 2.048 МГц повторитель синхросигнала, служащий для внешней синхронизации сетевых элементов телекоммуникационных систем, или для калибровки измерительного оборудования.
    Это ультрастабильный источник (1-pps) импульсного сигнала с очень низкой характеристикой ухода частоты в режиме длительного использования (менее 1 миллисекунды за 24 часа). Данная функция используется в оборудовании, для которого критичным является точное измерение временных интервалов, примером может служить синхронизация радарных или антеннонаправленных систем, а также синхронизация различных устройств с фиксированием времени предоставления услуг — WCDMA, DAB, DVB.
    Благодаря возможности использования источника питания от -48V, GPS-12R становится превосходным устройством для стационарного использования в качестве локального источника синхронизации для телефонных станций.
    GPS-12R также может служить основным источником синхронизации, благодаря поддержке PRC спецификаций и функции захвата опорной частоты от GPS в режиме длительной работы.

    Читайте также  Как рассчитать номинал автомата по мощности?

    Варианты конфигурации

    В стандартную комплектацию GPS-12R входит 2 выхода (G.703) 2.048МГц, и 1 стандартный импульсный выход 1-pps (1 импульс в секунду). Количество интерфейсов может быть изменено в зависимости от Ваших требований.
    Вы можете выбирать между 5-ю возможными дополнительными модулями. GPS-12R одновременно может быть дооборудован любыми двумя опциями.
    • Опция 70В включает один 5МГц и три 10МГц мало шумящих выхода для использования в метрологии или для тестирования оборудования;
    • Опция 71В четыре аналоговых выхода с частотами 10МГц, 5МГц,1МГц и 0,1МГц;
    • Опция 72В включает два дополнительных интерфейса 2.048МГц и два интерфейса 2.049Мб/с (Е1) для применения в сфере телекоммуникаций, например в сетях SDH;
    • Опция 73В включает четыре 13МГц выхода для тестирования оборудования базовых станций стандарта GSM;
    • Опция 74В включает два 1.544МГц и два 1.544Мб/с (Т1) выхода для использования в системах телекоммуникаций, например сетях SONET.

    GPS-12R действительно портативный

    GPS-12R — это по настоящему компактное, легкое устройство. Комплектация внутренней батареей позволяет использовать прибор в дороге, без необходимости доступа к промышленным сетям питания. Впервые, теперь есть возможность в транспорте получить мгновенный доступ к стабильному источнику синхронизации, с нулевым временем разогрева.
    GPS-12R, оснащенный 5/10МГц выходом, позволяет обеспечить опорной частотой все виды оборудования, независимо от места их применения. Это ультра стабильный источник частоты для «домашнего» использования в лабораторных экспериментах или для тестирования различных систем.
    Источник опорной частоты позволяет настраивать оповещение об аварийных ситуациях (критичных и некритичных), например, «сбой аппаратной части», «обрыв связи с антенной», «обрыв сеанса связи с GPS» и т.д.
    Прибор используется для внешней калибровки частотных анализаторов (например анализаторов типа WM-11 фирмы Pendulum Instruments) или анализаторов оборудования SDH/PDH/Sonet.

    Источник опорной частоты GPS-12

    Шведская компания Pendulum имеет высококвалифицированный научно-технический центр разработки, создающий новейшую измерительную аппаратуру. Разрабатываемые и производимые изделия могут быть разделены на три основные категории: специализированные частотомеры и счетчики импульсов, стандарты частоты и оборудование для анализа синхросигналов. В линейке радиоизмерительных приборов измерения частотных показателей представлено 2 линейки частотомеров:

    • Источник опорной частоты GPS-12
    • Высокостабильные стандарты частоты Pendulum 6688 и 6689

    Источник опорной частоты GPS-12

    GPS-12R — портативный источник опорной частоты с ультрастабильным приёмом базового сигнала GPS для использования в качестве источника синхросигнала в сфере метрологического обеспечения, для научных исследований и разработок РЭА, в телекоммуникационных системах (GSM, анализаторы SDH/ PDH/ Sonet).
    Приёмник GPS Rubidium обеспечивает выдачу высокостабильного синхросигнала на внешние устройства. Реализован стандартный интерфейс выхода синхросигнала (G.703) 2.048 МГц, а также стандартный импульсный 1 Гц выход (1pps-pulse per second). Возможность увеличения числа выходов 10/ 5/ 1/ 0,1 МГц для лабораторных исследований, метрологических целей или калибровки всех типов измерительного оборудования (опции). Предусмотрено автономное питание 12 В (NiMH батарея, до 2-х часов непрерывной работы) или питание постоянным напряжением 12В/48В (DC) для применения на телекоммуникационных узлах и пунктах доступа сетей передачи.
    Преимущества прибора – это его компактность, функциональность и проста в использовании.

    Применение в сфере телекоммуникаций и аэронавигации

    В стандартной конфигурации GPS-12RG как повторитель синхросигнала 2.048/1.544 МГц служит для калибровки измерительного оборудования или внешней синхронизации сетевых элементов телекоммуникационных систем. Благодаря поддержке спецификаций PRC (Primary Reference Clock) и функции захвата опорной частоты от GPS/GLONASS в режиме длительной работы стандарт может служить основным источником построения сети синхронизации.

    Применение GPS-12RG иллюстрируется на примере синхронизации SDH. Известно, что нарушение тактовой синхронизации (хронирования) может привести к увеличению коэффициента ошибок и проскальзываниям в цифровой последовательности (и, как следствие этого, к нарушению циклового синхронизма). Поэтому для построения сети синхронизации используется первичный эталонный генератор.

    На практике таким первичным генератором может являться атомный источник тактовых импульсов (цезиевый или рубидиевый генератор с точностью не хуже 10-11), в данном случае GPS-12RG. Он имеет возможность автоматической калибровки по сигналам мирового скоординированного точного времени. Система такого распределения базируется в настоящее время на иерархической схеме, заключающейся в создании ряда точек, в которых находится первичный эталонный генератор тактовых импульсов, сигналы которого затем распределяются по сети, создавая вторичные источники хронирования транзитных или локальных узлов.

    Кроме того GPS-12RG — ультрастабильный источник импульсного сигнала 1 Гц с очень низкой значением ухода частоты в режиме длительного использования (менее 1 мкс за 24 часа). Данная функция используется в оборудовании, для которого критичным является точное измерение временных интервалов, примером может служить синхронизация радарных систем или объектов имеющих в своём составе излучающие антенны направленного действия. Эта особенность позволяет применять стандарт для синхронизации различных устройств и оборудования с фиксированием времени предоставления услуг (WCDMA), для систем цифрового вещания (DAB) и телевидения (DVB).

    Высокостабильные стандарты частоты Pendulum 6688 и 6689

    Источники опорной частоты фирмы Pendulum, модель 6689 с рубидиевым опорным генератором и модель 6688 с высокостабильным термостабилизированным опорным генератором, разработаны для применения в тестовых системах, где необходим высокостабильный источник опорной частоты, к которому требуется подсоединять несколько приборов или тестеров.
    Источники опорной частоты подходят также для использования в калибровочных лабораториях для калибровки различных приборов, например, частотомеров и синтезаторов частоты.
    Рубидиевый стандарт частоты 6689 может быть использован в качестве первичного лабораторного источника опорной частоты, так как его уход частоты, обусловленный старением, составляет менее 0,001 ppm за 10 лет.

    Особенности стандартов частоты Pendulum 6688 и 6689

    • Рубидиевый или высокостабильный термостабилизированный источник опорной частоты
    • 5 выходов 10 МГц, 1 выход
    • 5 МГц в стандартной конфигурации
    • Опциональное исполнение 10 выходов 10 МГц
    • Старение 0,001 ppm за 10лет (рубидиевый стандарт)
    • Идеальны для применения в телекоммуникационных тестовых системах и калибровочных лабораториях.

    Применение стандартов частоты и источники опорной частоты

    Эти новые высокотехнологичные продукты ориентированы для использования в качестве источника синхросигнала в сфере метрологического обеспечения, для научных исследований, разработок и производства РЭА, в телекоммуникационных системах, сетях мобильной и смешанных видов связи (GSM, SDH/ PDH/ Sonet).

    Где купить стандарты частоты и источники опорной частоты Pendulum?

    В каталоге радиоизмерительного оборудования частотных параметров интернет-магазина нашей компании вы сможете выбрать и купить стандарты частоты и источники опорной частоты Pendulum по низкой цене с доставкой и поверкой.

    Интернет-магазин контрольно-измерительных приборов и освещения » Мир приборов «

    Ознакомьтесь с нашим ассортиментом в каталоге

    Решения для жизни и работы!

    Представленная информация на сайте носит справочный характер и не является публичной офертой.
    Технические параметры (спецификация) и комплект поставки товара могут быть изменены производителем без предварительного уведомления.

    г. Санкт-Петербург , Комендантский пр., д. 4 к. 2,
    стр. А, офис 0В2 , 197227
    График работы с 9:30 до 19:00

    Термин: «Опорный» в измерительных системах

    Распространённые в электронике термины опорный канал, опорный сигнал, опорный уровень (Reference) имеют в своей основе общий технический принцип построения системы, когда один из переменных периодичных или постоянных сигналов в системе играет роль задающего (эталонного) по частоте, фазе или постоянному уровню, и преобразование остальных сигналов в системе происходит относительно данного опорного периодического сигнала или постоянного уровня. Периодический опорный сигнал синхронизирует процессы в устройстве по частоте или фазе. Постоянный опорный уровень (например, напряжения, тока) привязывает передаточную функцию преобразования сигналов в системе по смещению или масштабу.

    Читайте также  Регулятор мощности на кр1182пм1

    Очевидно, канал измерения системы или выделенный канал выполняет роль опорного канала, когда периодический сигнал или постоянный уровень данного канала используется как опорный. Нередко сама физика специфической схемы измерений диктует необходимость опорного канала, как например, в случае измерения температуры термопарой, когда канал измерения температуры холодного спая по сути является опорным каналом измерения.

    На фото выше приведён фрагмент задней панели генератора сигналов AFG1022 с входом опорной частоты (Ref Clk/Counter In) и выходом (Ref Clk Out). В генераторах и частотомерах вход опорной частоты (и соответствующий ему канал) является входом синхронизации счётной логики. При использовании канала опорной частоты генераторов и частотомеров относительная погрешность воспроизведения или измерения частоты этих приборов будет равняться относительной погрешности частоты сигнала внешнего источника опорной частоты. Это даёт возможность засинхронизировать несколько приборов от одной высокостабильной опорной частоты, возможно, задействовав выходы опорной частоты для трансляции опорного сигнала на вход опорного канала частоты другого прибора. Синхронизация частот генераторов в измерительной системе делается также с целью уменьшения интермодуляционных искажений сигналов.

    Привязка по фазе опорного периодического сигнала широко применяются в системах фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), фазовых детекторах, фазовых модуляторах, фазометрах, в системах измерения задержек сигналов — во всех системах, где критически важным условием функционирования является сохранение заданных задержек по отношению к опорному сигналу. Привязка частоты синхронизации в измерительной системе по фазе опорного периодического сигнала также применяется для обеспечения когерентности измерений.

    Привязка по уровню опорного сигнала широко используется в измерительных системах и методах измерений, основанных на сравнении с эталоном (типично эталоном является источник опорного напряжения). Полезной возможностью реализации такого метода является применение АЦП с входным коммутатором каналов, у которого часть каналов используется в роли опорных с целью повышения точности измерений. Подметим, что практически всегда доступен хотя бы один недорогой, но высокопрецизионный источник опорного напряжения — это источник нулевого напряжения в виде короткозамкнутого соединения для измерения собственного смещения нуля вольтметра или АЦП с входом напряжения. Также всегда доступен один практически идеальный источник нулевого опорного тока в виде обрыва цепи для входа измерения тока.

    Общий технический принцип, заложенный в пришедшую из радиотехники группу терминов со словом “опорный”, широко применяется в метрологии: в калибровке, тарировке, в методиках поверки Средств измерений и в методах измерений вообще.

    Перейти к другим терминам Cтатья создана: 13.02.2016
    О разделе «Терминология» Последняя редакция: 24.08.2019

    Использование термина

    Данный термин широко используются в тематике измерительных систем, часто используются в документации систем сбора данных ООО «Л Кард» и тесно связан с задачами интеграции измерительного оборудования.

    Источник опорной частоты

    Данная статья является дополнением к обзору генератора OWON AG051F.

    На момент написания статьи при тестировании генератора было обнаружено, что реальная частота на выходе немного отличается от выставленной, например:

    • Выставлено — 1.000000MHz
    • На выходе — 1.00002MHz

    • Выставлено — 100.0000kHz
    • На выходе — 99.8405kHz

    Изначально я не обратил на это должного внимания, но мысли по этому поводу были разные:

    • В мануале к генератору указано, что прибор должен проработать и прогреться как минимум 30 минут, температурный дрейф и тд.;
    • Погрешность измерения аппаратного частотомера осциллографа;
    • Плохой встроенный кварцевый генератор;

    Прогрев генератора не дал результатов, поэтому температурный дрейф можно исключить.
    Для проверки частотомера осциллографа я подключил генератор к мультиметру Brymen BM-867S точность измерения частоты 0,002% + 4 ЕМР.
    Как видно частота 99.837kHz, таким образом можно констатировать что именно генератор выдает неправильную частоту.

    У себя в закромах я нашел неплохой кварцевый генератор на 20.000000MHz (FOX F1100e).

    В генераторе есть аппаратный частотомер, в меню Utility>Counter, поэтому я решил подключить кварцевый генератор туда и посмотреть, что покажет частотомер.

    Вход частотомера находится сзади

    Встроенный частотомер показал частоту 20.0001MHz

    Уже стало ясно, что встроенный опорный генератор не очень точный.

    К счастью генератор умеет тактоваться от внешнего источника опорной частоты, но необходима тактовая частота 10MHz.
    Для того что бы получить из 20, 10MHz я применил простейшую схему делителя частоты на D-триггере.

    Выход организован из 3-х BNC разъемов, два из них будут иметь частоту 10MHz, и один будет подключен к выходу кварцевого генератора с частотой 20MHz.

    Для питания используется металлический разъем 5.5 x 2.5 мм.

    Для питания кварцевого генератора был применен небольшой DC-DC преобразователь купленный на Алиэкспресс.
    Это необходимо для защиты входа, для возможности питающего напряжения изменятся в широком диапазоне без риска повреждения кварцевого генератора, а в последствии и всего прочего подключенного к опорному источнику.

    В итоге получилось небольшое и очень простое устройство, на выходе мы имеем 10 и 20MHz, (некоторые виды генераторов требуют тактовую частоту 20MHz).

    Питающее напряжение от 7-30В, для того, чтобы не терять возможность питания источника опорной частоты от USB, был сделан небольшой провод с повышающим DC-DC преобразователем MT3608.

    Таким образом источник опорной частоты можно питать от любого USB порта, даже от USB порта осциллографа.

    Опорный сигнал подается на тот же вход частотомера, после чего в меню Utility>System>CLK Src(Internal)

    После нажатия на пункт CLK Src(Internal) генератор переключится на внешний опорный источник.

    В случае когда опорный источник не подключен, либо частота не подходит, генератор выдает сообщение (No valid external clock detected.).

    Результат не заставил себя долго ждать.

    Теперь все в районе погрешности измерительных приборов.

    Конечно желательно иметь термокомпенсированные кварцевые генераторы (TCXO).

    Но для обычных радиолюбительских задач, и конкретно для меня достаточно обычного кварцевого генератора, который позволил значительно улучшить характеристики генератора OWON AG051F.