PRS10 - Рубидиевый осциллятор

PRS10 может маркировать внешний вход 1 импульс в секунду с разрешением 1 нс. Эти значения могут быть переданы через RS-232 или использованы для фазовой синхронизации устройства с внешним опорным источником (например, GPS) с постоянными времени в несколько часов. Эта функция может обеспечить производительность уровня 1 при очень низких затратах.

PRS10 устанавливает новый уровень функциональности и производительности атомных стандартов частоты. Его конструкция обеспечивает самый низкий фазовый шум, максимальную универсальность и самый простой путь к системной интеграции среди всех доступных рубидиевых стандартов частоты.

Все коммерческие рубидиевые стандарты частоты работают путем настройки кварцевого генератора на сверхтонкий переход на частоте 6,834682612 ГГц в рубидии. Количество света от рубидиевой газоразрядной лампы, попадающего на фотодетектор через резонансную ячейку, упадет примерно на 0,1 %, когда пары рубидия в резонансной ячейке подвергаются воздействию микроволновой энергии вблизи частоты перехода. Кварцевый генератор стабилизируется на переходе рубидия путем обнаружения провала света при прохождении радиочастотного синтезатора (относительно кристалла) через частоту перехода.

В PRS10 используется микроконтроллер с тактовой частотой 10 МГц для управления всеми аспектами работы и обеспечения диагностики, измерений и калибровки в закрытом корпусе через интерфейс RS-232. Процессор обрабатывает ВЧ-синтезатор, синхронно обнаруживает оптический сигнал из физического пакета и управляет кварцевым генератором с частотой 10 МГц на рубидиевый переход через 22-битный ЦАП и варактор.

При включении процессор подает на варактор напряжение, соответствующее последнему заблокированному значению. Сервопривод блокировки частоты отключается до тех пор, пока физический пакет не обнаружит полезный резонансный сигнал, обеспечивая плавный переход к конечной частоте по мере прогрева устройства. В случае проблемы с физическим пакетом устройство приостановит сервопривод частоты и удержит напряжение варактора на последнем зафиксированном значении.

Производители рубидиевых стандартов частоты иногда используют частоту кристалла, которая является точной долей кратной частоты сверхтонкого перехода, чтобы упростить конструкцию ВЧ-синтезатора частот. В некоторых конструкциях используется синтезатор DDS, синхронизируемый кварцем, для генерации выходного сигнала частотой 10 МГц. Часто частота кристалла модулируется, чтобы провести синтезатор по частоте перехода. Кристаллы обычно работают в основном режиме и не имеют температурной стабилизации. Хотя такие подходы проще разработать, от них страдают фазовый шум, кратковременная стабильность и паразитные составляющие их выходных сигналов.

Напротив, выходная частота 10 МГц от PRS10 поступает непосредственно от кварцевого генератора с компенсацией напряжения (SC-cut) третьего обертона, работающего в печи при температуре плато. Двухконтурный ВЧ-синтезатор с кварцевой ПЧ на частоте 22,482 МГц используется для генерации частоты 359,72 МГц и частоты 6,834 ГГц через диод со ступенчатым восстановлением. У этого подхода есть несколько преимуществ: фазовый шум очень низкий (<-130 дБн/Гц при смещении 10 Гц), нет побочных компонентов, и выходной сигнал будет хорошо себя вести, если физический пакет не сможет обеспечить сигнал синхронизации. (Старение будет примерно 5 × 10-10 в день, если он не привязан к рубидию.) График фазового шума PRS10 показывает снижение фазового шума на 42 дБ при смещении 10 Гц от несущей на частоте 10 МГц по сравнению с обычным Рубидиевым стандартом.

Исторически срок службы рубидиевых стандартов частоты определялся обеднением рубидия в газоразрядной лампе. Чтобы избежать лишнего мерцающего шума, производители загружали в сферические газоразрядные лампы менее 100 мкг рубидия. В PRS10 используется лампа с боковым кронштейном, наполненным 1 мг рубидия. Такая конструкция исключает истощение рубидия как механизм отказа и обеспечивает лучший контроль температуры без лишнего мерцающего шума.

GPS-слежение

Сдвиги частоты и долговременное старение PRS10 можно устранить путем фазовой синхронизации с источником с лучшей долговременной стабильностью, например с частотой 1 импульс в секунду от приемника синхронизации GPS. Как показано на графике дисперсии Аллана, краткосрочная стабильность GPS плохая (около 5000 × 10-12) по сравнению со стабильностью PRS10 (около 5 × 10-12). Однако в течение нескольких часов GPS более стабилен, поэтому стабильность можно улучшить, синхронизировав фазу PRS10 с GPS с большой постоянной времени.

PRS10 может синхронизироваться по времени или фазе с входным сигналом 1 импульс в секунду и обеспечивает регулируемый выходной сигнал со скоростью 1 импульс в секунду. На входе может быть установлена временная метка с разрешением 1 нс, а результат может быть считан через интерфейс RS-232. При отслеживании внешнего входа постоянная времени может быть установлена от 5 минут до 18 часов. Выходной сигнал 1 импульс в секунду можно перемещать с разрешением 1 нс в диапазоне от 0 до 999 999 999 нс через интерфейс RS-232.

При подаче внешнего сигнала с частотой 1 имп/с PRS10 проверит целостность этого входа и затем согласует свой выходной сигнал с частотой 1 имп/с с внешним входом. Процессор будет продолжать отслеживать выходной сигнал 1 имп/с по отношению к входному сигналу 1 имп/с, управляя частотой перехода рубидия с помощью небольшой регулировки магнитного поля внутри резонансной ячейки.

Стандартный интерфейсный разъем

Интерфейсный разъем и форм-фактор устройства совместимы с рубидиевым стандартом частоты Efratom Model FRS. В конфигурации по умолчанию PRS10 использует контакты №4 и №7 для интерфейса RS-232, чтобы обеспечить полный набор системной диагностики и управления. Внутренние аппаратные перемычки позволяют настроить эти контакты как аналоговые выходы для контроля интенсивности лампы и напряжения варактора для полной совместимости с FRS.

Доступные опции

Соединительная плата PRBB Breakout
Импульсный источник питания PRPS 24 В постоянного тока
PRHS Настольный радиатор
Ответный разъем PRMC типа D