Elektronika

Kalibracja wzorca częstotliwości

Chciałbym zaprezentować prostą metodę kalibracji wzorca częstotliwości za pomocą innego referencyjnego wzorca oraz oscyloskopu dwukanałowego, na przykładzie kolejno rubidowego wzorca częstotliwości FE-5680A oraz skonstruowanego przeze mnie wzorca czasu i częstotliwości GPS typu NTF-1100 (link do instrukcji obsługi). Przy okazji można tą metodą dokonać precyzyjnego pomiaru odchyłki częstotliwości mierzonego wzorca. W dobie coraz tańszych wzorców f synchronizowanych GPS nasuwa się pytanie o możliwość ich wykorzystania w domowych warunkach bez udziału drogich precyzyjnych komparatorów itp.

Z faktu synchronizacji wzorca GPS wynika zerowy (jest to też wzorzec czasu), a w zakresie czasu pomiarowego bardzo mały dryf fazy. Gdyby było inaczej, stale rosłaby odchyłka jego fazy względem zegara GPS i po jakimś czasie taki wzorzec wypadłby z synchronizacji. Jednak nadal pozostają fluktuacje częstotliwości (krótkoterminowe drgania opisywane wariancją Allana) oraz czasu i niestety są one większe niż we wzorcach niesynchronizowanych z dwóch przyczyn: fluktuacji fazy sygnału radiowego docierającego do anteny GPS (okres tych fluktuacji sięga kilku minut) i wpływu PLL obejmującej swym działaniem pracę lokalnego oscylatora np. OCXO, tym większego, im m.in. mniejszą rozdzielczość ma przetwornik cyfrowo-analogowy (DAC) sterujący pracą OCXO. Dalej pokażę jak zmniejszyć wpływ tych fluktuacji na wynik pomiarowy.

Przedstawiona metoda nie będzie polegała na zliczaniu dudnień różnicy obu częstotliwości, gdyż obszarem naszego zainteresowania będą tak małe odchyłki częstotliwości, że w zasadzie nie będzie dochodziło do ani jednego takiego dudnienia. Dlatego też w artykule tym będę posługiwał się raczej ściślejszym pojęciem wzorca f, zamiast ogólnego generatora. Oczywiście metoda będzie poprawna też w zakresie większych odchyłek f, ale wówczas lepiej zliczać dudnienia.

Metoda nie będzie się też opierała na krzywych Lissajous, gdyż nie działają one na przebiegach prostokątnych, co wyklucza niektóre wzorce np. telekomunikacyjne, a ponadto trudniej z tych krzywych odczytać przesunięcia fazy lub czasu pomiędzy dwoma przebiegami.

Prezentowana metoda jest tyle prosta, co definicyjna. Do jednego synchronizowanego kanału oscyloskopu podłączamy wzorzec referencyjny, a do drugiego wzorzec mierzony lub kalibrowany. Następnie obserwujemy wzajemne płynięcie obu przebiegów jako prędkość tego płynięcia liczoną w s/s (sekund na sekundę), a w praktyce w ns/s, co daje liczbę niemianowaną.