Při konstrukci sekundárního kmitočtového etalonu máme několik možností, čím jej řídit.
Přesnost krystalového oscilátoru je omezená a když jeho termostatováním téměř vyloučíme vliv teploty, je nutné jej kalibrovat. Na kmitočet má v dlouhodobém horizontu vliv stárnutí krystalu. Proto se např. při požadavku na přesnost 1 ppm neobejdeme bez pravidelné kalibrace.
Tím vzniká potřeba kalibračního zdroje. Při požadavku na větší přesnost než 1 ppm je výhodné oscilátor zavěsit na některý dostupný kmitočtový etalon. Obecně existuje několik možností :
- Řádkový kmitočet ČT1, ČT2
- Nosný kmitočet některého z evropských vysílačů časového kódu.
Řádkový kmitočet je z dostupných možností nejpřesnější, protože TV signál se šíří přímočaře a doba jeho šíření je konstantní. Problémem při jeho příjmu je, že v je každé oblasti zachytitelný na jiném kanálu a je potřeba pomocí televizoru zkontrolovat, že nepřijímáme jinou stanici, která již na etalon navázána není.
Přístroj, který má být z hlediska obsluhy jednoduchý, je proto výhodné synchronizovat některým dlouhovlnným kmitočtovým normálem. Jejich signál je k dispozici prakticky všude a potřebný přijímač je jednoduchý. U nás je nejsilnější německý DCF77, na 77,5 KHz, ale dobře lze též přijímat švýcarský HGB na 75 KHz.
Přijímaný normálový kmitočet má sice dlouhodobou stabilitu shodnou s primárním etalonem, ale při přenosu signálu k přijímači vzniká parazitní fázová modulace, která zhoršuje krátkodobou stabilitu kmitočtu. V signálu se zejména projevuje:
- vliv šumu a rušení blízkými kmitočty
- fázová modulace vznikající na nepřesně naladěném filtru přijímače v důsledku AM vteřinovými značkami
- vliv změn v atmosféře na dráhu šíření signálu
Změny doby šíření signálu dosahují během dne až 50 us a i když krátkodobé změny jsou podstatně menší, je při návrhu PLL třeba počítat s fázovou odchylkou alespoň 1 perioda. Aby bylo možné zrealizovat fázový závěs s časovou konstantou řádově minuty a při tom umožnit dostatečnou fázovou odchylku bez ztráty synchronizace, je nutné zrealizovat dva fázové závěsy.
První smyčka PLL1 zajišťuje předběžnou filtraci přijímaného signálu a obnovuje přijímaný kmitočet pro případ jeho krátkodobých výpadků vlivem rušení. Druhá smyčka PLL2 pracuje na nižším kmitočtu a v průběhu zachycení postupně prodlužuje časovou konstantu až na minuty.
Potřebnou krátkodobou stabilitu kmitočtu zajišťuje pouze krystal, který není nutné termostatovat. Pro zajištění potřebné krátkodobé stability stačí, aby rychlost změn teploty krystalu byla dostatečně nízká. Proto musí být krystal nebo celý oscilátor umístěn v tepelně izolovaném pouzdru s časovou konstantou teplotních změn podstatně podstatně delší, než je časová konstanta smyčky PLL2. Nároky na tepelnou izolaci oscilátoru jsou závislé na velikosti teplotních změn okolí.
Porovnáním kmitočtu dvou přijímačů, z nichž jeden přijímal DCF77 a druhý HGB, bylo ověřeno, že již při časové konstantě PLL jedna minuta se kmitočty liší o méně, než 0,1 ppm.
Dodávané řešení S využitím výše uvedeného byl zkonstruován generátor přesného kmitočtu a čítač s časovou základnou synchronizovanou na DCF77. Pro příjem DCF77 byl použit přímozesilující přijímač a synchronizace byla řešena pomocí dvou digitálních smyček PLL. Přesnost obou přístrojů je 0,1 ppm.
Generátor i čítač lze dodat jako hotový přístroj, stavebnici, nebo samotný naprogramovaný procesor. U čítače bude též volně dostupná verze programu bez řízení normálovým kmitočtem.
Detaily časem uveřejním na HW serveru. Zatím je zašlu na vyžádání.. - www.mirnet.cz/vaelektronik
Popis funkce
DCF generátor je určen jako zdroj přesného kmitočtu ve VF aplikacích. Generátor je synchronizován normálovým kmitočtem DCF 77, což zajišťuje vysokou dlouhodobou přesnost výstupního kmitočtu. Přijímaný normálový kmitočet je však zatížen rušením a chybami vznikajícími v důsledku změn v atmosféře, kdy se mění dráha signálu. Doba šíření signálu se mění během dne až o 50 us. Přesto že jsou krátkodobé odchylky až o řád menší, je fázový závěs generátoru řešen tak, aby umožnil odchylku fáze vstupního signálu až +- 3 periody bez ztráty synchronizace. Pro zajištění potřebné krátkodobé přesnosti kmitočtu je časová konstanta fázového závěsu 4 minuty a oscilátor je umístěn v tepelně izolovaném pouzdru s časovou konstantou teplotních změn cca 30 minut.
Kmitočet krystalu generátoru může být 19,6608 nebo 15 MHz. Kmitočet je vynásoben 2x a je přiveden na dělič s nastavitelným poměrem 1:1 až 1:16. Generátor také obsahuje LC filtr pro získání sinusového průběhu, který může být použit i jako násobič.
První přijímač normálového kmitočtu, který jsem zrealizoval před 5 lety, tehdy ještě s analogovou smyčkou PLL, měl časovou konstantu pouze 30 s a pracoval jako superhet s hodinkovými krystaly v mezifrekvenci. Dal se přepínat i na švýcarský a anglický vysílač normálového kmitočtu, takže vzájemným porovnáním signálu dvou různých vysílačů bylo možné sledovat jejich vzájemný fázový posuv. Získané zkušenosti byly využity při návrhu digitální smyčky PLL pro DCF generátor a DCF čítač.
Technické parametry - platí pro kompletní přístroj
| Napájení : | 7 až 15 V ss / 40 mA |
| Doba ustálení kmitočtu : | 20 minut |
| Přesnost výstupního kmitočtu : | 0,1 ppm při nerušeném příjmu DCF77 |
| Rozměry : | 46x86x152 mm |
| Modul antény : | 23x46x64 mm |
- Stránky autora a popis jeho komerčních aplikací : www.mirnet.cz/vaelektronik
