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如何建立自己的时间和频率基准? [复制链接]

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离线BG2VO
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5764
只看该作者 160楼 发表于: 2005-07-01
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呵呵,在这里学了很多很多。
不知道大家的hp gps那个东东在哪里买的?俺没赶上。
另据可靠消息,国家授时中心近年来全面换装hp5071,原来大量使用的5061有待淘汰。哪位有这类的门路搞几台来该多好啊。
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hp gps我是去年6、7月份最早在.com上发了个求高精度时间基准的帖子,论坛的世纪有一个卖我一个hp58540a。今年我又求恒温晶振,结果是hi-moto弄到几个类似的东西,我也买了一个trimble thunderbolt: http://www.hellocq.com/cgi-bin/topic.cgi?forum=18&topic=40988&start=30&show=0

有淘汰下来的铯钟是个好消息,本论坛有一位曾pm与我,说他搞到一个5061,但好像老化的厉害,因为原来都是从不关机的。另外铯钟好像没有铯泡,需要抽真空,因此也容易老化而使用不便。
离线BG2VO
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5764
只看该作者 161楼 发表于: 2005-07-01
您这个消息很令人振奋,耗电75mw铯钟?不可思议!
“现有零部件价格为数十美元”好像错了,没那么少吧,因为将来才100美元以下。

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电池驱动型原子钟2~4年后达实用水平  点击数: 283
作 者:  出 处:  时 间:2005-2-4 16[表情]29
2005/02/04【日经bp社报道】美国国家标准与技术研究所(national institute of standards and technology,nist)在日前召开的“mems 2005”国际会议上宣布,正在和美国科罗拉多大学(university of colorado)共同开发电池驱动型原子钟。目标是利用mems技术大幅度缩小过去一般要放置在机柜上的原子钟体积,降低其耗电量,从而能够配备于电池驱动的便携终端上。计划最终集成在半导体芯片上。   利用作为国际标准的、铯(cs)原子每秒固有的振荡次数计算时间,其精度达10的-11~-10次方。试制出来的样品,其耗电量约为75mw,体积为10mm3。成本方面,现有零部件价格为数十美元,nist认为将来可将整体价格控制到100美元以下。   向该研究提供资金援助的darpa(美国国防部高级研究计划局),正在加紧进行一项旨在将原子钟集成于芯片的开发项目,其最新成果已在此次会议上公布。darpa参与原子钟开发的原因是军用领域存在着对高精度钟表的需求。在要求准确时间信息的定位系统gps中,当接收终端因噪音等原因而无法连续接收信号时,只要在终端上配备这种芯片,也能继续进行高精度检测。由于存在这种具体需求,因此发表研究成果的john kitching表示,假如开发工作能按计划顺利进行,“2~4年后就将达到实用水平”。现有的手机和高速通信系统有时就需要进行高精度同步通信,假如原子钟的成本、耗电量和外形尺寸能达到要求,将来就可能配备于手机和电脑等产品。(记者:三宅 常之)
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离线BG2VO
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5764
只看该作者 162楼 发表于: 2005-07-01
bd1es:您这几个图好像是虚拟仪器吧?采样速率够高的了。
离线bd1es
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2096
只看该作者 163楼 发表于: 2005-07-02
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bd1es:您这几个图好像是虚拟仪器吧?采样速率够高的了。
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是的2vo老师,不好意思,这是我几年前搞的,不是太好用,一个偶然收获,劳动所得。

对了,我还有一种用示波器配合58540a的1pps输出校准频率的做法,算是对频率计精度的补充吧,土法子。

见下图,假设待校准信号源输出是对称波形,比如正弦波,则其必定上下两部分面积相等。那么打开示波器的persistence功能使其波形叠印,则正弦波上下两个峰被填满时其相移刚好是自己周期的一半。我们看看他填满波峰的时间就可以知道他的频差了。

又因为信号源如果频率偏高则其相位超前,波形左移,频率低则右移,由此可知其频偏的方向。

示波器的触发计数器记录了1pps到来的次数,那么波形移动半个周期的时间就已知了。

又因为目测波峰被填满只需要1-2位的目测精度就很精确了,即使是信号源频率有误差也是可以忽略的。

假设:信号源频率=f,其周期即为1/f;填满波峰的时间=t;信号源频率误差=df,

那么这时的频偏计算公式就是,df=(1/f)/2 / t * f=1/(2t),f被消去了;

比如,经过288秒波峰被填满,则其频偏为:1/(2*288)=0.00174hz。

见下图,信号源为5mhz晶体,波形往左走(看不出来, ),则精确频率=5.00000000174hz。

不过需要说明,普通gps的1pps是不可以这样用的,它本身就左右抖动,很厉害的,呵呵,所以被测信号一定要分频,使周期远长于gps的1pps抖动。但是信号源的相位噪声没什么影响,他总是与自己频率成比例的,相比gps已经很小,经过t这个很长时间的“积分”,这抖动早就去掉了,因此没有影响。

希望这个算法没错误,
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离线bd1es
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2096
只看该作者 164楼 发表于: 2005-07-02
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您这个消息很令人振奋,耗电75mw铯钟?不可思议!
“现有零部件价格为数十美元”好像错了,没那么少吧,因为将来才100美元以下。
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希望过几年我能捡一个二手的,等啊!
离线BG2VO
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5764
只看该作者 165楼 发表于: 2005-07-02
您这个方法非常好,上次就听您说起,回来我就用示波器试验了,但我很难以1pps做同步触发。既然hp58540a的10mhz与1pps是严格同步的,我就用这10mhz做基准,比如观察另外一个5mhz信号的过0点,效果也是类似的,也许由于边缘不明显观察起来精度差一些。事实上这种观察方法很直观,我的5mhz与10mhz标准差别为0.5ppb但很容易观察到波形的移动。我昨天用模拟示波器看了10m和5m的李萨育图,这个8字尽管不规则(输出与正弦信号比有失真),但一眼就看到这东西在转动。以前观察李萨育图的时候记得是一个是市电另一个是信号发生器没什么印象(在大学里),但此次两个频率相差非常小的非正弦信号体现出一个立体物的很生动形象的旋转还是另我有些吃惊呢。
离线bd1es
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2096
只看该作者 166楼 发表于: 2005-07-02
谢谢您的肯定。

喏,这个晶体升温12小时后,频偏已经增大了14倍了,现在是1/(2*21)=0.024hz。大约相当于5e-9,这是一个ed441c的实例。过12小时再看看,看他如何散步,
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离线bd1es
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2096
只看该作者 167楼 发表于: 2005-07-02
再为大家提供一个资料,这是高明gps 25-lvs接收板相比hp 58540a的1pps定时误差。

见下图,取样1801次,大约半个小时。其中成色图形即为gps25的1pps波形叠加。从图中看出:
1、gps 25-lvs的定时输出略超前于58540,均值大约超前100多纳秒;
2、gps 25-lvs的1pps定时误差大约在正负1个微秒左右,但正负400纳秒之内的概率大一些。

结论:
1、gps 25-lvs做一般定时已经很精确了,他与utc同步得很好;
2、用于测量频率时,应加入一些滤波措施,或使用算法尽量剔除坏值,否则时间分辨度只有1个微秒;
3、用普通gps板从1pps取出信号锁定10mhz振荡器,即自制gps时钟时,应选用较新型的接收板,保证1pps有较好的精度,同结论二,也要有较好的滤波措施。滤波的好坏直接影响时钟输出质量。看起来自制gps时钟仍然比较困难。

,73!
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离线bd1es
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2096
只看该作者 168楼 发表于: 2005-07-02
再来一张,这是采样5分钟(300次)的结果,也许看得更清楚些。

刚发现,上面那张图有一次绘图错误,是软件的问题,没事,不影响结果的正确性。所以说虚拟仪器要慎重购买,道理就在这儿呢,呵呵,都是瞎凑合事的东西。
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离线BG2VO
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5764
只看该作者 169楼 发表于: 2005-07-03
这虚拟仪器真不错,关键是能在这么长的时间尺度(1s)上进行同步,同时展开这么细(200ns/div)来看细节。模拟示波器和数字示波器好像都没有办法。

的确,这个gps 25-lvs的1pps误差大了些。
看hp58540a的指标,好像1pps相对误差是30ns。

我这里有个可以输出10khz的gps模块,用这个锁频10mhz应该比用1pps来得容易,甚至可以用等精度频率计直接测量对比校准。

其实,我也早就看好虚拟仪器,曾经打电话问过一个美国的xxx(忘记了)的国内代理,是一个精度高(12位--16位的)但速度慢的东西,适合多路测量采集和声频用途。但人家居然劝我不要买,说这东西不过关。
离线bd1es
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2096
只看该作者 170楼 发表于: 2005-07-03
19jan2006补充:当时没看清2vo老师的意思,人家夸赞俺的虚拟仪器好,我却给贬得够呛,哈哈。不过俺还是希望大家慎重购买所谓虚拟仪器,或那些标称指标很高却便宜的要命的所谓智能仪器,尽管我知道这观点不尽正确,也有些偏颇。

是的,这东西就是要慎重购买,您看连卖仪器的人都说不过关,可见其质量。我还没见过可以放心使用的虚拟仪器,就感觉像是我们平常的业余制作,有功能就行了,没人关心性能,整个就是一个实验品,哈哈。确实如此,虚拟仪器的硬件质量肯定值得怀疑,但更要命的是软件,本来仪器的成本就在这里,现在把它虚拟了,就由一些pc程序员去写软件了,人工便宜多了,质量就下来了,还出现了系统依赖性问题,把硬件依赖性转化成了操作系统依赖性。

我不是说这东西不好,但他还需要有能力的开发者继续发展,淘汰那些南瓜蔬菜,留些干货给消费者。当然学校做实验图便宜就另当别论。可是新的虚拟仪器与旧的专业仪器比,并不便宜,大家一定要小心!

带10khz的模块肯定更好了,希望我以后有机会也可以搞一块来, 现在也有一些更精确的接收板,可以精确到50ns,甚至更高,而价钱比过去的型号还低,这是指的新品价格,比如trimble就有。

很多朋友不理解为什么要关心接收板的定时准确性,其实他跟定位准确性有直接关系的,不仅是为了我们精确计量频率量,这样的需求对大多数人来说是不必要的。 因为gps实际上就是一个时间接收机,其他都是根据时间算出来的,尽管他更多地用于地理定位,但时间精确度仍是主要性能因素。

73!干活去喽...

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这虚拟仪器真不错,关键是能在这么长的时间尺度(1s)上进行同步,同时展开这么细(200ns/div)来看细节。模拟示波器和数字示波器好像都没有办法。
的确,这个gps 25-lvs的1pps误差大了些。
看hp58540a的指标,好像1pps相对误差是30ns。
我这里有个可以输出10khz的gps模块,用这个锁频10mhz应该比用1pps来得容易,甚至可以用等精度频率计直接测量对比校准。
其实,我也早就看好虚拟仪器,曾经打电话问过一个美国的xxx(忘记了)的国内代理,是一个精度高(12位--16位的)但速度慢的东西,适合多路测量采集和声频用途。但人家居然劝我不要买,说这东西不过关。
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离线bd1es
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2096
只看该作者 171楼 发表于: 2005-07-03
哦,还有一事交待。

我的thunderbolt已经拿到了,可是本周我有更重要的工作要做,这东的比较结果就以后贴出了,希望我的数据对大家有帮助,也感谢bg2vo老师的无私奉献。


至于很多朋友问到的这东西的购买请参考上面几贴的信息,都在这里了。祝大家好运。另,劝告一下,这只是时间接收机,尽管他也能输出定位信息,可您一定不想他一个小时算一个点,更不想他不能与任何地理信息软件接口。是的,这东西不能当gps定位用,也没有nmea0183的报文输出,更不能及时计算地理位置,它是定点儿接收机,

73给各位!
离线FU-100F
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477
只看该作者 172楼 发表于: 2005-07-03
bg1es :
      请看悄悄话
离线bd1es
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2096
只看该作者 173楼 发表于: 2005-07-03
收到,已回复,谢谢ja老师!

[quote=fu-100f]bg1es :
      请看悄悄话[/quote]
离线BG2VO
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5764
只看该作者 174楼 发表于: 2005-07-04
我看bd1es的虚拟仪器还是不错的,我也一直想弄一个。感觉您这个东西已经用到家了,发挥了其长处。

我现在就是hp58540a和thunderbolt两个同时开,没事就用频率计比较,频率误差大多数机会是在1e-10之内,但偶尔有超出的时候。看到58540a的频率准确度指标是1e-11以上,而thunderbold的甚至是1.16e-12以上,这不是矛盾了吗?再看指标说明,这个准确度的条件是“one day average”即一天平均值。我理解就是把一天内所有的周期加起来再除86400秒,得到的值与真正10mhz的误差,因此短时间内频率误差超出1e-10看来是比较普通的。
离线el34a
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607
只看该作者 175楼 发表于: 2005-07-04
在南京杜明那买的?有货了吗?几钱?


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哦,还有一事交待。
我的thunderbolt已经拿到了,可是本周我有更重要的工作要做,这东的比较结果就以后贴出了,希望我的数据对大家有帮助,也感谢bg2vo老师的无私奉献。
至于很多朋友问到的这东西的购买请参考上面几贴的信息,都在这里了。祝大家好运。另,劝告一下,这只是时间接收机,尽管他也能输出定位信息,可您一定不想他一个小时算一个点,更不想他不能与任何地理信息软件接口。是的,这东西不能当gps定位用,也没有nmea0183的报文输出,更不能及时计算地理位置,它是定点儿接收机, [表情] [表情]
73给各位!
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离线bg4kc
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2638
只看该作者 176楼 发表于: 2005-07-04
我有个gps-10,很老的东西。 输出报文和utc时间总是差距1-2秒。 以前问过厂商,说是计算处理定位数据需要一段时间。 这时候秒信号和报文不能同步了。 这种gps板子是否不适合作为时间应用呢。



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再为大家提供一个资料,这是高明gps 25-lvs接收板相比hp 58540a的1pps定时误差。
[表情] [表情] ,73!
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离线bd1es
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2096
只看该作者 177楼 发表于: 2005-07-04
是的,我想应该还有货,但我没有跟他确认,我不认识他。我本想托世纪买的,但最后还是找同事了。

忘记说价钱了,我是400元一个买的。

说实在的,我知道这是后来又涨价了。但我以为这个东西应该更便宜些,可能近期买的人多了些,卖家以为有了市场,所以,仍有继续涨价的可能。可是我们搞电子的人知道这东西会有几个人买,何况这成色,呵呵。所以,如果价钱下不来,我建议大家就等一等,不要着急。越往后越有好东西。

其实,2000年前后在国内建造联网的flex传呼台已经都下线了吧?很多旧的cdma基站也正在淘汰吧?所以这玩意儿只能越来越多,性能越来越好,体积越来越小,功耗越来越低,价钱越来越便宜,购买途径越来越多,...呵呵,醒醒

反正不要着急,而且您真的有用吗?它也不能当正常的gps模块用,就是能做个时钟,测个频率什么的,哈哈。不泼凉水了,请大家买有所需,物尽其用。



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在南京杜明那买的?有货了吗?几钱?
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离线bd1es
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2096
只看该作者 178楼 发表于: 2005-07-04
说说我的理解,不一定对,需要验证。我的gps时间码输出总是超前差不多一秒的,然后在下一个pps脉冲到来时,调整钟面显示那个时间就刚刚好了。不知道是不是所有的gps都是这样的。可以与bpm比对一下。73

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我有个gps-10,很老的东西。 输出报文和utc时间总是差距1-2秒。 以前问过厂商,说是计算处理定位数据需要一段时间。 这时候秒信号和报文不能同步了。 这种gps板子是否不适合作为时间应用呢。
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离线bd1es
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2096
只看该作者 179楼 发表于: 2005-07-04
谢谢,俺衷心祈祷俺的虚拟仪器不要再坏掉,已经过了保修期了,修理费可不便宜,

再看一下garmin的gps 25-lvs,如果按照1微秒的定时误差计,他的定位误差最大可达到正负300米,90%以上的测量均值大约在正负30米到正负100米之间,挺普通的,哈哈。

要是50ns的gps接收板,那就可以达到正负15米的定位精度,现在大多数新的gps接收机,包括台湾长天(holux,如果没拼错的话)的东西都可以达到的,

73,bg2vo!

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这虚拟仪器真不错,关键是能在这么长的时间尺度(1s)上进行同步,同时展开这么细(200ns/div)来看细节。模拟示波器和数字示波器好像都没有办法。
的确,这个gps 25-lvs的1pps误差大了些。
看hp58540a的指标,好像1pps相对误差是30ns。
我这里有个可以输出10khz的gps模块,用这个锁频10mhz应该比用1pps来得容易,甚至可以用等精度频率计直接测量对比校准。
其实,我也早就看好虚拟仪器,曾经打电话问过一个美国的xxx(忘记了)的国内代理,是一个精度高(12位--16位的)但速度慢的东西,适合多路测量采集和声频用途。但人家居然劝我不要买,说这东西不过关。
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