RU109577U1 - HYDROGEN STANDARD OF FREQUENCY AND TIME - Google Patents

HYDROGEN STANDARD OF FREQUENCY AND TIME Download PDF

Info

Publication number
RU109577U1
RU109577U1 RU2011122037/28U RU2011122037U RU109577U1 RU 109577 U1 RU109577 U1 RU 109577U1 RU 2011122037/28 U RU2011122037/28 U RU 2011122037/28U RU 2011122037 U RU2011122037 U RU 2011122037U RU 109577 U1 RU109577 U1 RU 109577U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
input
time
hydrogen
Prior art date
Application number
RU2011122037/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Никитович Чернышев
Вячеслав Юрьевич Соловьев
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Время-Ч"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Время-Ч" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Время-Ч"
Priority to RU2011122037/28U priority Critical patent/RU109577U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU109577U1 publication Critical patent/RU109577U1/en

Links

Landscapes

  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

1. Водородный стандарт частоты и времени, включающий квантовый водородный генератор, выход которого соединен с первым входом преобразователя частоты, второй вход которого подключен к выходу формирователя гетеродинного сигнала, вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, подключенного к формирователю выходных сигналов, выходы которого являются выходами водородного стандарта частоты и времени, отличающийся тем, что в него дополнительно введены формирователь тактовых сигналов и цепочка из последовательно соединенных измерителя моментов времени, процессора и цифроаналогового преобразователя, включенная между выходом преобразователя частоты и входом кварцевого генератора, при этом выход формирователя тактовых сигналов подключен ко второму входу измерителя моментов времени, а его вход соединен с выходом кварцевого генератора. ! 2. Стандарт частоты и времени по п.1, отличающийся тем, что он содержит n квантовых водородных генераторов, а преобразователь частоты и измеритель моментов времени в нем выполнены n канальными. 1. A hydrogen frequency and time standard, including a quantum hydrogen generator, the output of which is connected to the first input of the frequency converter, the second input of which is connected to the output of the heterodyne signal driver, the input of which is connected to the output of the crystal oscillator connected to the output driver, whose outputs are outputs hydrogen standard of frequency and time, characterized in that it additionally includes a clock driver and a chain of series-connected measurements of Tell time points, the processor and the digital to analog converter connected between the inverter output frequency and the input of the quartz oscillator, the output clock signal generator is connected to a second input measuring instants, and its input connected to the output of the crystal oscillator. ! 2. The frequency and time standard according to claim 1, characterized in that it contains n quantum hydrogen generators, and the frequency converter and the time meter in it are made n channel.

Description

Полезная модель относится к радиоизмерительной технике и может быть использована в квантовых водородных стандартах частоты активного типа для формирования высокостабильных сигналов, а также для проведения временных и частотных измерений.The utility model relates to radio-measuring equipment and can be used in quantum hydrogen standards of the active type frequency for the formation of highly stable signals, as well as for temporary and frequency measurements.

Принцип действия водородного стандарта частоты и времени активного типа основан на фазовой синхронизации сигнала кварцевого генератора 5 МГц по сигналу квантового водородного генератора 1420,4 МГц, работа которого основана на вынужденном излучении атомов водорода. Схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) обеспечивает подстройку медленных (по сравнению с постоянной времени ФАПЧ) флуктуации частоты кварцевого генератора.The principle of operation of the hydrogen standard of the frequency and time of the active type is based on the phase synchronization of the 5 MHz crystal oscillator signal from the 1420.4 MHz quantum hydrogen generator signal, whose operation is based on stimulated emission of hydrogen atoms. The phase locked loop (PLL) provides the adjustment of slow (compared to the PLL time constant) fluctuations in the frequency of the crystal oscillator.

Среди водородных стандартов частоты и времени рассматриваемого типа известны, например, стандарты типа Ч1-75, Ч1-90 (разработка ФГУП ННИПИ «Кварц»), VCH-1003A, VCH-1005 (разработка ЗАО «Время-Ч).Among the hydrogen standards of frequency and time of the type in question are known, for example, standards of type Ch1-75, Ch1-90 (developed by FSUE NNIPI "Quartz"), VCH-1003A, VCH-1005 (developed by ZAO Vremya-Ch).

В качестве наиболее близкой схемой построения водородного стандарта выбран стандарт типа 41-75 (см. приложение, рис.2), в котором сигнал, генерируемый квантовым водородным генератором на частоте 1420,4 МГц попадает в блок синхронизации, который обеспечивает усиление сигнала водородного генератора с помощью супергетеродинного приемника, привязку фазы кварцевого генератора 5 МГц к фазе сигнала водородного генератора и формирование спектрально-чистых высокостабильных синусоидальных сигналов 5 и 100 МГц и импульсные сигналы шкалы времени 1 Гц.As the closest scheme for constructing the hydrogen standard, a standard of type 41-75 was chosen (see the appendix, Fig. 2), in which the signal generated by the quantum hydrogen generator at a frequency of 1420.4 MHz falls into the synchronization block, which provides amplification of the signal of the hydrogen generator with using a superheterodyne receiver, linking the phase of the crystal oscillator of 5 MHz to the phase of the signal of the hydrogen generator and the formation of spectrally pure highly stable sinusoidal signals of 5 and 100 MHz and pulse signals of a time scale of 1 Hz.

Это классическая аналоговая схема фазовой автоподстройки частоты кварцевого генератора по частоте излучения водорода. Сигнал этого излучения подается на вход преобразователя частоты, на второй вход которого подан гетеродинный сигнал. С выхода преобразователя частоты сигнал разностной частоты поступает на фазовый детектор, на второй вход которого подан сигнал с перестраиваемого синтезатора частот. С выхода фазового детектора сигнал проходит через интегратор и поступает на вход управления частотой кварцевого генератора, синхронизируя ее под частоту квантового водородного генератора привязкой фазы кварцевого генератора 5 МГц к фазе сигнала водородного генератора. Изменением частоты синтезатора обеспечивается перестройка выходной частоты стандарта.This is a classic analog phase locked loop of the frequency of a crystal oscillator by the frequency of hydrogen emission. The signal of this radiation is fed to the input of the frequency converter, to the second input of which a heterodyne signal is supplied. From the output of the frequency converter, the difference frequency signal is fed to a phase detector, the second input of which is supplied with a signal from a tunable frequency synthesizer. From the output of the phase detector, the signal passes through the integrator and enters the frequency control input of the crystal oscillator, synchronizing it to the frequency of the quantum hydrogen generator by linking the phase of the crystal oscillator 5 MHz to the phase of the signal of the hydrogen generator. By changing the frequency of the synthesizer, the output frequency of the standard is tuned.

Недостатком аналоговой схемы фазовой автоподстройки частоты в квантовом стандарте является влияние источников случайной и температурной нестабильности частоты, сложность настройки петли синхронизации, необходимость наличия перестраиваемого синтезатора частоты.The disadvantage of the analog phase-locked loop in the quantum standard is the influence of sources of random and temperature instability of the frequency, the difficulty of setting the synchronization loop, the need for a tunable frequency synthesizer.

Технической задачей полезной модели является уменьшение влияния источников нестабильности частоты, упрощение процесса синхронизации и схемы реализации стандарта.The technical task of the utility model is to reduce the influence of sources of frequency instability, simplifying the synchronization process and the standard implementation scheme.

Сущность технического решения задачи заключается в том, что в водородный стандарт частоты и времени, включающий квантовый водородный генератор, выход которого соединен с первым входом преобразователя частоты, второй вход которого подключен к выходу формирователя гетеродинного сигнала, вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, подключенного к формирователю выходных сигналов, выходы которого являются выходами водородного стандарта частоты и времени, дополнительно введены формирователь тактовых сигналов и цепочка из последовательно соединенных измерителя моментов времени, процессора и цифро-аналогового преобразователя, включенная между выходом преобразователя частоты и входом кварцевого генератора, при этом выход формирователя тактовых сигналов подключен ко второму входу измерителя моментов времени, а его вход соединен с выходом кварцевого генератора.The essence of the technical solution of the problem lies in the fact that in the hydrogen standard of frequency and time, including a quantum hydrogen generator, the output of which is connected to the first input of the frequency converter, the second input of which is connected to the output of the heterodyne signal driver, the input of which is connected to the output of the crystal oscillator connected to an output signal shaper whose outputs are outputs of a hydrogen standard of frequency and time, an additional clock shaper and a chain of pos of a time meter, processor, and a digital-to-analog converter connected between the output of the frequency converter and the input of the crystal oscillator, the output of the clock generator is connected to the second input of the time meter, and its input is connected to the output of the crystal oscillator.

В варианте выполнения группового стандарта частоты он содержит п квантовых водородных генераторов, а преобразователь частоты и измеритель моментов времени выполнены n - канальными.In an embodiment of the group frequency standard, it contains n quantum hydrogen generators, and the frequency converter and time meter are n-channel.

На фиг.1 представлена упрощенная структурная схема предлагаемого стандарта частоты, на фиг.2 - вариант группового стандарта частоты.Figure 1 presents a simplified structural diagram of the proposed frequency standard, figure 2 is a variant of the group frequency standard.

Стандарт частоты и времени водородный включает (фиг.1) последовательно соединенные квантовый водородный генератор 1, преобразователь частоты 2, измеритель моментов времени 3, процессор 4, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 5, кварцевый генератор 6 и формирователь выходных сигналов 7 водородного стандарта частоты и времени. Формирователь гетеродинного сигнала 8 выходом подключен ко второму входу преобразователя частоты 2, а входом соединен с выходом кварцевого генератора, подключенного к формирователю тактовых сигналов 9, выход которого соединен со вторым входом измерителя моментов времени 3.The hydrogen frequency and time standard includes (Fig. 1) a series-connected quantum hydrogen generator 1, a frequency converter 2, a time meter 3, a processor 4, a digital-to-analog converter (DAC) 5, a crystal oscillator 6, and an output signal generator 7 of a hydrogen frequency standard and time. The heterodyne signal generator 8 is connected to the second input of the frequency converter 2 by an output, and connected to the output of a crystal oscillator connected to a clock signal generator 9, the output of which is connected to the second input of the time meter 3.

Блоки 1, 2, 6 - 8 могут быть выполнены аналогично прототипу. Блок 3 может быть выполнен на основе ИВИ типа Ч3-38 или Ч3-64 с разрешением измерения 10 нс. Процессор 4 может быть выполнен на основе сигнального процессора типа TMS320VC5402, а в качестве формирователя тактовых сигналов может быть использован умножитель частоты сигнала кварцевого генератора.Blocks 1, 2, 6 - 8 can be performed similarly to the prototype. Block 3 can be made on the basis of IVI type Ch3-38 or Ch3-64 with a measurement resolution of 10 ns. The processor 4 can be performed on the basis of a signal processor of the TMS320VC5402 type, and a frequency multiplier of a signal of a crystal oscillator can be used as a clock shaper.

В варианте выполнения группового стандарта частоты (фиг.2), включающего n квантовых водородных генераторов 1, преобразователь частоты 2 и измеритель моментов времени 3 выполнены n канальными, то есть преобразователь частоты имеет соответственно n входов высокочастотного сигнала и n выходов сигнала промежуточной частоты, а измеритель моментов времени имеет n входов сигнала промежуточной частоты.In an embodiment of the group frequency standard (FIG. 2), including n quantum hydrogen generators 1, the frequency converter 2 and the time meter 3 are made n channels, that is, the frequency converter has respectively n inputs of a high-frequency signal and n outputs of an intermediate frequency signal, and a meter moments of time has n inputs of the intermediate frequency signal.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Особенностью предлагаемой схемы водородного стандарта частоты является реализация цифровой петли автоподстройки сигнала кварцевого генератора по сигналу квантового водородного генератора. Для этого сигнал промежуточной частоты fПЧ=fв-fгет поступает не на аналоговый фазовый детектор, а на измеритель моментов времени 3 - циклический счетчик, состояние которого последовательно изменяется с тактовой частотой 100 МГц, сформированной из выходного сигнала стандарта формирователем тактовых сигналов 9. Оцифрованные моменты прихода фронтов Хi сигнала fПЧ ( текущее состояние циклического счетчика на момент прихода очередного фронта импульса сигнала fпч ) передаются в процессор 4, где вычисляются их последовательные разности (текущие разности фаз сигнала fПЧ и опорного тактового сигнала), производится обработка, фильтрация и интегрирование сигнала ошибки. Цифровой сигнал ошибки с процессора поступает на ЦАП 5, который формирует напряжение управления кварцевым генератором 6.A feature of the proposed scheme of the hydrogen frequency standard is the implementation of a digital loop for automatically adjusting the signal of the crystal oscillator based on the signal of the quantum hydrogen generator. For this, the intermediate frequency signal f IF = f in -f get is not supplied to the analog phase detector, but to the time meter 3 - a cyclic counter, the state of which changes sequentially with a clock frequency of 100 MHz, formed from the standard output signal by the clock generator 9. The digitized moments of arrival of the fronts X i of the IF signal f (the current state of the cyclic counter at the time of the arrival of the next pulse edge of the signal f pc ) are transmitted to processor 4, where their successive differences (current e the phase difference of the signal f IF and the reference clock signal), the error signal is processed, filtered and integrated. A digital error signal from the processor is fed to the DAC 5, which generates the control voltage of the crystal oscillator 6.

Текущая фазовая ошибка вычисляется сравнением текущих значений измеренной (Xi) и расчетной фазы (Xip).The current phase error is calculated by comparing the current values of the measured (X i ) and calculated phase (X ip ).

Xip= Х(i-1)р+1/fПЧ(1+Δ×fВГ/fПЧ), где Δ - отстройка частоты.X ip = X (i-1) p + 1 / f IF (1 + Δ × f VH / f IF ), where Δ is the frequency offset.

Поправки кода цифро-аналогового преобразователя 4 определяютсяAmendments to the digital-to-analog converter code 4 are determined

Здесь: δ - шаг по частоте ЦАП, Т-номинальный период измерений моментов времени Ti.Here: δ is the frequency step of the DAC, the T-nominal measurement period of time instants T i .

Коэффициенты K1, K2, К3 задаются программно и определяют пропорциональную, интегрирующую и дифференцирующую части поправки. Оптимальный подбор этих коэффициентов обеспечивает наилучшие характеристики выходного сигнала стандарта частоты (величину фазового шума и нестабильности частоты).The coefficients K 1 , K 2 , K 3 are set programmatically and determine the proportional, integrating and differentiating parts of the correction. The optimal selection of these coefficients provides the best characteristics of the output signal of the frequency standard (the amount of phase noise and frequency instability).

Преимущества такой схемы построения стандарта обусловлены широкими возможностями цифровой обработки сигналов и заключаются в простоте оптимальной настройки петли ФАПЧ, снижении количества источников случайной и температурной нестабильности частоты, отсутствие перестраиваемого синтезатора частоты и неограниченно малый шаг перестройки частоты.The advantages of such a standard construction scheme are due to the wide possibilities of digital signal processing and consist in the simplicity of optimal tuning of the PLL loop, reducing the number of sources of random and temperature instability of the frequency, the absence of a tunable frequency synthesizer and an unlimited small frequency tuning step.

В варианте выполнения группового стандарта частоты и времени (фиг.2) синхронизация частоты кварцевого генератора 6 проводится по групповой частоте сигналов n квантовых водородных генераторов 1. Для этого применяются n - канальный преобразователь частоты 2 и n - канальный измеритель моментов времени 3. Далее при расчете фазовой ошибки и поправки кода ЦАП в формулах (1 и (2) вместо отсчетов Т; используются взвешенное среднее значений текущих измерений в каналах. В результате в режиме захвата частота кварцевого генератора 6 представляет средневзвешенную частоту группы квантовых водородных генераторов 1 - 1n.In an embodiment of the group frequency and time standard (FIG. 2), the frequency of the crystal oscillator 6 is synchronized by the group frequency of the signals of n quantum hydrogen generators 1. For this, an n - channel frequency converter 2 and n - a channel time meter 3 are used. Further, when calculating phase errors and DAC code corrections in formulas (1 and (2) instead of T samples; a weighted average of the current measurements in the channels is used. As a result, in the capture mode, the frequency of the crystal oscillator 6 is the average shennuyu frequency band quantum hydrogen generators 1 - 1 n.

При этом достигается повышенная стабильность частоты (за счет усреднения по группе), повышенная надежность или резервирование выходного сигнала (возможно подключение и отключение квантовых водородных генераторов без потери частоты и фазы), экономия средств, габаритов, массы, энергии на реализацию групповой частоты (по сравнению с групповыми эталонами, основанными на группе традиционных стандартов частоты).This ensures increased frequency stability (due to group averaging), increased reliability or redundancy of the output signal (it is possible to connect and disconnect quantum hydrogen generators without loss of frequency and phase), saving money, dimensions, mass, energy on the implementation of group frequency (in comparison with group standards based on a group of traditional frequency standards).

Claims (2)

1. Водородный стандарт частоты и времени, включающий квантовый водородный генератор, выход которого соединен с первым входом преобразователя частоты, второй вход которого подключен к выходу формирователя гетеродинного сигнала, вход которого соединен с выходом кварцевого генератора, подключенного к формирователю выходных сигналов, выходы которого являются выходами водородного стандарта частоты и времени, отличающийся тем, что в него дополнительно введены формирователь тактовых сигналов и цепочка из последовательно соединенных измерителя моментов времени, процессора и цифроаналогового преобразователя, включенная между выходом преобразователя частоты и входом кварцевого генератора, при этом выход формирователя тактовых сигналов подключен ко второму входу измерителя моментов времени, а его вход соединен с выходом кварцевого генератора.1. A hydrogen frequency and time standard, including a quantum hydrogen generator, the output of which is connected to the first input of the frequency converter, the second input of which is connected to the output of the heterodyne signal driver, the input of which is connected to the output of the crystal oscillator connected to the output driver, whose outputs are outputs hydrogen standard of frequency and time, characterized in that it additionally includes a clock driver and a chain of series-connected measurements of Tell time points, the processor and the digital to analog converter connected between the inverter output frequency and the input of the quartz oscillator, the output clock signal generator is connected to a second input measuring instants, and its input connected to the output of the crystal oscillator. 2. Стандарт частоты и времени по п.1, отличающийся тем, что он содержит n квантовых водородных генераторов, а преобразователь частоты и измеритель моментов времени в нем выполнены n канальными.
Figure 00000001
2. The frequency and time standard according to claim 1, characterized in that it contains n quantum hydrogen generators, and the frequency converter and the time meter in it are made n channel.
Figure 00000001
RU2011122037/28U 2011-05-31 2011-05-31 HYDROGEN STANDARD OF FREQUENCY AND TIME RU109577U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122037/28U RU109577U1 (en) 2011-05-31 2011-05-31 HYDROGEN STANDARD OF FREQUENCY AND TIME

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011122037/28U RU109577U1 (en) 2011-05-31 2011-05-31 HYDROGEN STANDARD OF FREQUENCY AND TIME

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU109577U1 true RU109577U1 (en) 2011-10-20

Family

ID=44999535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011122037/28U RU109577U1 (en) 2011-05-31 2011-05-31 HYDROGEN STANDARD OF FREQUENCY AND TIME

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU109577U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705180C1 (en) * 2018-12-29 2019-11-05 Адольф Алексеевич Ульянов Hydrogen time and frequency keeper (two versions)
RU2725684C1 (en) * 2019-12-30 2020-07-03 Адольф Алексеевич Ульянов Group hydrogen time and frequency keeper

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705180C1 (en) * 2018-12-29 2019-11-05 Адольф Алексеевич Ульянов Hydrogen time and frequency keeper (two versions)
RU2725684C1 (en) * 2019-12-30 2020-07-03 Адольф Алексеевич Ульянов Group hydrogen time and frequency keeper

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102334038B (en) Phase determining device and frequency determining device
CN105049040B (en) A kind of method that Atomic Clocks Based on Coherent Population Trapping output frequency is corrected using GNSS
CN108710026B (en) Frequency stability measuring method and system based on high-precision phase frequency analysis
US8106808B1 (en) Successive time-to-digital converter for a digital phase-locked loop
CN100587504C (en) Digital synchronous sampling method
CN105871371B (en) A kind of three-stage time-to-digital conversion circuit based on phaselocked loop
CN110350913A (en) A kind of more ADC synchronizing devices based on locking phase delay
TW200939633A (en) Oscillation tuning circuit and method
Kim et al. A low-cost and low-power time-to-digital converter using triple-slope time stretching
CN102916693A (en) All-digital phase-locked ring applicable to video signal processing
RU109577U1 (en) HYDROGEN STANDARD OF FREQUENCY AND TIME
CN104391464B (en) A kind of hardware equivalent synchronized sampling unit based on FPGA
Szplet et al. High precision time and frequency counter for mobile applications
Liu et al. A 6ps resolution pulse shrinking time-to-digital converter as phase detector in multi-mode transceiver
CN103618501A (en) Alternating current sampling synchronous frequency multiplier based on FPGA
US8264388B1 (en) Frequency integrator with digital phase error message for phase-locked loop applications
Zianbetov et al. Distributed clock generator for synchronous SoC using ADPLL network
US7619483B2 (en) Asynchronous phase acquisition unit with dithering
CN109120260A (en) A kind of clock module high-precision phase demodulation system and method based on ASIC-TDC
CN109391267A (en) Shake when using digital PLL S with ADCS and DAC reduces technology
US20190036536A1 (en) A Detector Circuit
Caram et al. Harmonic ring oscillator time-to-digital converter
CN103326717B (en) A kind of rubidium clock scan capture secondary locking method
US8502588B2 (en) Clock generation system
KR101066543B1 (en) High precision clock generation apparatus and method with synchronizing standard time

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160601