Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik OCXO - Grundlagen


von Basti (Gast)


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Hi,

ich möchte etwas über ocxos lernen. Ich habe bisher herausgefunden

- Stabile Temperatur
- Evtl Doppelte Kammern (2 Heizungen, bessere Regelmöglichkeit)
- Temperaturpunkt am Umkehrpunkt des Quarzes einstellen.
- Quarz aufheizen, laufen lassen dann abgleichen. (Quarz ziehen??)

Ich kann mir jedoch kaum vorstellen, das das reicht um 30ppm 
auszugleichen??

Sind da in kommerziellen produkten spezialquarze verbaut? oder ist das 
komplexe der steuereingang und die Temperatursteuerung?

So eine Temperatursteuerung finde ich im allgemeinen nicht so 
komliziert. Kalibrierter sensor, mikrocontroller, 0,5°C sollten machbar 
sein...

von Wolfgang (Gast)


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Basti schrieb:
> Ich kann mir jedoch kaum vorstellen, das das reicht um 30ppm
> auszugleichen??

Einen Oberton-Quarz kannst du durchaus um 500ppm ziehen. Früher war das 
in manchen Transceivern (z.B. ICOM IC202) üblich, um die Frequenz zu 
wählen.

von Basti (Gast)


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Ich meinte eher die Stabilität zu erreichen. Heizung dann verbessert 
sich der Quarz von 30ppm auf 0,1ppm??

von Christian L. (cyan)


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Basti schrieb:
> Sind da in kommerziellen produkten spezialquarze verbaut? oder ist das
> komplexe der steuereingang und die Temperatursteuerung?

Meistens werden auch spezielle Schnitte verwendet (AT und SC), welche 
man bei den üblichen Quarzen nur schwer bekommt.

Die Heizung allein ist also nur ein Faktor.


Siehe auch:
http://de.wikipedia.org/wiki/Schwingquarz#Kristallschnitte

In der Tabelle findet man die verschiedenen Schnitte und deren 
Eigenschaften.

Ansonsten gibt es im Quarzkochbuch viele Informationen:
http://www.rainers-elektronikpage.de/Grundlagen-der-Quarztechnik/osckochbuch.pdf

von Ulrich H. (lurchi)


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Im Idealfall hat man einen Quarzschnitt, der bei der Temperatur der 
Heizung (etwa 40-50 C) einen minimalen TK hat. Gute Quarze speziell für 
die etwas höhere Temperatur haben da einen sehr kleinen 
Temperaturkoeffizienten.

Durch die Regelung wird auch noch einmal die Änderung der Temperatur 
stark gedämpft. Vor allem wenn der Kritische Teil des Reglers auch mit 
im geregelten Bereich ist, kann die Temperatur sehr stabil (besser als 
1/10 Grad) gehalten werden. Der Sensor muss auch nicht unbedingt einen 
absolute Temperatur geben - wichtig ist vor allem die Stabilität über 
die Zeit und, dass die Temperatur zum Quarz passt.

von Possetitjel (Gast)


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Basti schrieb:

> Ich kann mir jedoch kaum vorstellen, das das reicht um 30ppm
> auszugleichen??

Nun ja... lass uns nicht über Dein Vorstellungsvermögen
diskutieren, sondern über Fakten - das ist einfacher.

Vor vielen Jahren habe ich aus einem 27Mhz-Obertonquarz und
zwei TTL-Gattern einen Quarzoszillator gebastelt und den
abwechselnd auf dem zugeschneiten Balkon und auf der Heizung
vermessen.

Schwingfrequenz war ca. 9MHz (Grundwelle), mittlere Drift war
4.4Hz/K; das ist eine mittlere Drift von 0.5ppm/K.

Wenn es Dir gelingt, die Temperatur auf 0.2K genau konstant-
zuhalten, ist die Drift auf 0.1ppm reduziert. Das ist ungefähr
1Hz.

von Possetitjel (Gast)


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Basti schrieb:

> Ich meinte eher die Stabilität zu erreichen. Heizung dann
> verbessert sich der Quarz von 30ppm auf 0,1ppm??

Gegenfrage: Welches Drehmoment hat Benzin?

"Stabilität von 30ppm" ist in diesen Zusammenhang eine
unsinnige Angabe.

Die Herstellungstoleranz der Resonanzfrequenz ist bei
ziemlich vielen Massenquarzen 30ppm (oder auch 50ppm).
Die Temperaturdrift dagegen hängt vom Temperaturkoeffizienten
(=Tk) ab - häufig angegeben in "ppm/K".

Der Tk hängt stark vom Schliff und der Messtemperatur ab und
liegt bei einigen ppm/K - unter günstigen Bedingungen aber
auch deutlich darunter. (Siehe mein Beispiel mit den
gemessenen 0.5ppm/K).

von S. Landolt (Gast)


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> Wenn es Dir gelingt, die Temperatur auf 0.2K genau konstant-
> zuhalten, ist die Drift auf 0.1ppm reduziert. Das ist ungefähr
> 1Hz.
Diese Argumentation setzt einen linearen Verlauf voraus und widerspricht 
damit
> Der Tk hängt stark vom Schliff und der Messtemperatur ab

Normalerweise wählt man doch die Temperatur so, dass man auf einen 
Umkehr- oder Wendepunkt kommt, dort ist Tk=0.

von Peter R. (pnu)


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S. Landolt schrieb:
> Normalerweise wählt man doch die Temperatur so, dass man auf einen
> Umkehr- oder Wendepunkt kommt, dort ist Tk=0.

Selbst bei einem Feld-Wald-Wiesenquarz in kaltgeschweißtem (nicht 
gelötetem) Gehäuse ist mit Thermostat 1ppm gut einhaltbar. Quarze aus 
den Frequenzaufbereitungen von TV-Tunern gehören in diese Klasse, meist 
mit 4,00000MHz. "Taktquarze" für 20Ct allerdings nicht. Natürlich muss 
die gesamte Oszillatorschaltung mit im Thermostaten sein, sonst spielt 
deren TK auch eine Rolle.

Im Bereich jenseits von 1ppm gewinnt aber die Alterung des Quarzes 
zunehmend an Bedeutung. Der TK ist dann, wegen der Arbeit am Maximum der 
Temperaturkurve wirklich unbedeutend.

Alterung: Beim ausgeschaltetem Quarz schlagen sich spurenhaft verdampfte 
Substanzen auf dem Quarz nieder und verlangsamen seine Schwingfrequenz. 
Nach dem Einschalten werden diese Substanzen "abgeschüttelt" und die 
Schwingfrequenz erhöht sich innerhalb von Stunden, Tagen oder gar 
Wochen.
Auch lösen sich innere Verspannungen des Quarzes mit der Zeit, die bei 
der Herstellung entstanden sind oder freigelegt wurden. Da ist eine 
Tendenz der Drift nicht voraussagbar.

Wenns also besser als 0,1 ppm werden soll, muss der Thermostat 
durchgehend laufen und auch der Quarz durchgehend schwingen.

Aber mit den 0,1ppm ist es genau so ein "habenwill" wie mit den 5- oder 
6-stelligen Voltmetern. Haben wollen es viele, aber brauchen tuts 
eigentlich niemand.

Ohne Vergleichsmöglichkeit mit DCF oder GPS weiß man aber nicht, ob der 
Oszillator wirklich 1ppm oder besser einhält, der Aufwand mit Thermostat 
wäre also sinnlos.

von S. Landolt (Gast)


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Danke für die Informationen; ich selbst bin auf diesem Gebiet kein 
Fachmann, hatte mich nur über den Beitrag geärgert - fängt mit einer 
völlig unnötigen Sottise an und geht dann voll am Thema vorbei, 
'verschneiter Balkon bis Raumheizung' linear hochgerechnet auf einen 
OXCO.

von Possetitjel (Gast)


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S. Landolt schrieb:

> ich selbst bin auf diesem Gebiet kein Fachmann, hatte mich
> nur über den Beitrag geärgert - fängt mit einer völlig
> unnötigen Sottise an und geht dann voll am Thema vorbei,
> 'verschneiter Balkon bis Raumheizung' linear hochgerechnet
> auf einen OXCO.

Ich habe zu erklären versucht, dass eine Toleranz (in ppm)
und eine Drift (in ppm/K) verschiedene Dinge sind, und habe
am Beispiel zu erklären versucht, wie beides zusammenhängt.
Die ursprüngliche Fragestellung gibt mir Anlass zu der
Vermutung, dass der Fragesteller das nicht scharf unterscheidet.

Dass Du das nicht verstanden hast, ist nicht mein Problem.

Wenn Dir mein Ton nicht passt, dann sprich das an - aber bitte
liefere nicht statt dessen inhaltlich unqualifizierte Beiträge.

Danke im Voraus.

von chris (Gast)


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Mich interessiert das Thema letzten auch.
Also es geht um 32.771 kHz calibrations Ausgang für Calibration während 
icsp.
Quarz ist 16.777 durch 512 geteilt.
Ofen sollte ntc fet widerstand sein, so wie roman black es for 10 jahren 
gemacht hat.
Ich Frage mich was besser ist, einstellbarer Kondensator oder 
einstellbare Spannung um die Frequenz einzustellen.
Kalibriert wird über dcf77 oder ntp.

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