Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DIY Frequency Counter mit 10 bis 12 Digits?


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Mi N. (msx)


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Ein Foto der aktuellen Version findet sich hier: 
http://mino-elektronik.de/FM_407/fmeter_407.htm#c3

von Purzel H. (hacky)


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Ein cooles Ding. Ich hab leider nur die Vorschau ueberflogen. Sorry.

von Ralph B. (rberres)


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Hallo Michael

Du hattest mir vor 1 oder zwei Jahren ja mal ein Muster zum vermessen 
geschickt, was bei mir leider nicht die gewünschte Stabilität erreicht 
hatte.

Kannst du dich daran noch erinnern? Was war denn damals der Fehler 
gewesen?

Ralph Berres

von Mi N. (msx)


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Es ist knapp ein Jahr her und es war die allererste Version mit TDC und 
TFT-Anzeige: Beitrag "Re: DIY Frequency Counter mit 10 bis 12 Digits?"

Meine eigenen Signalquellen und Meßmittel waren zu schlecht, als daß mir 
sporadische Aussetzer hätten zwingend als solche auffallen müssen.
Ursache war zum einen ein (ganz blöder) Softwarefehler. Bei einem 
Timeout hatte ich alle Zähler zurückgesetzt, um die nachfolgende Messung 
'sauber' zu beginnen. Die Neuinitialisierung war so gründlich, daß ein 
Timeout auf einem Kanal auch das Ergebnis des anderen Kanals 
'zerschossen' hat. Bei einem typischen Timeout von <= 5 s kam das häufig 
vor, wenn man nur einen Kanal verwendet hatte. Da ich typisch an Kanal 
F2 das GPS-Signal (1 pps) angeschlossen hatte und an Kanal F1 irgendein 
zu messendes Signal, war bei mir immer 'alles in Butter'.

Die zweite Macke war ein Hardwarefehler, der dafür sorgte, daß TDC und 
STM32... unterschiedliche Flanken ausgewertet haben, was je nach 
Phasenlage der Signale wechselnd häufig auftrat. Daraufhin hatte ich 
angenommen, daß TDC und STM32 nicht zueinander passen, was immer möglich 
gewesen war! Danach war bei mir mit dem TDC ein halbes Jahr Funkstille. 
(Man sieht es am Datum der Beiträge im o.g. Link).

Von einem Kollegen (Funkamateur) angesprochen, habe ich die Schaltung 
noch einmal neu aufgebaut. Dieser hatte mir auch dankenswerterweise sehr 
stabile Referenzquellen zur Verfügung gestellt; ohne diese wäre ich 
nicht weiter gekommen.
Um nicht immer wieder ein aufwendiges Layout mit TFT-Ansteuerung machen 
zu müssen, bin ich auf LC-Anzeige umgestiegen, was die Hardware etwas 
einfacher machte.

Den Softwarefehler hatte ich seinerzeit schnell behoben, aber die 
Synchronisierung zickte immer noch herum: es gibt viele Wege es falsch 
zu machen, aber nur einen, der funktioniert. Letztlich hatte mir das 
beste Meßgerät geholfen, was ich hier zur Verfügung habe: der Kopf ;-)
Die Lösung war dann wie das Ei des Kolumbus: wenn man die Lösung kennt, 
erscheint sie trivial. Das war im September letzten Jahres.

Nach vielen weiteren Test (u.a. ein Kollege hier im Forum hat mir dabei 
geholfen und durch pos. Kritik auch Anspron gegeben), bin ich mir nun 
sicher, daß das Meßverfahren stabil ist. Andernfalls hätte ich mir nicht 
die Mühe gemacht, obige Bedienungsanleitung zu schreiben und die 
Bedienbarkeit soweit voranzutreiben.
Die ursprüngliche TFT-Version hatte ich auch erfolgreich korrigiert. 
Vielleicht gibt es davon eines Tages eine Neuauflage, denn die 'schöne' 
Anzeige mit touch-Bedienung hat schon ihren Reiz.

So sieht es aus ;-)

von Marc H. (marchorby)


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Da die Schaltung offensichtlich in Eagle erstellt wurde, wäre es 
einfacher die .sch und .brd-Datei hier hochzuladen! Dann können andere 
auch was ändern falls sie es sich wünschen! Zudem kann man leichter  die 
Leiterbahnen verfolgen, falls mal irgendwo was klemmt...

von Armin X. (werweiswas)


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Marc H. schrieb:
> Da die Schaltung offensichtlich in Eagle erstellt wurde, wäre es
> einfacher die .sch und .brd-Datei hier hochzuladen

Und in drei Monaten kommen dann erste Nachbauten aus China...

von Ralph B. (rberres)


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Mi N. schrieb:
> Ursache war zum einen ein (ganz blöder) Softwarefehler.

Mi N. schrieb:
> Die zweite Macke war ein Hardwarefehler,

Mi N. schrieb:
> bin ich mir nun
> sicher, daß das Meßverfahren stabil ist.

Wenn du willst kann ich es ja nochmal bei mir testen.

Ralph

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Hallo Michael,
ich habe mal etwas mit deinem Modul herumgespielt ...

Als Referenz benutze ich einen HP10811 und als Eingangsfrequenz einen 
10Mhz OCXO von KVG. Beide Oscillatoren haben eine Kurzzeitstabilität von 
> 10e-10
und ich hatte eine stabile Anzeige bis auf die letzte Stelle erwartet. 
Tut es aber nicht, die letzte Stelle der Frequenzanzeige schwankt im 
Sekundenrhythmus  um 1 bis 2 counts, die ns Anzeige um 3-4 counts. Wenn 
man alles über längere Zeit betreibt wandern die Messwerte noch weiter. 
Die Oscillatoren habe ich vorher eine Stunde warmlaufen lassen und ich 
denke daran liegt es nicht. Ich habe auch mehrere von den KVG 
Oscillatoren durchprobiert und das gleiche Ergebnis. Die KVG 
Oscillatoren hatte ich mal mit meinem HP5445a gemessen und da waren sie 
Stabil.

Hast du ein Timing Diagramm über die Ansteuerung des TDC ?
Gibt es eine continuierliche Ausgabe der Messwerte über RS232 ?
Wird es auch mal den Quellcode dazu geben ?

Sonst sind noch ein paar Kleinigkeiten aufgefallen ...
Auf meinem 20X4 Display stimmen die Zeichenpositionen nicht.
Das letze Zeichen in der Zeile ist "S" und geht in der nächsten Zeile 
mit
"ignal weiter". Der Widerstand für die LCD Hintergrundbeleuchtung wird 
ziemlich heiss.

Kennst du https://github.com/TAPR/TICC ?
Das ist ein 2 Kanal Timestamp Counter mit dem gleichen IC.

von A. B. (branadic)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Als Referenz benutze ich einen HP10811 und als Eingangsfrequenz einen
> 10Mhz OCXO von KVG. Beide Oscillatoren haben eine Kurzzeitstabilität von
>> 10e-10
> und ich hatte eine stabile Anzeige bis auf die letzte Stelle erwartet.
> Tut es aber nicht, die letzte Stelle der Frequenzanzeige schwankt im
> Sekundenrhythmus  um 1 bis 2 counts, die ns Anzeige um 3-4 counts. Wenn
> man alles über längere Zeit betreibt wandern die Messwerte noch weiter.
> Die Oscillatoren habe ich vorher eine Stunde warmlaufen lassen und ich
> denke daran liegt es nicht. Ich habe auch mehrere von den KVG
> Oscillatoren durchprobiert und das gleiche Ergebnis.

Ich durfte ja auch sowohl die LCD als auch die TFT Version gegen ein 
53230A und einem Trimble Thunderbolt E messen.
Testszenario:
- Keysight 53230A läuft mit seinem internen OCXO
- am Eingang des 53230A ist ein Trimble Thunderbolt E angeschlossen 
(Input auf 1Meg)
- IntRefOut vom 53230A ist als Referenz an die Counter von Michael an 
Kanal2 angeschlossen
- am Kanal1 der Zähler von Michael ist der Trimble Thunderbolt E 
angeschlossen (Input 50R)
- Gatezeit: 1s

Der 53230A zeigt in der gleich Zeit Messwerte zwischen 10,000 000 024MHz 
- 10,000 000 036MHz. Die Messwerte von Michaels Counter sieht man in 
anhängenden Bildern.
Grundsätzlich sind das feine Teile die Michael da entwickelt hat. Leider 
war es mir zeitlich nicht möglich, eine synchronisierte Messung von 
53230A, Michaels Countern, Umweltsensoren sowie einen Zeitstempel 
aufzusetzen, sodass man jetzt nicht sagen kann was da jetzt wie stabil 
ist, aber für einen ersten Eindruck haben diese ersten Messungen 
durchaus gereicht.

-branadic-

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Kann man die Messwerte auslesen und an den PC übertragen ?

Natürlich ist das ein feines Ding und meine beobachteten Messwerte sind 
ja noch viel besser wie deine.

von Bart V. (bartv)


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Hallo, vielleicht :

Diese Messungen werden nicht mit ein rechteck-Signale sondern mit Sinus 
förmige Signale ausgeführt.
Wenn man mit dieser Auflösung arbeitet hat auch der Schmitt-trigger im 
eingangs Verstärker Einfluss.
Ebenso könnten Harmonischen die Messung auch beeinflussen.
MfG

Bart

von Mi N. (msx)


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Hier ist zwar das Forum 'Markt', aber wenn gewünscht, gehe ich auch auf 
die techn. Details ein.

@Hans-Georg
Der Vorwiderstand für die Hintergrundbelechtung kann auf keinen Fall der 
optimale Werte für alle verfügbaren Displays sein. In der Regel verfügen 
LCD-Module schon Vorwiderstände, die ggf. noch durch Lötbrücken 
aktiviert oder überbrückt werden müssen.
R4 mit 10 Ohm soll den Fall abfedern, daß garkein Vorwiderstand 
vorhanden ist, und er muß entsprechend (ggf. extern) angepaßt werden, je 
nachdem ob die Hintergrundfarbe gelb, grün, blau oder weiß ist. Das 
sollte kein Problem sein.

Sinnvolle LCD-Module sind 16x2, 20x2, 16x4 und 20x4, wobei die 
Ergebnisse von F2 nur auf x4-Anzeigen erscheinen. Die Zeilenlänge ist 
per Bedientaster oder ser. Befehl einstellbar; Vorgabewert ist 16 siehe 
Bedienungsanleitung und muß für eine 20x Anzeige umgestellt werden.
Alternativ könnte ich auch 20 als Vorgabewert einstellen, was dann 
abgeschnittene Meßwerte bei 16x Anzeigen ergibt ;-)

> Gibt es eine continuierliche Ausgabe der Messwerte über RS232 ?

Ja alternativ für F1, P1, UPM1, F2, P2 und UPM2; Vorgabewert ist F1 
siehe Bedienungsanleitung.

> Kennst du https://github.com/TAPR/TICC ?
> Das ist ein 2 Kanal Timestamp Counter mit dem gleichen IC.

Nur überschlägig, da ich keinen Verwendungszweck für einen adäquaten 
reziproken Frequenzzähler erkennen kann.


@A.B.
Danke für die Grafiken, da sieht man auf den ersten Blick doch gleich 
viel mehr, als bei den einzelnen ser. Meßwerten. Zu beachten ist, daß 
die y-Achse 12-stellig skaliert ist.
Die Leiterplatte, die Hans-Georg bekommen hat, ist genau die selbe, die 
Dir zur Verfügung stand ;-)

Bart V. schrieb:
> Wenn man mit dieser Auflösung arbeitet hat auch der Schmitt-trigger im
> eingangs Verstärker Einfluss.

Auf jeden Fall!
Die Eingangsstufe arbeitet ab DC, da der Zähler schon ab 1 mHz und bei 
späterem Bedarf auch als schneller Ereigniszähler arbeiten kann. Damit 
Logikpegel (TTL, HCMOS) vom Komparator wahrgenommen werden können, sind 
beide Schaltschwellen oberhalb von 0 V.
Sofern man nur Sinussignale >= 10 Hz messen möchte, bietet es sich an, 
einen DC-Offset von etwa 0,5 V am Eingang zu erzeugen und das Signal 
kapazitiv einzukopplen. Bei der Schaltung für den Vorteiler nehme ich 
dafür 10 kOhm gegen GND und 100 kOhm nach +5 V. Damit werden die 
Schaltschwellen des Komparators nahe an die Nulldurchgänge gebracht.

von Ralph B. (rberres)


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Ich habe vom Michael diesen Frequenzzähler mit dem TDC7200 zum testen 
zugeschickt bekommen.

Ich mus sagen es macht eine gute Figur.

Verglichen habe ich das mit dem Racal-Dana 1992 welches bei 1 Sek 
Torzeit ebenfalls 10 Stellen anzeigt.

Es waren keine eklatante Unterschiede feststellbar.

Insbesonders bei höheren Frequenzen steht die Anzeige auch auf der 10ten 
Stelle stabil.

Bei niedrigeren Frequenzen tritt dann irgendwann das allgemeine 
Jitterproblem zunehmend in Erscheinung. Selbst bei rechteckförmigen 
Signalen muss man bei Frequenzen unter 100KHz allmählich Einschränkungen 
in der Anzahl der Stellen hinnehmen. Vermutlich ist der Komperator da zu 
langsam.

Ich habe auch Versuche mit der getriggerten Darstellung gemacht. Das 
funktioniert auch erstaunlich gut.

Was mir aufgefallen ist. In der getriggerten Darstellung erscheinen 
öfters statt den GHz irgendwelche Hyrokliefen in der Anzeige.
Aber das sind Schönheitsfehler die sich sicherlich auch noch beseitigen 
lassen.

Das Teil geht ohne Vorteiler bis ca 80MHz. Der Vorteiler geht bei 1Veff 
Eingangsspannung bis etwa 1400MHz.

Da der Teilerfaktor sich eingeben lässt könnte man auch ein upb1505 
verwenden, den durch 64 teilen lassen, der zählt locker bis 4 GHz.

Als Referenzfrequenz hatte ich das GPs Frequenznormal von SDR Kits 
genommen. Das ist ausreichend stabil.

Verbesserungsvorschläge gibt es natürlich immer welche.

Michael vielleicht telefonieren wir die Tage mal miteinander.

Ralph Berres

von Mi N. (msx)


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Könnte vielleicht ein Moderator diesen Beitrag (mit Ausnahme des 
ursprünglichen Angebotes) an diesen Beitrag mit einer kurzen Notiz 
anhängen?
Beitrag "DIY Frequency Counter mit 10 bis 12 Digits?"

Da kann dann auch mit nicht angemeldeten Benutzern weiter diskutiert 
werden. In das Forum "Markt" gehört das ja sicherlich nicht mehr hin.

von Mi N. (msx)


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Hallo Ralph,

Deine Testergebnisse freuen mich sehr!
Kannst Du vielleicht die Meßwerte bei tieferen Eingangsfrequenzen 
aufzeichnen? Dann kann ich das besser nachvollziehen und einordnen. Ob 
der Komparator Jitter 'einbaut' werde ich noch einmal prüfen, indem ich 
eine höherfrequente Quelle mit einem Binäteiler herunterteile und das 
Ergebnis ansehe. Für mich ist wichtig, daß kein systematischer Fehler 
vorliegt.
Im Grunde gefällt mir z.B. ein MAX961 besser als ein TLV3501. Dort kann 
man die Hysterese wegen getrennter Q- und /Q-Ausgänge separat und 
deutlich kleiner einstellen. Andererseits ist der Eingang recht 
niederohmig.

Wenn bei der Einzeltriggerung 'Sonderzeichen' angezeigt werden, wie 
sieht die Ausgabe über RS232 aus? Davon hängt ab, ob die Wandlung nach 
ASCII Probleme macht oder die Ausgabe auf's LCD. Je öfter die Störungen 
auftreten, desto schneller kann man sie beheben ;-)

Glücklicherweise haben sich die Anbieter dieser GHz-Vorteiler auf ein 
einheitliches Pinout geeinigt, sodaß man auch einen anderen Typen 
bestücken könnte - sofern er überhaupt noch angeboten wird. Den UPB1505 
finde ich bei den üblichen Verdächtigen nicht im Angebot. Du wirst 
vermutlich noch Bestände aus früheren Jahrzehnten haben. Der MC12080 ist 
noch problemlos zu beschaffen und funktioniert im praktischen Gebrauch 
bis hinab zu 10 MHz Eingangssignal. Die einzige GHz-Frequenz, die ich 
selbst bislang gemessen habe, waren 1,1 GHz, welche von der 
selbstschwingenden Eingangsstufe des MC12080 erzeugt werden können ;-)

Damit nachvollziehbar wird, was es mit dem Vorteiler auf sich hat, hier 
ein Link auf die aktuelle Beschreibung: 
http://mino-elektronik.de/download/FMeter-407-TDC.pdf

> Verbesserungsvorschläge gibt es natürlich immer welche.

Immer gerne! Sonst schwimmt man ja nur in der eigenen Suppe.

von Ralph B. (rberres)


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Mi N. schrieb:
> Kannst Du vielleicht die Meßwerte bei tieferen Eingangsfrequenzen
> aufzeichnen? Dann kann ich das besser nachvollziehen und einordnen.

Hallo Michael

Ich kann punktuell Messwerte aufschreiben und mit dem Racal vergleichen.

Mit so ein schönes Grafisches Diagramm wie branadic kann ich zur zeit 
nicht dienen, da mein Messgeräterechner defekt ist.

Ich hatte gestern sowohl mit dem SML03 ( ist ein R&S Signalgenerator bis 
3,3GHz ) als auch mit meinen Funktionsgenerator HP33120 Signale 
gemessen.
Beide hängen am selben GPS Frequenznormal wie dein Frequenzzähler,und 
mein Racal-dana 1992.

und hatte dann verschieden Frequenzen ( ohne Vorteiler bis 80 MHz )
draufgegeben und die Frequenz bei beiden Zählern abgelesen.

Die Frequenz hatte ich dabei um 0,5 Hz höher eingestellt als die glatte 
Frequenz. Das ganze hatte ich mit dem SML hinunter bis 100KHz gemacht, 
und mit dem HP von 10Hz bis 10MHz bei dem HP sowohl mit Sinus als auch 
mit Rechteckform.

Raus kamen die selben Probleme , welche ich auch bei dem messen mit dem 
Racal-Dana-1992 habe. Unabhängig von der Frequenz gab es Schwankungen im 
unteren Milihertzbereich. Bei Sinus weit mehr als bei Rechtecksignalen.

Ich werde das heute Mittag noch mal dokumentieren und zu Papier bringen.

Meines Erachtens gibt es zwei Ursachen dafür.

1. Der Jitter der Generatoren ( DDS ist auch nicht jitterfrei )

2 Jitter in dem Komperator und den Toren des Zählers. Bei 
10Stellen/Sekunde  müsste der gesamte Jitter von Komperator und den 
Toren kleiner als  100pS  sein, wenn es nicht in Erscheinung treten 
soll. Das ist dann schon wieder ECL Technik.

Was jetzt die genaue Ursache ist kann ich nicht auseinanderhalten, denn 
dazu würde ich einen nachweislich jitterfreien Generator benötigen.

Ich rufe dich heute Nachmittag mal an.

Ach ja per RS232 Schnittstelle auslesen kann ich leider nicht. nur per 
IEC-Bus. Aber mein Rechner ist zur Zeit leider defekt.

Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
Beitrag #5287073 wurde vom Autor gelöscht.
von m.n. (Gast)


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Ralph B. schrieb:
> Ich rufe dich heute Nachmittag mal an.

Hallo Ralph,
das ist gut.

Mit einem DDS-Generator würde ich auch Probleme erwarten. Da ist Jitter 
meines Erachtens vorprogrammiert. Das direkte Rechtecksignal der 
DDS-Chips hat ja immer Jitter, sodaß man immer vom erzeugen Sinussignal 
ausgehen muß, um daraus ein Rechtecksignal zu erzeugen - egal, ob ein 
geräteinterner oder externer Komparator verwendet wird.
Je niedriger die Frequenz ist, desto langsamer ist der Nulldurchgang und 
desto schwieriger wird es für einen Komparator, rausch- und jitterfrei 
zu arbeiten. Bei höheren Frequenzen ist der Nulldurchgang viel kürzer, 
sodaß für Jitter 'keine Zeit bleibt'.
Hinzu kommt, daß bei einer hohen Auflösung jede kleine Abweichung 
sichtbar wird.
Daher meine Idee, tiefere Frequenzen mit einem Binärteiler zu erzeugen.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Ich bin mit Michaels Zähler auch weiter gekommen und hab mal ein paar 
meiner OCXO gegeneinander gemessen. Einer auf F1 und der andere als 
Referenz. Kann also nur bestätigen das die 10 Stellen stabil sind.

Im ersten Bild wurde ein OCXO mit einem 2. verglichen, einer am F1 und 
der andere am Ref Eingang des Zählers.
Die Temperaturdrift liegt wahrscheinlich an einem OCXO oder an beiden 
...

Im zweiten Bild wird ein OCXO mit sich selbst verglichen.

Und im dritten Bild sieht man die "Wellerlinien" ;-)
Das sind Störungen die ein Weller Magnastat in 1,5m Entfernung in das 
System einkoppelt wenn man vergisst ihn auszuschalten. Aufbau wie Bild 
1.

Bei allen Bildern: 5000 Samples, Messzeit 1 sec, 12 Stellen Ausgabe.

von Mi N. (msx)


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@Hans-Georg
Danke auch für Deine Meßkurven! Für mich ist es wichtig zu sehen, daß 
die Meßergebnisse reproduzierbar sind und die Schaltung nicht nur bei 
mir auf dem Tisch funktioniert.

Die 1. Kurve mit 2 x OCXO zeigt, daß trotz hoher Konstanz auch diese 
Teile ihre Grenzen haben. Wenn Du ein 1pps-Signal zur Verfügung hast, 
könntest Du den OCXO (an Fref) stabilisieren und anhand des 
nachgeführten Offsets sehen, wie dieser im Laufe der Zeit wandert. Auch 
der andere OCXO (an Eingang F1) wird im Laufe der Tage kontinuierlich 
seine Frequenz in eine Richtung verändern. Daß Quarze altern ist 
bekannt, aber erst mit hoher Auflösung kann man diese Alterung sehen und 
bewerten.

Die 2. Kurve zeigt letztlich das Rauschen des TDC7200. Im Prinzip kann 
die Schaltung einige zig-tausend Messungen/s machen, weshalb ich 
zwischenzeitlich probiert hatte, das Rauschen per Regressionsberechnung 
bei zunächst 1000 Messungen/s zu kompensieren. Das Ergebnis war mir 
allerdings zu mager, sodaß ich es zurückgestellt habe. Verwendet hatte 
ich ein Berechnungsverfahren lt. "Lothar Sachs, Angewandte Statistik, 6. 
Auflage S. 316ff". Vielleicht hat jemand eine C-Funktion zur Hand, mit 
der ich einen weiteren Versuch starten könnte.

Bei der 3. Kurve sieht man sehr gut, wie zu den nominellen 10e7 
Schwingungen exakt eine oder zwei dazukommen. Gerne hätte ich noch 
JBC-Linien gemessen, die aber scheinbar nicht nachweisbar sind ;-)

Natürlich ist der Reiz groß, die Auflösung weiter hoch zu treiben. Ob 
sich daraus noch ein praktischer Nutzen ergibt, ist aber auch fraglich.
Hin und wieder liest man hier Sprüche wie "12 Stellen sind Stand der 
Technik". Wenn man sich jedoch näher mit der Materie befaßt, merkt man 
schnell, daß es sich um dumme Sprüche handelt.
Der allererste, obige Kommentar ist sehr treffend:

Georg G. schrieb:
> Was schwebt dir da als Frequenznormal vor? Rubidium? An GPS angebunden?
> 10 bis 12 Digits, die auch noch Bezug zur Realität haben, ist schon
> sportlich.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Mi N. schrieb:
> Die 2. Kurve zeigt letztlich das Rauschen des TDC7200. Im Prinzip kann
> die Schaltung einige zig-tausend Messungen/s machen, weshalb ich
> zwischenzeitlich probiert hatte, das Rauschen per Regressionsberechnung
> bei zunächst 1000 Messungen/s zu kompensieren. Das Ergebnis war mir
> allerdings zu mager, sodaß ich es zurückgestellt habe. Verwendet hatte
> ich ein Berechnungsverfahren lt. "Lothar Sachs, Angewandte Statistik, 6.
> Auflage S. 316ff". Vielleicht hat jemand eine C-Funktion zur Hand, mit
> der ich einen weiteren Versuch starten könnte.
>

Wenn ich mit Excel eine lineare Regression mache sieht es nicht schlecht
aus ...

: Bearbeitet durch User
von Mi N. (msx)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Wenn ich mit Excel eine lineare Regression mache sieht es nicht schlecht
> aus ...

Aber ist das Ergebnis denn auch besser, als einfach den Mittelwert zu 
bilden?
Vielleicht hatte ich mich etwas unklar ausgedrückt. Ich hatte µC-intern 
1000 Messungen mit je 1 ms Meßdauer gemacht und daraus die 
Regressionsgerade ermittelt. Dieses Ergebnis war eigentlich identisch 
mit dem Mittelwert der 1000 Einzelmessungen oder eben auch einer 
einzigen Messung über 1 s.

Aber vielleicht sollte ich das auch noch einmal derart probieren, daß 
für beispielsweise 100 s alle 1 ms ein Ergebnis aufgezeichnet wird und 
dann über nacheinanderfolgende Blöcke aus 1000 Einzelwerten jeweils im 
Sekundenabstand die Regression berechnet wird. Auf dem PC dürfte es 
einfacher sein, als alles gleich in Echtzeit auf dem µC zu 
implementieren.

von Ralph B. (rberres)


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Ich bin eigentlich der Meinung das man sich mit einer Auflösung von 
10exp-10/sek mehr als zufrieden geben sollte. Das hat Michael mit seinen 
Projekt erreicht und gut ist es.

Denn wer hat schon eine verlässliche Referenzfrquenz, welche diese 
Stabilität  mit sich bringt. Rubidium vieleicht, aber den muss man auch 
regelmäßig kalibrieren, wenn man in diese Größenordnung vordringen will.

Wer von uns schickt schon sein Rubidiumnormal regelmäßig zur 
Kalibrierung zum PTB?

GPS wird verlässlich 10exp-9 erreichen. 10exp-10 wird es schon sehr 
fraglich.

Bleibt nur noch Cäsiumfrequenznormal.
Aber jeder von uns hat sicherlich solch ein Primärnormal in seiner 
Bastelstube stehen.

Mal abgesehen von den recht hohen Anschaffungskosten ( auch gebarucht 
für ein 30 Jahre altes Gerät ) kommen da auch Folgekosten, weil das 
Cäsium im Strahlrohr irgendwann mal aufgebraucht ist.

Also man sollte mal auf dem Teppich bleiben.

Ralph Berres

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Ralph B. schrieb:
> Ich bin eigentlich der Meinung das man sich mit einer Auflösung von
> 10exp-10/sek mehr als zufrieden geben sollte. Das hat Michael mit seinen
> Projekt erreicht und gut ist es.
>

Eine verlässliche Single Shot Auflösung von 10e-10 bei einer Messzeit 
von 1s ist Super und völlig ausreichend !!! Vor allen Dingen nicht so 
ein lautes, stromfressendes Ding wie mein alter HP5345A aus dem letzten 
Jahrhundert.

Es ist ja auch keine Kritik von mir an Michaels Zähler.
Alle mir bekannten Zähler mit höherer Auflösung machen das über 
Statistik und/oder über längere Messzeiten und Mittelung.

> GPS wird verlässlich 10exp-9 erreichen. 10exp-10 wird es schon sehr
> fraglich.

NIST bietet einen Remote Calibration Servie an und die GPS Kiste die 
lokal beim Kunden steht soll gemittelt über 24 Stunden eine 
Frequenzgenauigkeit von 10e-13 haben. Nach der Beschreibung sitzt darin 
ein (analoger?)TDC mit 30ps Auflösung.
https://tf.nist.gov/general/pdf/2170.pdf

Wenn das die machbare Grenze ist, ist da noch etwas Luft zu 10e-9 ;-)


> Bleibt nur noch Cäsiumfrequenznormal.
> Aber jeder von uns hat sicherlich solch ein Primärnormal in seiner
> Bastelstube stehen.
>
> Mal abgesehen von den recht hohen Anschaffungskosten ( auch gebarucht
> für ein 30 Jahre altes Gerät ) kommen da auch Folgekosten, weil das
> Cäsium im Strahlrohr irgendwann mal aufgebraucht ist.

Die "Taschenversion" wird hier angeoten 
https://www.microsemi.com/product-directory/clocks-frequency-references/3824-chip-scale-atomic-clock-csac

Und irgendwann hatte ich mal was von 2500$ als Preis gelesen.

von Ralph B. (rberres)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Alle mir bekannten Zähler mit höherer Auflösung machen das über
> Statistik und/oder über längere Messzeiten und Mittelung.

Nicht alle

Phillips hat ein Zähler, dessen Referenzoszillator mit 500MHz schwingt.

Die benötigen nur relativ wenig Statistik, um 9 Stellen/Sek zu 
erreichen.

Ralph Berres

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Ralph B. schrieb:
> Hans-Georg L. schrieb:
>> Alle mir bekannten Zähler mit höherer Auflösung machen das über
>> Statistik und/oder über längere Messzeiten und Mittelung.
>
> Nicht alle
>
> Phillips hat ein Zähler, dessen Referenzoszillator mit 500MHz schwingt.
>
> Die benötigen nur relativ wenig Statistik, um 9 Stellen/Sek zu
> erreichen.
>

Ich meinte damit höhere Auflösungen wie 10 Stellen.
Mein HP5345A hat auch eine 500Mhz Referenz und die kann für Statistik 
sogar noch verrauscht werden. Davon ist man aber wieder weggegangen und 
spätere HP Zähler haben dann 200Mhz und Interplatoren. Und wenn man es 
genau nimmt taktet der Ringzähler im TDC7200 mit einer noch viel höheren 
Frequenz.

Bei denn Phillips Zählern muss man immer aufpassen auf welche Messzeit 
die sich beziehen. Die gebem mal gerne die Stellenzahl fettgedruckt und 
die Messzeit kleingedruckt an ;-)

von branadic (Gast)


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Hallo Michael,

du könntest die Möglichkeit verschiedene Filter zu aktivieren 
implementieren. Ich denke da an Moving Average/gleitender Mittelwert in 
verschiedenen Längen, Median-Filter (3 bis maximal 9) für starke 
kurzfristige Ausreißer, wie sie auch weiter oben schon gezeigt wurden. 
Das könnte die Performance noch einmal abhängig von der tatsächlichen 
Anwendung bei Endanwender erhöhen.
Das Limit an mathematischen Tricks lässt sich anhand der 
Allan-Abweichung festmachen. Es lohnt sich die Messdaten mal durch 
Stable32 durchzujagen:

https://ieee-uffc.org/frequency-control/frequency-control-software/stable32/

-branadic-

von Mi N. (msx)


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Hallo Brandic,

bei Gelegenheit werde ich noch einmal einen Anlauf machen, das Rauschen 
des TDC zu kompensieren und möglichst nur dieses. Derweil warte ich erst 
einmal ab, ob noch sinnvolle Änderungswünsche geäußert werden, um 
Schaltung und Programm abzurunden. Der µC hat ja noch viel RAM und 
Rechenleistung übrig.

Ralph B. schrieb:
> Also man sollte mal auf dem Teppich bleiben.

Wird gemacht ;-)

: Bearbeitet durch User
von Mi N. (msx)


Angehängte Dateien:

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Ralph B. schrieb:
> Bei niedrigeren Frequenzen tritt dann irgendwann das allgemeine
> Jitterproblem zunehmend in Erscheinung. Selbst bei rechteckförmigen
> Signalen muss man bei Frequenzen unter 100KHz allmählich Einschränkungen
> in der Anzahl der Stellen hinnehmen. Vermutlich ist der Komperator da zu
> langsam.

Hallo Ralph,

um das Verhalten bei tieferen Frequenzen zu sehen, habe ich ein 1 Hz 
GPS-Signal an F1 angelegt (EM406A Modul). Als Referenz dient der interne 
10 MHz TCXO.
Im Anhang ist eine Aufzeichnung von 138 Einzelwerten, die mit leichtem 
Rauschen/Drift im Mittel die Werte ...03 zeigt. Abweichend dazu 
erscheinen einzelne Werte mit rund ...63, die den Jitter des 1 
pps-Signals zeigen.
Eingangsstufe und Komparator arbeiten demnach stabil. Ich denke daher, 
daß die Qualität eines DDS-Signals bei niedrigen Frequenzen einfach 
abnimmt.

von Ralph B. (rberres)


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womit kann ich die Datei im Anhang öffnen?

Ralph Berres

von Sven D. (Gast)


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Das ist eine simple Textdatei, einfach im Editor Deiner Wahl öffnen.

von Purzel H. (hacky)


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> um das Verhalten bei tieferen Frequenzen zu sehen, habe ich ein 1 Hz
GPS-Signal an F1 angelegt (EM406A Modul). Als Referenz dient der interne
10 MHz TCXO.

Allenfalls wuerde ein Histogramm mehr Sinn machen wie sinnlos vor sich 
hin zu filtern.
Und beim GPS sollte ein gerechneter Tiefpass 1. Ordnung mit einer 
Zeitkonstante von 1000 Sekunden den Jitter wegmachen.

von Hans-Georg L. (h-g-l)



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Ich habe noch ein paar Messungen gemacht und mir auch stable32 
heruntergeladen.

Der verwendete OCXO war 2cm dick isoliert, 30 Stunden eingelaufen und 
wurde gegen sich selbst vermessen.

Die ersten 2 Bilder sind 5000 Messungen, Messzeit 1 sec.
Die beiden anderen Bilder sind 5000 messungen, Messzeit 100ms.

von Roland (Gast)


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Hans-Georg L. schrieb:
> wurde gegen sich selbst vermessen.
Was heißt das genau?

Ich kenne nur die (hemdsärmlige) Methode, das man zwei gleiche 
Taktquellen hat und die gemessen Werte mit sqrt(2) multipliziert.
Man geht also davon aus, das jede Quelle den gleichen Fehler mitbringt.

Die korrekte Methode wäre wohl: Man nimmt drei (dürfen unterschiedlich 
gut sein) Quellen und misst jede gegen jede (drei Messungen).

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Roland schrieb:
> Hans-Georg L. schrieb:
>> wurde gegen sich selbst vermessen.
> Was heißt das genau?
>
> Ich kenne nur die (hemdsärmlige) Methode, das man zwei gleiche
> Taktquellen hat und die gemessen Werte mit sqrt(2) multipliziert.
> Man geht also davon aus, das jede Quelle den gleichen Fehler mitbringt.
>
> Die korrekte Methode wäre wohl: Man nimmt drei (dürfen unterschiedlich
> gut sein) Quellen und misst jede gegen jede (drei Messungen).

Das bedeutet das ich den gleichen Oszillator als Referenzfrequenz und 
als Eingangsfrequenz benutzt habe.

: Bearbeitet durch User
von gleichschenkliger Dünnwandtroll (Gast)


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> Das bedeutet das ich den gleichen Oszillator als Referenzfrequenz und
als Eingangsfrequenz benutzt habe.

Eine interessante Sache ... da scheint ein systematisches Problem 
vorzuliegen.. Bei 10^7 eigenen Counts wuerde ich erwarten, auch auf 10^7 
zu zaehlen. Allenfalls +1, oder -1, aber konstant.

Woher soll die Abweichung kommen ? Koennen wir mal ein Histogramm 
bekommen ? Ein Histogramm zeichnet  Haeufigkeit eines count Wertes gegen 
(counts-sollcounts)

von Genauigkeitsfanatiker (Gast)


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Man misst damit das Eigenrauschen des Messgeräts, das ist kein 
systematisches Problem.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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gleichschenkliger Dünnwandtroll schrieb:
>> Das bedeutet das ich den gleichen Oszillator als Referenzfrequenz und
> als Eingangsfrequenz benutzt habe.
>
> Eine interessante Sache ... da scheint ein systematisches Problem
> vorzuliegen.. Bei 10^7 eigenen Counts wuerde ich erwarten, auch auf 10^7
> zu zaehlen. Allenfalls +1, oder -1, aber konstant.
>
> Woher soll die Abweichung kommen ? Koennen wir mal ein Histogramm
> bekommen ? Ein Histogramm zeichnet  Haeufigkeit eines count Wertes gegen
> (counts-sollcounts)

Das liegt einfach daran das der Zähler einen gespeicherten fixen Offset 
zur Referenzfrequenz aber nicht zur Zählfrequenz rechnet. Habe jetzt mal 
den Offset mal auf 0 gestellt und dann passt es auch. Ändert aber nichts 
an den Schwankungen, die bleiben gleich.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Hier nochmal ohne Offset und mit Histogramm.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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gleichschenkliger Dünnwandtroll schrieb:
> Woher soll die Abweichung kommen ?

Einfach mal den Thread lesen? Dann nach "TDC" googlen?

Und vor allem: Nicht plenken!

von gleichschenkliger Dünnwandtroll (Gast)


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Der TDC sollte aber doch dort beginnen wo der Zaehler aufhoert. Also 
fuer die Kommastellen des Zaehlers.

von Ralph B. (rberres)


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Mi N. schrieb:
> Eingangsstufe und Komparator arbeiten demnach stabil. Ich denke daher,
> daß die Qualität eines DDS-Signals bei niedrigen Frequenzen einfach
> abnimmt.

mag sein, obwohl es bestimmte DDS Frequenzen gibt die Jitterarm sind.
Nämlich die Taktfrequenz / Speichertiefe.

In diesem Falle wird immmer exakt die gleichen Werte des Speicherinhalts 
abgefragt.

Hans-Georg L. schrieb:
> Der verwendete OCXO war 2cm dick isoliert, 30 Stunden eingelaufen und
> wurde gegen sich selbst vermessen.

Bei 10MHz hat man das Problem auch nicht. Da ist auch mein Racal-Zähler 
auf 10 Stellen stabil.

Das Problem tritt bei niedrigen Frequenzen und sinusförmigen Signal auf.

Und da wird es sehr wohl auch ein Problem des Komperators.

Aber das werde ich demnächst versuchen rauszufinden,  wenn ich den 
Max9601 habe.

Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
von gleichschenkliger Dünnwandtroll (Gast)


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Ah. Sorry, falsch geschaut. Wir sind ja innerhalb der Kommastellen, bei 
Subcounts. Der Span ist ein Hundertstel Count. Cool

von gleichschenkliger Dünnwandtroll (Gast)


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Ein DDS kann natuerlich nicht weniger Jitter haben wie der Clock am 
Eingang. Dann ist es ein Adresszaehler und eine Lookup Table. Der 
Adresszaehler bringt einen Carry Jitter. Wenn man die Stufen mit einem 
Tiefpass wegmacht, sollte eigentlich ein Jitter in der Region des Clocks 
plus Carry Jitter resultieren. Jedes Mal wenn der Adresszaehler exakt 
rundrum ist, hebt sich die Summe der Jitter auf.  Das Histogramm ist 
daher abhaengig von der Frequenz, bedeutet vom Increment. Und eher nicht 
gaussfoermig.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Ralph B. schrieb:
> Hans-Georg L. schrieb:
>> Der verwendete OCXO war 2cm dick isoliert, 30 Stunden eingelaufen und
>> wurde gegen sich selbst vermessen.
>
> Bei 10MHz hat man das Problem auch nicht. Da ist auch mein Racal-Zähler
> auf 10 Stellen stabil.
>

Schau dir doch mal die Diagramme an, da sind bei 1s Messzeit nur 9 
Stellen stabil und bei einer Messzeit von 100ms sind es nur 8 Stellen. 
Dein Racal hat ja auch nur eine 9 stellige Anzeige und die Diagramme 
haben 12 Stellen.

Ich habe noch einen weiteren Versuch mit Kältespray gemacht.

Die ersten grossen Zacken sind die Reaktion des Prozessors und der letze 
Zacken die Reaktion des TDC. Ich weiss nicht genau wie Michael rechnet 
aber ich habe so ein Gefühl wie wenn der Jitter der PLL im Prozessor 
irgendwie noch in die Suppe spukt...

von Ralph B. (rberres)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Dein Racal hat ja auch nur eine 9 stellige Anzeige

Ich kann aber die gesamte Anzeige um eine Stelle nach links schieben. 
Dadurch erreiche ich auch 10 Stellen.

Hans-Georg L. schrieb:
> Die ersten grossen Zacken sind die Reaktion des Prozessors und der letze
> Zacken die Reaktion des TDC. Ich weiss nicht genau wie Michael rechnet
> aber ich habe so ein Gefühl wie wenn der Jitter der PLL im Prozessor
> irgendwie noch in die Suppe spukt...

Ich bin auch noch Test am machen. Insbesonders bei niedirgen Frequenzen 
hat Michaels Zähler noch ein Problem.

Ralph

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Ralph B. schrieb:
>
> Ich kann aber die gesamte Anzeige um eine Stelle nach links schieben.
> Dadurch erreiche ich auch 10 Stellen.
>

Aber nicht mit 1s Messzeit, dazu müsste er 100ps Auflösung haben und die 
hat er nicht.



Und ob dir ein schnellerer Komparator bei langsamen flachen Flanken mehr 
hilft  .. ich würde es eher mit einem clippenden Verstärker probieren 
...

: Bearbeitet durch User
von Ralph B. (rberres)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Und ob dir ein schnellerer Komparator bei langsamen flachen Flanken mehr
> hilft

Das hngt natürlich auch stark davon ab wie sauber und jitterfrei der 
Sinus ist.

Hans-Georg L. schrieb:
> ich würde es eher mit einem clippenden Verstärker probieren

ob das die bessere Lösung ist?

Ralph Berres

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Ralph B. schrieb:
> Hans-Georg L. schrieb:
>> Und ob dir ein schnellerer Komparator bei langsamen flachen Flanken mehr
>> hilft
>
> Das hngt natürlich auch stark davon ab wie sauber und jitterfrei der
> Sinus ist.
>
> Hans-Georg L. schrieb:
>> ich würde es eher mit einem clippenden Verstärker probieren
>
> ob das die bessere Lösung ist?
>
> Ralph Berres

Wenn er nur das Rauschen verstärkt oder noch zusätzliches hinzufügt dann 
nicht ;-)

von gleichschenkliger Dünnwandtroll (Gast)


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Clippende Verstaerker .. ECL Line receiver, die haben vielleicht 25dB 
gain, je. Wenn man davon 2 Stueck in Serie nimmt...

von Mi N. (msx)


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Ralph B. schrieb:
> Ich bin auch noch Test am machen. Insbesonders bei niedirgen Frequenzen
> hat Michaels Zähler noch ein Problem.

Dieser Sache mußte ich natürlich noch einmal nachgehen ;-)
Um möglichst alle Störquellen auszuschließen, habe ich den 10 MHz 
TCXO-Takt für einen ATmega328 genommen und damit ein rechteckiges 1 Hz 
Signal erzeugt. Jitter und Drift sollten daher ausgeschlossen sein.
Die aufgezeichneten Meßwerte über rund 2,5 Minuten sind im Anhang. Diese 
schwanken zwischen mHz und Hz Bereich, wobei der mHz-Bereich die höchste 
Auflöung hat und mit ...93 das kleinste Ergebnis zu sehen ist.
Letztlich sieht man wiederum das (leider unvermeidliche) Rauschen des 
TDC.

Bei sinusförmigen Eingangssignalen kann natürlich auch noch Jitter vom 
Komparator hinzukommen. Es war jedoch nie ein Ziel, bei dieser kleinen 
Schaltung eine perfekte Eingangsstufe für jede Signalform umzusetzen. Je 
nach Anwendung muß dies ext. ergänzt werden.

Zwischenzeitlich hatte ich noch weitere Versuche unternommen, das 
Rauschen des TDC zu verringern. Vielleicht ergibt sich ein positiver 
Effekt, wenn man >= 10000 Meßpunkte auswertet. Das bedeutet auf der 
anderen Seite aber auch, daß die Meßfrequenz >= 10 kHz liegen muß, um 
diese Meßpunkte binnen einer Sekunde 'einzusammeln'. Bei tiefen 
Frequenzen, wie hier zum Beispiel 1 Hz, bringt die Statistik mangels 
Datenpunkten garnichts.
Vielleicht hat jemand Erfahrungswerte, was die Geräte meiner 
"Mitbewerber" an Auflösung/Genauigkeit/Rauschen bei niedrigen Frequenzen 
so leisten.

Zur Rauschunterdrückung habe ich zu obigen Bedingungen die Meßzeit auf 3 
s eingestellt. Mit etwas höherer Meßdauer sehen die Werte gleich 
deutlich besser aus. Letztlich kann man dieses Verhalten auch den Kurven 
von Hans-Georg (Allan-Varianz, siehe oben) entnehmen.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Mi N. schrieb:
>
> Letztlich sieht man wiederum das (leider unvermeidliche) Rauschen des
> TDC.

Ich denke die hohen Spitzen kommen von der endlichen Auflösung des TDC 
und mit dem Digitalisierungsfehler sind das +/-55ps..

Die höhere Auflösung von John Ackerman's TAPR TIC counter kommt daher, 
das er die beiden Eingangsfrequenzen von 10Mhz auf 1Hz herunter teilt 
und dann die Phasenverschiebung der 1 Hz Signale misst. Ein ganz anderes 
Messprinzip.

Ich habe bei TI Samples bestellt und werde dann einige Versuche mit den 
Rohdaten durchführen. Bei Michaels Zähler habe ich leider vorhin die 
Eingangsstufe gekillt :-(.

von Ralph B. (rberres)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Bei Michaels Zähler habe ich leider vorhin die
> Eingangsstufe gekillt :-(.

Da wird er sich aber freuen:-(

Ich werde wohl erst am Wochenende wieder dazu kommen was zu machen.

Dann werde ich wohl hoffentlich meine RS232 Schnittstelle wieder zum 
laufen bekommen.

Ralph Berres

von m.n. (Gast)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Die höhere Auflösung von John Ackerman's TAPR TIC counter kommt daher,
> das er die beiden Eingangsfrequenzen von 10Mhz auf 1Hz herunter teilt
> und dann die Phasenverschiebung der 1 Hz Signale misst. Ein ganz anderes
> Messprinzip.

Bei entsprechend hohen Frequenzen ist das ja auch machbar. Mir geht es 
aber auch immer um niedrige Frequenzen und da helfen keine Tricks, außer 
zu warten.

> Bei Michaels Zähler habe ich leider vorhin die
> Eingangsstufe gekillt :-(.

Schick ihn mir zu, dann flicke ich ihn. Hauptsache der µC lebt noch.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Man könnte den TDC kräftig abkühlen. Eventuell wird dann das Rauschen 
besser.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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m.n. schrieb:
> Hans-Georg L. schrieb:
>
> Schick ihn mir zu, dann flicke ich ihn. Hauptsache der µC lebt noch.

Danke für dein Angebot aber es sieht so aus wie wenn nur der Komparator 
nicht mehr will. Der µC bekommt kein Eingangssignal und wartet darauf um 
die Messung zu starten. Werde mir TLV3501 besorgen und selber 
austauschen.

Ich verstehe es zwar auch nicht ... ich hatte über ein T-Stück den 
Oszillator auf Fref und auf F1 dabei ist mir leider passiert, das ich 
bei F1 Masse und Signal verwechselt habe und dann ging nichts mehr.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Abdul K. schrieb:
> Man könnte den TDC kräftig abkühlen. Eventuell wird dann das Rauschen
> besser.

Naja, es geht dabei darum noch ein wenig mehr aus dem TDC 
herauszukitzeln und da ist eine aufwendige Kühlung nach meiner Meinung 
total oversized.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Man könnte zumindest schauen ob das ein wichtiger Punkt ist oder das 
Rauschen woanders herrührt.

von Mi N. (msx)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Werde mir TLV3501 besorgen und selber
> austauschen.

Gut, das sollte kein Problem sein. Als Zwischenlösung könntest Du auch 
die Eingangsbuchse von F2 verwenden und das Signal hinter dem Inverter 
Pin4 IC13 abgreifen und an Pin1 IC7 legen. Das Eingangssignal sollte 
dann allerdings CMOS-Pegel aufweisen.

Abdul K. schrieb:
> Man könnte zumindest schauen ob das ein wichtiger Punkt ist oder das
> Rauschen woanders herrührt.

Weiter oben ist ja ein Histogramm aus dem Datenblatt abgebildet 
Beitrag "Re: DIY Frequency Counter mit 10 bis 12 Digits?" und unter diesen 
Werten zu bleiben, ist wohl aussichtslos.
Als Option könnte man bei der Schaltung die 3 x D-FF durch schnellere 
Typen ersetzen. Ralph würde sicherlich ECL-Bausteine vorschlagen ;-) Ich 
weiß aber nicht, ob es genauso schnelle Pegelkonverter ECL -> CMOS gibt, 
damit da kein Rauschen durch zu langsame Flanken eingespielt wird, wenn 
die Signale am TDC ankommen.

Aktuell habe ich noch meine erste Schaltung mit TFT-Anzeige mit dem 1 Hz 
Eingangssignal (wie gestern beschrieben) untersucht. Dort ist kein 
TLV3501 vorhanden, sondern nur ein Inverter, um das D-FF mit möglichst 
steilen Flanken anzusteuern. Es zeigen sich die gleichen Schwankungen 
wie zuvor, was mir sagt, daß der Komparator ordentlich arbeitet und das 
Signal aus dem ATmega zu unsauber ist. Eigentlich sollte das auch nicht 
verwundern ;-)

Bei meiner ersten Schaltung hatte ich der Synchronisierlogik noch einen 
eigenen Spannungsregler spendiert und testweise die +Versorgung des 
TDC7200 per LC entkoppelt. Das hat alles nichts gebracht. Um 
Taktprobleme zu vermeiden, hatte ich von Anfang an die Schaltungen so 
aufgebaut, daß µC, Synchronisierung und STM alle synchron zum 10 MHz 
Takt arbeiten. Somit wird auch hier kein Rauschen durch wandernde 
Phasenverschiebung hinzukommen.

Für mich ist es sehr fraglich, den Schaltungsaufwand in die Höhe zu 
treiben, da ein Nutzen keineswegs garantiert ist. Alternativ könnte man 
TDCs anderer Hersteller testen, oder abwarten, ob TI eines Tages 
verbesserte Versionen anbieten kann.

von Ralph B. (rberres)


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Mein Vorschlag wäre MAX9601 als Komperator

D-Flip-Flops würde MC10EL32 oder MC100EL32 ( Gibt es auch bei Ebay )

Und als Gatter MC10EL05 wenn man das schon neu konstruieren will.

Als Pegelkonverter hinter dem letzten Teiler kommt bei mir ein 
MC100ELT21 zum Einsatz. Der ist auch schon ganz schön schnell.

Das mit dem Komperator werde ich als erstes ausprobieren sobald ich die 
Leiterplatten habe. ( Die Komponenten sind mittlerweile angekommen ).

Aber wartet doch erst mal ab ob bei mir der Max9601 bei mir was bringt.

Und ob mein ECL Zähler hinterher wirklich besser geht, ist ja auch noch 
nicht erwiesen.

Vielleicht wird mein Projekt ja auch unter ( Erfahrung gesammelt bringt 
leider nichts ) abgelegt.

Es ist ja einfach ein Versuch.

Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Abdul K. schrieb:
> Man könnte zumindest schauen ob das ein wichtiger Punkt ist oder das
> Rauschen woanders herrührt.

Wenn ich mir im meinem Kältespraytest die entsprechenden Daten 
herauspicke
kann ich zwar sehen das die Schwankungen vor maximalen Wirkung des 
Kältespays ruhiger sind aber das schon lange bevor ich gesprüht habe ...
Die beruhigte Phase ist 20s lang und ich habe max 3 bis 4s gesprüht.

Michaels Zähler kann 10Mhz sauber auf 9 Stellen mit einer Messzeit von 
1s  auflösen das sind 1ppb oder 1ns Auflösung oder 1Ghz 
Referenzfrequenz.
Das ist genau so gut wie mein HP5345a oder Ralphs Racal. Und wenn ich 
wirklich mal im Leben die 10 Stellen brauche mittle ich über 10s.


ps. In meinen Punkte-Diagrammen sieht man das die Auflösung >= 10 
kleiner ist als < 10. Das liegt einfach daran das Michael die 
Gesamtstellenzahl rechnet und nicht die Nachkommastellen.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Unverständlich. Wieso sollte Wirkung vor Ursache sein? Hast du mit der 
Metalldose vielleicht die Schaltung unabsichtlich teils 
elektromagnetisch abgeschirmt? Hm. Warum nicht die ganze Anordnung in 
eine Pappkiste und die in einen Metallschrank. Kühltruhe bietet sich 
hier an, wenn gleich auch nicht wegen der Kälte.

Aber ja, praktisch wird man das Ergebnis nie brauchen. Es macht halt 
Spaß gegen die Entropie draußen und im eigenen Kopf anzukämpfen...

Batterieversorgung wäre auch noch ne Idee.

Der Atmel wird mit ziemlicher Sicherheit ne interne PLL mit äußerst 
schlechtem Phasenrauschen haben. So eine Art Schaltung war ja für den 
von Atmel nie vorgesehen.

Es ist ein langwieriger Kampf die allerbestens geeigneten Bauelemente zu 
finden und dann werden sie alsbald abgekündigt...

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Abdul K. schrieb:
> Unverständlich. Wieso sollte Wirkung vor Ursache sein? Hast du mit der
> Metalldose vielleicht die Schaltung unabsichtlich teils
> elektromagnetisch abgeschirmt? Hm. Warum nicht die ganze Anordnung in
> eine Pappkiste und die in einen Metallschrank. Kühltruhe bietet sich
> hier an, wenn gleich auch nicht wegen der Kälte.
Da meine Sprühdose leider keinen Triggerausgang hat, kann ich nur 
vermuten das die negative Spitze die Wirkung war ...
Kühlschrank hätte nicht funktionert weil es mir darum ging den µc und 
den TDC getrennt zu kühlen.

> Der Atmel wird mit ziemlicher Sicherheit ne interne PLL mit äußerst
> schlechtem Phasenrauschen haben. So eine Art Schaltung war ja für den
> von Atmel nie vorgesehen.

Welcher Atmel ? Im Zähler von Michael werkelt ein STM32F427 und dessen 
PLL ist mit 100ps Rauschen spezifiziert. Die Start Stop Signale für den 
TDC werden über externe Hardware generiert und nicht vom µc.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Aha. 100ps ist recht gut.

von Mi N. (msx)


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Hans-Georg L. schrieb:
> ps. In meinen Punkte-Diagrammen sieht man das die Auflösung >= 10
> kleiner ist als < 10. Das liegt einfach daran das Michael die
> Gesamtstellenzahl rechnet und nicht die Nachkommastellen.

Ich denke, man muß die gültigen Stellen zählen.
Alternativ habe ich eine 10 MHz Meßreihe auf 1.0 normiert und mit 10 
Nachkommastellen dargestellt.
Für mich ist das Ergebnis 10-stellig mit +/-1 der letzten Stelle.

von Roland (Gast)


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Hast Du mal ein Histogramm aus Deinen Daten gemacht, mino?

von Mi N. (msx)


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Jetzt ja, auf 1.0 normiert. Die Rohdaten über rund 5500 Sekunden hänge 
ich auch noch an.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Die Diagramme zeigen einen Offset in den Daten. Entweder da wurde falsch 
gerundet oder es kommt von einem numerischen Überlauf mangels 
Stellenanzahl der Variablen.

von branadic (Gast)


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Abdul K. schrieb:
> Die Diagramme zeigen einen Offset in den Daten. Entweder da wurde falsch
> gerundet oder es kommt von einem numerischen Überlauf mangels
> Stellenanzahl der Variablen.

Nicht nur das, die Schrittweite sieht auch etwas merkwürdig aus. 
Oberhalb von 10MHz gröber als unterhalb von 10MHz.

-branadic-

von Ralph B. (rberres)


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Bei 10 MHz 13mhz abweichung. Das entspricht etwas ungenauer als 10exp-10 
Also 1,3*10exp-10

was wollt ihr eigentlich noch?


bleibt mal auf dem Teppich.

Für den Aufwand ist das doch vollkommen OK.

Das einzige was ich mir noch wünsche, das man das auch bei 10Hz 
erreichen würde.

Aber da bin ich mir immer noch nicht sicher woran es liegt, das ich bei 
dieser Frequenz die Unsicherheit nicht erreiche.

Heute Habe ich die Leiterplatten bekommen.

Eventuell baue ich nachher mal einen neuen Komperator auf.

Ralph

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Bei 10Hz haut halt das typische Rauschspektrum der Halbleiter rein. Man 
wird diverse Komparatoren ausprobieren müssen oder die passende 
wissenschaftliche Veröffentlichung finden wollen. Gibt bestimmt eine.

von Mi N. (msx)


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branadic schrieb:
> Nicht nur das, die Schrittweite sieht auch etwas merkwürdig aus.

Die Daten sind 12-stellig gerundet ausgegeben worden. Das bedingt, daß 
die 12. Stelle ganzzahlige Schritte bekommt, was man an Deiner sauber 
skalierten Grafik bestens erkennen kann ;-)
Den gleichen Effekt könnte man auch an den 9.9999999999 Werten erkennen, 
wenn man diese auch 12-stellig darstellen würde. Hätte ich mein obiges 
Histogramm besser skaliert, würde man auch dort die Linien der Rundung 
im 10er Abstand deutlich erkennen.

Ralph B. schrieb:
> Bei 10 MHz 13mhz abweichung. Das entspricht etwas ungenauer als 10exp-10
> Also 1,3*10exp-10

Woran erkennt man die 13 mHz Abweichung? Der Mittelwert über alle Werte 
der Rohdaten ergibt bei mir exakt 10.


In der Hoffnung, wohl möglichst die ursprünglichen, internen Daten zur 
Be-/Auswertung verwenden zu können, wurde hier mit den maximal 
12-stelligen Werten 'gearbeitet', die der Zähler (auch bei 1 s Meßzeit) 
ausgeben kann. Auf die Plausibilität wurde dabei nicht mehr geachtet.
Bei 1 s Meßzeit haben alle hier betrachteten Werte bestenfalls eine 
TDC-bedingte Auflösung von rund 5.5E-11. Das bedeutet, daß alle 
Ergebnisse nur mit 10 gültigen Stellen bewertet werden dürfen.
Bewertet man die Rohdaten unter diesem Gesichtspunkt, erhält man:

           interner Wert    angezeigter Wert
Maximum    10.000000001       10.00000000
Mittelwert 10.000000000       10.00000000
Minimum     9.999999999       9.999999999

von Ralph B. (rberres)


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Mi N. schrieb:
> Woran erkennt man die 13 mHz Abweichung? Der Mittelwert über alle Werte
> der Rohdaten ergibt bei mir exakt 10.

Ich habe nicht den Mittelwert betrachtet, sondern den Spitzenwert der 
Anzeige, wie es auch abzulesen ist.

Ralph

von Ralph B. (rberres)


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branadic schrieb:
> 10-MHz_12-stellig.png

Nachtrag

Ich habe mir branadigs Diagramm als Vorlage genommen.

Ralph

von Michal OK2HAZ (Gast)


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Hallo Freunde,
dieses Forum habe ich zu spät finden. Wir beschäftigen uns auch mit der 
Entwicklung eines Frequenzzähler mit einer Auflösung von 12 Stellen. Die 
Entwicklung geht weiter. Das Ergebnis der Unsicherheit :) Lassen Sie 
mich mit Ihnen unser Wissen teilen.

http://ok2haz.ok2kld.cz/ok2haz/2018/02/citac-s-gps-normalem-2-hw-zpracovani/

Michal OK2HAZ
Frantisek OK2JNJ

von Ralph B. (rberres)


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Naja ich kann es leider nicht ausdrucken.

Mein Drucker druckt nur blanke Seiten.

Was ich noch nicht so ganz kapiere ist das ein Geradeauszähler oder ein 
Reziprogzähler?

Ralph Berres

von Mi N. (msx)


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Ja, die Schaltung ist schwer zu lesen.

Es ist ein Geradeauszähler. Mit dem verwendeten ATXmega würde sich auch 
spielend ein reziproker Zähler aufbauen lassen, der bei tiefen und 
mittleren Frequenzen noch gute Auflösung bringen würde. Und auch viele, 
viele bunte Stellen, wenn man 1000 s warten möchte.

Im Prinzip müßte man dafür die Bauteile nur anders verschalten und hätte 
noch einige übrig ;-)

von Old P. (Gast)


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Nach viel Theorie, hier mal ein tatsächlich realisiertes Gerät ;-)
Ich hatte ja eine der Prototypplatinen gekauft.

In der "Kunstwerkegalerie" habe ich mehr dazu geschrieben ( 
Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2017)" ), 
hier nur ein paar Bilder.

Funktioniert ganz ordentlich, betreibe ihn aber "nur" mit 8-10 Stellen.
Das Monsterdisplay hatte ich noch liegen, die Helligkeit muss ich noch 
drosseln.

Old-Papa

von Ralph B. (rberres)


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Seit kurzem werkelt auch ein Zähler vom Michael Novak in meinen Swob5

Hintergrund ist. er erzeugt gleichzeitig die in meinen Swob5 gewünschten 
1KHz 10KHz 100KHz und 1MHz Frequenzmarken.

im Anhang die Dokumentation vom Michael

Old P. schrieb:
> Funktioniert ganz ordentlich, betreibe ihn aber "nur" mit 8-10 Stellen.
> Das Monsterdisplay hatte ich noch liegen, die Helligkeit muss ich noch
> drosseln.

Ich nehme an du hast den selben Counter.

Ralph Berres

von Old P. (Gast)


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Ralph B. schrieb:
> Seit kurzem werkelt auch ein Zähler vom Michael Novak in meinen Swob5
>
> Hintergrund ist. er erzeugt gleichzeitig die in meinen Swob5 gewünschten
> 1KHz 10KHz 100KHz und 1MHz Frequenzmarken.
> ....
> Ich nehme an du hast den selben Counter.
>
> Ralph Berres

Ja, nach MI(chael) NO(vak) ;-)

Old-Papa

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Old P. schrieb:
> Nach viel Theorie, hier mal ein tatsächlich realisiertes Gerät ;-)
> Ich hatte ja eine der Prototypplatinen gekauft.
>

Schön gemacht :-) Meiner fristet immer noch sein dasein als fliegender 
Aufbau und ich habe noch dazu auch noch den Eingangs Komparator gekillt.

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Ralph B. schrieb:
> Seit kurzem werkelt auch ein Zähler vom Michael Novak in meinen Swob5
>
Hallo Ralph
Hast du schon mal probiert mit deinem Rubidium oder OCXO als Eingang und 
als Referenz eine stehende 10 Stellen Anzeige zu bekommen ?

von Old P. (Gast)


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Hans-Georg L. schrieb:
>
> Hallo Ralph
> Hast du schon mal probiert mit deinem Rubidium oder OCXO als Eingang und
> als Referenz eine stehende 10 Stellen Anzeige zu bekommen ?

Bin zwar nicht Ralf, aber das habe ich natürlich auch mal gemacht, 
Anzeige steht.

Old-Papa

von Ralph B. (rberres)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Hallo Ralph
> Hast du schon mal probiert mit deinem Rubidium oder OCXO als Eingang und
> als Referenz eine stehende 10 Stellen Anzeige zu bekommen ?

Hallo Georg

Es hängt von der Eingangsfrequenz ab.

ein entsprechend stabiles 10MHZ Signal ( Rubidium oder GPS ) stehen bei 
mir tatsächlich alle 10 Stellen

Bei 1KHz nicht mehr. Das ist aber nicht dem Zählerprinzip anzulasten, 
sondern das ist ein Gemisch aus Jitter des Komperators ( der muss halt 
bei 10 Stellen  Anstiegssteilheiten im zweistelligen Picosekundenbereich 
haben ) und das Rauschen des Sinussignals, welches aus Amplituden und 
Phasenrauschen besteht.

In wieweit ein direkt zählender Geradeauszähler bis 2 GHz( also ohne 
Vorteiler ) hier von Vorteil ist, vermag ich augenblicklich noch nicht 
zu beurteilen.

Diese Versuche werde ich zur gegebener Zeit weiter verfolgen. Auch wird 
zur gegebener Zeit dann zwei dieser Geradeauszähler zu einen 
Reziprogzähler verheiratet.

Aber zunächst möchte ich mein Mammutprojekt Swob5 zu Ende führen. Da 
stehen noch ein paar Erweiterungen aus.

Michaels Zähler war momentan der einzige verfügbare Zähler welches 
ermöglicht während des Wobbeldurchlaufes Frequenzmarken bis 1 KHz runter 
zu erzeugen und an entsprechende Ports auszugeben. Bei Ablaufzeiten bis 
0,5Sek runter funktioniert das erstaunlich stabil.

Ralph Berres

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Ralph B. schrieb:
> Es hängt von der Eingangsfrequenz ab.
>
> ein entsprechend stabiles 10MHZ Signal ( Rubidium oder GPS ) stehen bei
> mir tatsächlich alle 10 Stellen

Sorry hatte das in falscher Erinnerung ich meinte die 12 Stellen.
10 Stellen bei 10Mhz waren auch bei mir immer stabil.

von M.N. (Gast)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Sorry hatte das in falscher Erinnerung ich meinte die 12 Stellen.
> 10 Stellen bei 10Mhz waren auch bei mir immer stabil.

Ausgehend von einer Auflösung von 100 ps (1e-10) bei der Zeitmessung muß 
man für ein 12-stelliges Ergebnis 1e12 * 1e-10 s = 100 s warten. Das 
erfordert das Meßprinzip!
Einfach ein bißchen mehr Geduld ;-)

von Old P. (Gast)


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So, ich habe jetzt auch noch bei 12 Stellen getestet.
Referenz über T-Stück und kurzen und exakt gleich langen Kabeln an 
Ref-Eingang und Eingang 1 (direkt, ohne Vorverstärker)
Referenz 10MHz vom GPS-Normal, TTL (läuft seit gut 10 Monaten nonstop)
Anzeige schwankt bei 10.0000000000MHz. Untere Grenze sporadisch bei 
9...81MHz, obere sporadisch bei 10...03MHz. Messzeit 1 Sekunde.
Es werden bei der Mehrzahl der Messungen exakt 10.0000000000MHz stabil 
angezeigt, bei etwa jeder 4. bis x-ten Messung dann Ausreißer. Meist so 
etwa bei 9...96, doch mitunter bis 9...81 nach unten bzw. 10...03 nach 
oben. Keine Ahnung, warum nach oben so wenig... Ein System scheint es 
dahinter nicht zu geben.
Ich vermute Rauschen und/oder Jitter vom GPS-Normal (Eigenbau)

Old-Papa

von Ralph B. (rberres)


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Old P. schrieb:
> bei etwa jeder 4. bis x-ten Messung dann Ausreißer. Meist so
> etwa bei 9...96, doch mitunter bis 9...81 nach unten bzw. 10...03 nach
> oben.

Leute was verlangt ihr eigentlich noch?

Old P. schrieb:
> So, ich habe jetzt auch noch bei 12 Stellen getestet.
> Referenz über T-Stück und kurzen und exakt gleich langen Kabeln an
> Ref-Eingang und Eingang 1

somit kann es eigentlich nur noch rauschen und Phasenjitter am 
Komperator sein.

Vielleicht sollte man nicht päpstlicher sein als der Papst.

Ich finde wenn man 10 Stellen Auflösung/ Sek hat ist das doch schon mehr 
als die allermeisten professionellen Zähler können.

Ralph Berres

von Old P. (Gast)


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Ralph B. schrieb:
>
> Leute was verlangt ihr eigentlich noch?

Ewigen Sonnenschein und 20kg weniger ;-)

> somit kann es eigentlich nur noch rauschen und Phasenjitter am
> Komperator sein.

Kann sein, ist mir auch eingermaßen Wurscht! ;-)

> Vielleicht sollte man nicht päpstlicher sein als der Papst.
>
> Ich finde wenn man 10 Stellen Auflösung/ Sek hat ist das doch schon mehr
> als die allermeisten professionellen Zähler können.

Völlige Zustimmung!
Ich betreibe das Teil auch nur mit 10 Stellen an E1 und 8 Stellen an E2. 
Messzeit 1 Sekunde. Meine Racal-Danas und der RFT (G-2005.500) stehen 
auch immer bei einer Sekunde, habe keine Eile.

Old-Papa

von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Mir ging es ja nicht darum unbedingt 12 Stellen zu messen, sondern darum 
was der TDC wirklich kann. Die Unsymetrie nach unten und oben erklärt 
sich über die verschiedenen Nachkommastellen bei 10,12345678 bzw 
9,123456789.

Hier hat Michael mal eine Normierte Version gemacht da siehst dann auch 
symetrisch aus.
Beitrag "Re: DIY Frequency Counter mit 10 bis 12 Digits?"

Für den Hausgebrauch ist Michaels Zähler auf jeden Fall zum empfehlen.

von Lurchi (Gast)


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M.N. schrieb:
> Hans-Georg L. schrieb:
>> Sorry hatte das in falscher Erinnerung ich meinte die 12 Stellen.
>> 10 Stellen bei 10Mhz waren auch bei mir immer stabil.
>
> Ausgehend von einer Auflösung von 100 ps (1e-10) bei der Zeitmessung muß
> man für ein 12-stelliges Ergebnis 1e12 * 1e-10 s = 100 s warten. Das
> erfordert das Meßprinzip!
> Einfach ein bißchen mehr Geduld ;-)

Ein wenig mehr Auflösung bzw. weniger Rauschen könnte man noch bekommen 
indem man nicht nur eine Flanke für Start und Stopp nutzt, sondern mehr 
bzw. alle Flanken auswertet. Das ist dann der Schritt vom Reziprokzähler 
zum Timestamping Verfahren. Vor allem bei etwas höherer Signalfrequenz 
und wenn der Interpolator (TDC Chip) schnell ist, kann man damit noch 
einmal 1-2 Stellen extra gewinnen. Bei den kommerziellen 12 Digit 
Zählern ist das vermutlich Standard - der versprochene Gewinn durch das 
auswerten der extra Flanken wird aber auch gerne mal etwas Übertrieben.

Welche Art der Auswertung passend ist, hängt auch von den Rauschquellen 
ab: Bei echtem Frequenzrauschen, etwas weil das Signal nicht stabiler 
ist, ist das Auswerten von 1. und letzter Flanke schon am besten. Bei 
überwiegend Phasenrauschen (etwa Jitter vom Komparator oder auch 
Phasenrauschen des zu messenden Signals) wäre Ideal eine Auswertung 
aller Flanken und Linearer Regression für die Zeiten. Im gemischten Fall 
hätte man unterschiedliche Gewichte für die Zeiten am Rand und in der 
Mitte, mit reduziertem Gewicht in der Mitte.

Der Vorteil liegt dabei auch nicht nur in mehr Auflösung, sondern eher 
in der Unterdrückung von etwa Phasenrauschen auf dem zu messenden 
Signal. Von der Tendenz gewinnt man eher bei ungünstigen Signalen wie 
etwa der Netzfrequenz oder einem Sinus, weniger wenn man 2 OCXOs 
vergleicht.

von Ralph B. (rberres)


Angehängte Dateien:

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Hier mal ein Bild von einen 10,7MHz und 15KHz breiten Filter

Die senkrechten dünnen 1KHz Marken und die dickeren 10KHz Marken sind 
durch Novaks Zähler erzeugt.

die zusätzliche dicke Marke wird im Display angezeigt.

Damit ist das Markenproblem erledigt.

Ralph Beres

von Old P. (Gast)


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Hans-Georg L. schrieb:
> Die Unsymetrie nach unten und oben erklärt
> sich über die verschiedenen Nachkommastellen bei 10,12345678 bzw
> 9,123456789.

Manchmal sieht man den Wald vor Bäumen nicht... ;-)
Hast Recht....

Old-Papa

von Mi N. (msx)


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Mal wieder richtig angemeldet ;-)

Lurchi schrieb:
> Ein wenig mehr Auflösung bzw. weniger Rauschen könnte man noch bekommen
> indem man nicht nur eine Flanke für Start und Stopp nutzt, sondern mehr
> bzw. alle Flanken auswertet. Das ist dann der Schritt vom Reziprokzähler
> zum Timestamping Verfahren. Vor allem bei etwas höherer Signalfrequenz
> und wenn der Interpolator (TDC Chip) schnell ist, kann man damit noch
> einmal 1-2 Stellen extra gewinnen. Bei den kommerziellen 12 Digit
> Zählern ist das vermutlich Standard - der versprochene Gewinn durch das
> auswerten der extra Flanken wird aber auch gerne mal etwas Übertrieben.

Das hatte ich ja versuchsweise mal gemacht: 
Beitrag "Re: DIY Frequency Counter mit 10 bis 12 Digits?"
Auch hatte ich 10000 Messungen mit rund 100 µs Meßdauer durchlaufen 
lassen, die Ergebnisse ins interne RAM gepackt (80 kB) und anschließend 
die Regressionsgerade gebildet. Auch das Ergebnis war nicht zündend, 
vielleicht auch, weil ich es mit meinen Mitteln überhaupt nicht merken 
konnte ;-)

Selbst, wenn die Regression etwas bringen würde, dann wäre bei 
Eingangsfrequenzen < 10 kHz auch nichts mehr herauszuholen, da ja 
mindestens eine ganze Periode gemessen werden muß.
Da wäre es einfacher, die Meßzeit auf 10 s zu erhöhen, wenn die ganzen 
anderen Rahmenbedingungen stimmen, für die es schon sehr viel Aufwand 
bedarf: Referenzfrequenz + Signalaufbereitung.

Leider habe ich auch von anderen Anwendern keine Information oder 
Einschätzung erhalten, wie das Verhalten von Zählern aussieht, die mit 
zwölf Stellen beworben werden. Selbst, wenn man zwischen den Zeilen 
liest, schweigen sich die Datenblätter dazu schön aus. Beim Pendulum 
Zähler findet sich die Angabe von 250 k Messungen/s. Für ein 1 Hz Signal 
bringt das absolut garnichts, eher wohl bei 10 GHz. Wer das braucht, der 
hat sicherlich eine große, tiefe Tasche ;-)

von Lurchi (Gast)


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Die Variante mit der Regression ist passend (ideal) für reines 
Phasenrauschen. Der Fall Start und Stopp ist für den anderen Extremfall 
(kein extra Phasenrauschen). Real hat man vermutlich was dazwischen. Da 
kann es durchaus sein, dass die lineare Regression nicht so gut ist. Es 
kommt da nicht so auf die Qualität des Signals / der Referenz an, 
sondern auf die Art des Rauschens. Die Lineare Regression wäre z.B. auch 
gut für die Netzfrequenz, auch wenn es da eher um die Frage 4 oder 5 
stabile Stellen geht. Der Vorteil vom Timestamping wird natürlich größer 
wenn man eine genügend hohe Frequenz hat, aber es hilft auch schon bei 
50 Hz und 1 Sekunde Gate, wenn auch nur etwa einen Faktor 2-4.

Ich habe eine Zähler gebaut, der eine Zwischenlösung nutzt mit mitteln 
über bis zu 256 (maximal ca. 20% der Gate-zeit) Flanken am Start und 
Stopp. Das funktioniert eigentlich ganz gut, wenn auch auf niedrigerem 
Niveau, noch ohne Interpolator für die Zeiten.

Für die ARM basierte Version sollte die Auswertung von mehr Flanken 
machbar sein, auch mit der Regression. Über die Abweichungen von der 
Regression bekommt man auch gleich einen Schätzwert für Jitter. Die ca. 
100 ps Auflösung könnte für einige Signale schon ausreichen.

von Mi N. (msx)



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Nach der langen Zeit gibt es nun eine Lösung für die Eingangsfrage des 
TO. Ob er es noch braucht oder ob es dafür Bedarf gibt? Mal sehen.

Bei den von 2 – 3 Jahren beschriebenen reziproken Frequenzzählern habe 
ich das Programm angepaßt, sodaß Messungen mit 12-stelliger Anzeige/s 
möglich sind. Erforderlich dazu sind Eingangsfrequenzen von > 10 kHz 
entsprechender Qualität. Wenn man Testberichte im Netz zu 
Frequenzzählern liest, scheint es sowieso nur eine einzige interessante 
Frequenz zu geben: 10,00000000000 MHz ;-)

Die nachfolgenden Messungen wurden mit der internen Referenzfrequenz der 
Zähler durchgeführt. Für mich ist das die einzige Möglichkeit überhaupt 
ein sinnvolles Signal zu erhalten. Die Anweichungen zum idealen Wert 
spiegeln daher die Ungenauigkeit des Messverfahrens wider.

Das 1. Bild zeigt die TFT-Anzeige von "FMeter-TFT-H7xx-1s" mit 1 s 
Messintervall. Die Anzeige der aktuellen Frequenz (oberster Wert) ist 
14-stellig. "F-max", "F-min" und "F-avg" sind 15-stellig. "Count" zeigt 
die Anzahl der Einzelmessungen.
Zu dieser Anzeige gibt es die Datei mit den Einzelmessungen über den 
ungefähr gleichen Zeitraum: "FMeter-TFT-H7xx-1s.xls".

Das 2. Bild zeigt eine andere Messreihe mit 10 s Messintervallen mit den 
dazugehörigen Einzelwerten in "FMeter-TFT-H7xx-10s.xls".

Das 3.Bild zeigt den auseinandergeklappten Aufbau. Die Leiterplatte wird 
auf der Rückseite des 4,3"-TFT befestigt. Die überstehenden Laschen 
können zur Befestigung an der Frontplatte genutzt werden.

Das 4. Bild zeigt (etwas unscharf) die LC-Anzeige des "FMeter-407-TDC". 
Eine Messreihe zu dieser Schaltung findet sich in "FMeter-407-TDC.xls".

von A. B. (branadic)


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Schöne Arbeit.

-branadic-

von Pandur S. (jetztnicht)


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Danke fuer den Beitrag. Das Display is verbesserungswuerdig. Das 
Stellenzaehlen ist eine eher muehsame Geschichte. Das zwingt den 
Benutzer dann auf dem Display mit wasserfestem Marker Striche zu machen. 
Ich empfehl die amerikanischen Hochkommas fuer Dreiergruppen

: Bearbeitet durch User
von Old P. (Gast)


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Joggel E. schrieb:
> Danke fuer den Beitrag. Das Display is verbesserungswuerdig. Das
> Stellenzaehlen ist eine eher muehsame Geschichte. Das zwingt den
> Benutzer dann auf dem Display mit wasserfestem Marker Striche zu machen.
> Ich empfehl die amerikanischen Hochkommas fuer Dreiergruppen

Aha, "zwingt ihn"... Mich nicht und ich kenne auch keinen Strichemaler.
Ich habe bei meinem ein 4*20 Zeichen Display drin und komm auch ohne 
Striche klar.
Einzig, dass da ein Komma statt Punkt ist, irritiert etwas.
Bei MHz am Ende ist das zwar richtig, doch bei E  hoch 6 ulkig.

Old-Papa

von Mi N. (msx)


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A. B. schrieb:
> Schöne Arbeit.

Danke für die Blumen, aber fertig bin ich noch lange nicht ;-)

Joggel E. schrieb:
> Ich empfehl die amerikanischen Hochkommas fuer Dreiergruppen

Das ist derzeit mein kleinstes Problem, werde die Anzeige aber 
irgendwann noch anpassen.

Old P. schrieb:
> Einzig, dass da ein Komma statt Punkt ist, irritiert etwas.

Es mag ulkig sein, aber Excel will in seiner Grundeinstellung für die 
direkte Verarbeitung dieses Format haben, daher habe ich Anzeige und 
ser. Datenausgabe so eingestellt. Die vier möglichen Anzeigeformate sind 
auf Seite 9 der Bedienungsanleitung beschrieben.

von Old P. (Gast)


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Mi N. schrieb:
>
> Es mag ulkig sein, aber Excel will in seiner Grundeinstellung für die
> direkte Verarbeitung dieses Format haben, daher habe ich Anzeige und
> ser. Datenausgabe so eingestellt. Die vier möglichen Anzeigeformate sind
> auf Seite 9 der Bedienungsanleitung beschrieben.

Genau die habe ich vorhin dann auch gefunden ;-) Alles gut...

Old-Papa

von Old P. (Gast)


Angehängte Dateien:

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So,
MiNo hatte mir ja die neuesten .HEX in ein paar Entwicklungsschritten 
zugeschickt und ich eigentlich Null Ahnung von STM32.... Na prima!
Folge: wieder was dazugelernt (Umgang mit ST-Link V2 usw.), und mein 
Zähler macht jetzt wirklich die 12 Stellen.
Allerdings derzeit und notwendigerweise nur am 10MHz Rubidiumnormal als 
ext. Referenz.
Meinen Zähler hatte ich ja unter "Kunstwerke bis 2019" mal gezeigt, er 
hat ein 4x20er Display und eingebauten Li-Akku (Innenleben einer 
Powerbank). Ich habe über ein Dutzend unterschiedlichste Zähler (von 
10kg-Klasse bis Handzähler), doch das Ding passt da sehr gut rein.
Ich kann MiNo nur zu dieser Arbeit beglückwünschen, zumal ich eher der 
Hardwarefreak bin.
Chapeau!

Old-Papa
(Nein, die HEX rücke ich nicht raus, keine Chance!)

von Ralph B. (rberres)


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Mi N. schrieb:
> Joggel E. schrieb:
>> Ich empfehl die amerikanischen Hochkommas fuer Dreiergruppen

was wäre dann von der Idee zu halten statt einen Komma einfach eine 
Lücke zwischen den Dreiergruppen zu lassen?
also 10,000 000 000 000 MHz

Es hätte allerdings den Nachteil, das man die Zahlen in einen Programm 
nicht direkt auswerten kann.

Vielleicht könnte man ja in den Grundeinstellungen wählen zwischen
10,000000000000 MHz
10,000.000.000.000 MHz
oder
10,000 000 000 000 MHz
Dann kann jeder sich sein passendes Format raussuchen, wie er es gerne 
hätte.

Ansonsten eine tolle Arbeit

Irgendwann wenn ich wieder Geld habe, werde ich auch noch einen Zähler 
zum spielen ordern. ( Ich bin ja jetzt Rentner und habe theoretisch ja 
jetzt Zeit . Obwohl Rentner haben ja in der Regel weniger Zeit als voll 
Berufstätige :-)
)

Ralph Berres

von Old P. (Gast)


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Ralph B. schrieb:
>
> was wäre dann von der Idee zu halten statt einen Komma einfach eine
> Lücke zwischen den Dreiergruppen zu lassen?
> also 10,000 000 000 000 MHz

Bei einem 20zeichen-Display nicht umsetzbar, beim TFT vielleicht.

> Es hätte allerdings den Nachteil, das man die Zahlen in einen Programm
> nicht direkt auswerten kann.

Eben...

> Vielleicht könnte man ja in den Grundeinstellungen wählen zwischen
> 10,000000000000 MHz
> 10,000.000.000.000 MHz
> oder
> 10,000 000 000 000 MHz
> Dann kann jeder sich sein passendes Format raussuchen, wie er es gerne
> hätte.

20 Zeichen!

> Ansonsten eine tolle Arbeit

Stimmt!

> Irgendwann wenn ich wieder Geld habe, werde ich auch noch einen Zähler
> zum spielen ordern. ( Ich bin ja jetzt Rentner und habe theoretisch ja
> jetzt Zeit . Obwohl Rentner haben ja in der Regel weniger Zeit als voll
> Berufstätige :-)
> Ralph Berres

Bin ja inzwischen auch Rentner, Zeit ist mehr da, doch man hat sehr viel 
aufgeschoben.

Old-Papa

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