Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Mit HP53131A 1s Periodendauer messen


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von Philipp (Gast)


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Hallo,

ich würde gerne die Periodendauer des 1PPS Ausgangs eines GPS-Empfängers 
messen. Dazu verwende ich momentan meinen HP 53131A Zähler. Leider habe 
ich es bisher nicht geschafft den Zäher dazu zu bringen mir jede Sekunde 
das Ergebnis auszugeben. Stattdessen mittelt der Zähler immer vier 
Messungen und gibt alle 4 Sekunden ein Ergebnis aus. Längere Mittelungen 
bekomme ich auch eingestellt, aber leider nicht das direkte Ergebnis.

Kann mir jemand sagen, wie ich den Zähler hierfür konfigurieren muss?

Ich habe bereits versucht die Gatezeit auf 1s und darunter zu stellen, 
genauso habe ich versucht die Anzahl der Stellen sehr klein zu wählen. 
Beides bisher ohne Erfolg.

Viele Grüße
Philipp

von Dieter (Gast)


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Wie es bei dem Geraet ist, kann ich nicht sagen. Aber bei einem der 
Modelle aus dem letzten Jahrtausend mußte man einen der Eingänge als 
Trigger verwenden und mit einem Signalgenerator 1Hz ansteuern.

von Volker S. (sjv)


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von Matthias (Gast)


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Dieter schrieb:
> einen der Eingänge als Trigger verwenden und mit einem Signalgenerator
> 1Hz ansteuern.

Vielen Dank, das werde ich mit mal ansehen.

Volker S. schrieb:
> http://fy.chalmers.se/~f7xlh/elmatB/Instrument/531...

Weißt Du, dass da die Lösung steht oder vermutest Di es nur?

von W.A. (Gast)


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Matthias schrieb:
> Weißt Du, dass da die Lösung steht oder vermutest Di es nur?

Was lässt in dir Zweifel aufkommen, dass die Messfunktion und die 
Gerätebedienung nicht im Operating Guide des 53131A beschrieben ist?

Wieso interessiert dich das überhaupt oder hast du das selbe Problem wie 
der TO?

von Sigmund Freund (Gast)


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W.A. schrieb:
> Wieso interessiert dich das überhaupt oder hast du das selbe Problem wie
> der TO?

Philipp aka Matthias ist wohl eine gespaltene Persönlichkeit.

von Gerhard O. (gerhard_)


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"Time Intervall Measurement".

Bei der Messung dann, stelle den Trigger gewünschterweise auf die 
fallende oder ansteigende Flanke an. Die Zeitbasis muss so eingestellt 
werden, dass der Zähler ein Resultat mit der gewünschten Auflösung 
produziert.
1
______/^^\__________________/^^\__________ Input Signal
2
3
______/^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^\_____________ Gate
4
5
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXC Zeitbasis 10Mhz
6
7
_______XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX_____________ Gezählte Takt Impulse
8
9
Bei 1Hz N=1E7, Zähler zeigt 10,000,000.0 us an

Moderne Berechnungs Multifunktionszähler verwenden sinnreiche interne 
Verbesserungen in ASICS/FPGA Ausführung um stabilere Messungen zu 
ermöglichen.

In dieser Einstellung öffnet dann das GATE bei der gewünschten Signal 
Transition und akkumuliert den Takt der Zeitbasis bis die folgende 
Perioden Transition die Messung beendet, bzw. Das GATE abschaltet. Wenn 
z.B. Die Taktrate auf 10Mhz eingestellt ist, bekommst Du eine Auflösung 
von 100ns. Kleinster Jitter wirkt sich natürlich auf die Stetigkeit 
solcher Messungen stark aus und man greift dann auf den T.I. averaging 
Modus zurück.

Aufpassen, dass der Zähler auf Single Channel eingestellt ist, sonst 
erwartet er das Start Signal auf CH1 und Stop auf Ch2. Siehe auch Seite 
2-17.

Mit den älteren HP Multifuktionszählern wie HP5328A und ähnlich ging das 
routinemäßig.


Hoffe, daß ich nichts überflüssiges erklärt habe.

Mfg,
Gerhard

: Bearbeitet durch User
von m.n. (Gast)


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Gerhard O. schrieb:
> Bei 1Hz N=1E7, Zähler zeigt 10,000,000.0 us an

Die ".0" Anzeige ist ohne Funkion, dazu müßte über 10 s gemessen werden.

Da wohl der Jitter gemessen werden soll, ist aber erst ab dieser 8. 
Stelle etwas sichtbar. Da typischer Jitter im Bereich 0-100 ns liegt, 
wären erst 9-stellige Ergebnisse aussagekräftig. Die Messung darf dann 
auch nicht im Start-Stop-Betrieb ablaufen, sondern muß kontinuierlich 
erfolgen - jede Sekunde ein neues Ergebnis.

Die obige Bedienungsanleitung vom 53131 habe ich nur überflogen; 
vermutlich muß man genau zwischen den Zeilen lesen, welche Meßart zu 
wählen ist, mit der man tatsächlich kontinuierlich messen kann.

Hier findet sich eine kontinuierliche Frequenzmessung eines 1 
pps-Signals: Beitrag "Re: DIY Frequency Counter mit 10 bis 12 Digits?"
Die Ergebnisse sind 10-stellig, wobei bei einer Umrechnung auf 
Periodendauer auch 9-stellige Ergebnisse reichen würden.
Was man an Hand der .log-Datei sehen kann, ist, daß der Jitter unter 
Umständen nur einmal alle paar Perioden auftritt. Ohne kontinuierliche 
Messung kann man einige Ausreißer verpassen.

von Philipp (Gast)


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Hallo,

auf die Idee ins Handbuch zu schauen bin ich vor dem Posten hier 
tatsächlich auch gekommen ;). Aber ich konnte da nichts finden, was mir 
hier weiterhilft. Soll aber nicht heißen, dass es nicht irgendwo dort 
steht.

Zu Time Intervall Messung auf nur einem Kanal habe ich im Handbuch 
leider auch nichts gesehen.

Wie hier schon richtig vermutet wurde würde ich gerne den Jitter aus dem 
GPS Modul messen. Beim Messen sehe ich die LED von Ch1 vier mal blinken 
bevor ein neues Ergebnis angezeigt wird. Ich habe zudem die Zeiten der 
Messungen protokolliert und diese haben immer einen Abstand von 4s. Es 
scheint also schon jeder Puls gezählt zu werden, nur leider gemittelt.

Die Anzeige die ich bekomme ist 10 stellig. Also entspricht die letzte 
Stelle 100ps. Im Handbuch steht, dass der Zähler eine Single Shot time 
intervall Auflösung von 500ps haben soll. Ich habe eigentlich vermutet, 
dass diese Spezifikation in meiner Anwendung hier relevant ist.

Ich habe ca. 42500 Messpunkte aufgezeichnet. Für die Bestimmung der 
Abweichung meines Zählers ist das so ja auch vollkommen ok (siehe 
deviation.png). Allerdings würde ich, wie schon gesagt, auch gerne den 
Jitter messen. Dafür wäre eine Zeitaufösung von deutlich besser 100ns 
schon wünschenswert. 1ns wäre toll. Ich bin nach wie vor der Meinung, 
dass der Zähler dies auch kann.

Im Bild +-1ns_um_mean.png habe ich die Daten genommen und den Mittelwert 
zunächst auf 1ns gerundet und diese Zeit dann von den Datenpunkten 
abgezogen. Anschließend habe ich im Histogramm nur Datenpunkte verwendet 
für die -1e-9s < x < 1e-9s galt. Hierbei zeigt sich dann auch (was in 
dem anderen Histogramm auch schon sichtbar war), dass der Zähler nicht 
wirklich 10 Stellen auflöst. Die letzte Stelle wird nicht voll genutzt. 
Eine ns wird in vier "Teile" aufgelöst. Ist das nur zufällig 
500ps/sqrt(4)?

Also Fazit: Alles spricht dafür, dass der Zähler die 1s mit besser 1ns 
in einem Schuss auflösen kann. Nur ich weiß nicht wie ich ihn dazu 
bringen kann.

von Gerhard O. (gerhard_)


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Im Handbuch muß das stehen. Es steht ja dort geschrieben, daß man Kanal 
1 und 2 gleichschalten muß.

Sonst gibt es ja noch direkten "PERIOD" Modus. Warum hat das noch keiner 
versucht? Eigentlich wäre Period Modus dafür predestiniert für Deinen 
Zweck. In Averaging Müßte das ziemlich genaue Ergebnisse liefern.

Ich habe mal selber probiert. Beim PM6666 von Philips geht T.I. nicht 
wirklich in dieser Weise.

Im Period Modus bekomme ich mit 1s von einer stabilen OCXO Stratum III 
Referenz und Rubidium Zeitbasis stabile Werte.

Beim alten HP5326B geht T.I. in parallel Modus Einstellung und Period 
bzw Period Averaging. Siehe Bilder.

Der HP5326B läuft mit seiner eigenen ZB.

von Philipp (Gast)


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Hallo Gerhard,

vielen Dank für Deine Versuche! Ich verwende bisher PERIOD. Genauigkeit 
passt sicher auch. Primäres Ziel ist es ja auch den Zähler korrekt 
einzustellen. Die Jitter Messungen wären halt interessant weil ich gerne 
verschiedene GPS Empfänger vergleichen würde.

Viele Grüße
Philipp

von Gerhard O. (gerhard_)


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Philipp schrieb:
> Hallo Gerhard,
>
> vielen Dank für Deine Versuche! Ich verwende bisher PERIOD. Genauigkeit
> passt sicher auch. Primäres Ziel ist es ja auch den Zähler korrekt
> einzustellen. Die Jitter Messungen wären halt interessant weil ich gerne
> verschiedene GPS Empfänger vergleichen würde.
>
> Viele Grüße
> Philipp



Jitter Messungen sollte man unbedingt mit PC als Logger machen und 
statistisch dort auswerten. Leider kenne ich Dein Gerät nicht praktisch. 
Hat es eine Steuerschnittstelle(IEEE-488, RS232)? Oft kann man über die 
Schnittstelle an nützliche interne Meß Daten herankommen die bei solchen 
Messungen nützlich sein könnten.

Bezüglich GPS Jitter Messung habe ich keine praktische Erfahrung. Da die 
PPS Signale von GPS Empfängern bis zu einigen us Jitter haben können, 
sollten die Messungen mit dem HP53131 aufschlußreich sein. Es gibt GPS 
Empfänger mit sehr niedrigen Jitter die für Disziplinierte 
Oszillatoranbindung geschaffen sind. Mit jenen sollte der Jitter 
beträchtlich geringer sein.

Mit der Stratum III Quelle mit 1PPS Ausgang bekomme ich beim PM6666 eine 
absolut stabile Perioden Anzeige mit 10ns Auflösung. Die Driftrate ist 
zur Zeit 10ns/30 min. Meßrate ist 1s.

Hier ist vielleicht noch brauchbare Info:

https://www.silabs.com/documents/public/white-papers/timing-jitter-tutorial-and-measurement-guide-ebook.pdf

https://www.febo.com/pipermail/time-nuts/2017-January/103610.html

https://www.febo.com/pipermail/time-nuts/2014-September/086590.html

http://www.bartelsos.de/dk7jb.php/timenuts-genaue-frequenzmessung

http://www.ko4bb.com/doku2015/doku.php?id=precision_timing:jitter_what_is_it

https://www.eevblog.com/forum/chat/how-accurate-is-a-gps-1pps-signal/

Gruß,
Gerhard

: Bearbeitet durch User
von Philipp (Gast)


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Gerhard O. schrieb:
> Jitter Messungen sollte man unbedingt mit PC als Logger machen und
> statistisch dort auswerten. Leider kenne ich Dein Gerät nicht praktisch.
> Hat es eine Steuerschnittstelle(IEEE-488, RS232)? Oft kann man über die
> Schnittstelle an nützliche interne Meß Daten herankommen die bei solchen
> Messungen nützlich sein könnten.

Die 42500 Messdaten habe ich über GPIB erfasst. Die Histogramme aus dem 
Posting weiter oben kommen auch aus dem PC.

Um den 53131A dann zu kalibrieren wollte ich einen zweiten DOCXO nutzen.

Gerhard O. schrieb:
> Mit der Stratum III Quelle mit 1PPS Ausgang bekomme ich beim PM6666 eine
> absolut stabile Perioden Anzeige mit 10ns Auflösung.

Bekommst Du diese Anzeige bei dem Zähler jede Sekunde?

Gerhard O. schrieb:
> Hier ist vielleicht noch brauchbare Info:

Danke für die Links. Die gehe ich mal durch.

Gute Nacht
Philipp

von Gerhard O. (gerhard_)


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Ja. Bei diesen niedrigen Frequenzen bestimmt die 1PPS die Update Rate. 
Das geht dann bis der Zähler dann nicht mehr nachkommt. Es gibt da auch 
eine RAW Mode beim PM6666. Hatte aber noch keinen Grund das 
auszuprobieren.

Den PM6666 habe ich auch über GPIB angeschlossen und eigenes Logging 
Programm (QB45 kompiliert) in MSDOS und N.I. Buskarte auf einem alten 
Dolch.
Ist altmodisch, funktioniert aber zuverläßig. Die Daten speichere ich in 
CSV ab so daß ich sie auf einem modernen PC untersuchen kann.

Ich vermute übrigens auch, daß T.I. auf dem HP53131 so nicht 
funktionieren wird. Beim PM6666 ging das nicht. Ich konnte zwar die 
Laufzeit im Koaxkabel messen, aber das war auch alles.

Beim T.I. geht Perioden Messung nicht. Wenn A/B gleichgeschaltet sind, 
dann muß B eine umgekehrte Flankeneinstellung haben. A=B mit gleicher 
Flanke ist unzuläßig.

Interessanterweise funktioniert T.I auf dem alten Schinken, dem HP5326B 
als halber Periodenzähler. Bei dem einen Bild zeigt T.I. eine halbe 
Periode trotz gleicher Flankeneinstellung an.

Den Daten nach sollte der HP53131 1ns Auflösung locker schaffen. Nur 
weiß ich nicht ob er das mit T.I./Period Averaging machen muß. Beim 
HP5326B stieg die Meßzeit bei 10ns Auflösung in T.I. averaging mode auf 
jeden Fall auch auf das 10 fache an.

: Bearbeitet durch User
von m.n. (Gast)


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Philipp schrieb:
> Die Jitter Messungen wären halt interessant weil ich gerne
> verschiedene GPS Empfänger vergleichen würde.

Ich kann Dir meine Lösung anbieten, mit der ich obige .log-Datei erzeugt 
habe: http://mino-elektronik.de/FM_407/fmeter_407.htm#c3
Damit gehen 100 ps Auflösung. Für die absolute Genauigkeit kann die 
interne oder externe Referenzfrequenz mit einem 1 pps-Signal permanent 
abgeglichen werden.
Lies Dir einfach die Beschreibung durch.

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