SRS,Stanford Research Systems,銣鐘,銣振蕩器,PRS10

SRS,Stanford Research Systems,銣鐘,銣振蕩器,PRS10

銣振蕩器
PRS10 — 低相位噪聲銣振蕩器，10 Hz時(shí)相位噪聲小于-130 dBc/Hz
1 pps 輸入
72小時(shí) Stratum 1 級(jí)維持時(shí)間
RS-232 用于診斷和控制
20年燈管壽命

概述
PRS10 是一款超低相位噪聲的10 MHz 銣晶體振蕩器。該設(shè)備滿足各種通信、同步和儀器要求。10 MHz 輸出的相位噪聲足夠低，可以用作合成器的參考源。該設(shè)備的短期穩(wěn)定性和低環(huán)境系數(shù)使其成為網(wǎng)絡(luò)同步的理想組件。其低老化率使其成為精密頻率測(cè)量的優(yōu)秀時(shí)間基準(zhǔn)。

PRS10 可以以1 ns的分辨率對(duì)外部1 pps 輸入進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記。這些值可以通過(guò)RS-232報(bào)告回去，或用于將設(shè)備與外部參考（如GPS）進(jìn)行相位鎖定，時(shí)間常數(shù)可達(dá)數(shù)小時(shí)。這一特性可以以非常低的成本提供Stratum 1性能。

PRS10 在原子頻率標(biāo)準(zhǔn)中樹(shù)立了新的特性和性能水平。其設(shè)計(jì)提供了最低的相位噪聲、最大的通用性和最容易的系統(tǒng)集成途徑。

所有商業(yè)銣頻率標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)將晶體振蕩器鎖定在銣的超精細(xì)過(guò)渡頻率（6.834,682,612 GHz）來(lái)工作。銣放電燈發(fā)出的光經(jīng)過(guò)共振腔時(shí)，銣蒸氣在接近過(guò)渡頻率的微波功率下，會(huì)使光強(qiáng)度下降約0.1%。晶體振蕩器通過(guò)檢測(cè)光的下降來(lái)穩(wěn)定銣的過(guò)渡頻率，同時(shí)掃描參考于晶體的RF頻率合成器。

Rb 燈管與物理包
PRS10 使用一個(gè)10 MHz 時(shí)鐘的微控制器來(lái)控制所有操作，并允許通過(guò)RS-232接口進(jìn)行診斷、測(cè)量和封閉式校準(zhǔn)。處理器掃描RF合成器，同步檢測(cè)來(lái)自物理包的光學(xué)信號(hào)，并通過(guò)22位DAC和變?nèi)荻O管將10 MHz晶體振蕩器鎖定到銣的過(guò)渡頻率。

設(shè)備開(kāi)機(jī)時(shí)，處理器會(huì)對(duì)變?nèi)荻O管施加與上次鎖定值對(duì)應(yīng)的電壓。頻率鎖定伺服在檢測(cè)到有用的共振信號(hào)之前會(huì)被禁用，從而在設(shè)備加熱過(guò)程中提供平滑過(guò)渡。如果物理包出現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)備將暫停頻率伺服，并保持變?nèi)荻O管電壓在上次鎖定值。

銣頻率標(biāo)準(zhǔn)制造商有時(shí)會(huì)使用與銣過(guò)渡頻率精確子倍數(shù)的晶體頻率，以簡(jiǎn)化RF頻率合成器的設(shè)計(jì)。一些設(shè)計(jì)使用DDS合成器，由晶體時(shí)鐘生成10 MHz 輸出。通常，晶體頻率會(huì)被調(diào)制，以便掃描合成器通過(guò)過(guò)渡頻率。這些晶體通常在基本模式下操作，且不進(jìn)行溫度穩(wěn)定。雖然這些方法設(shè)計(jì)上較簡(jiǎn)單，但輸出的相位噪聲、短期穩(wěn)定性和雜散內(nèi)容會(huì)受影響。

方塊圖
相比之下，PRS10 的10 MHz 輸出直接來(lái)自一個(gè)第3次諧波、應(yīng)力補(bǔ)償（SC-cut）晶體振蕩器，在其平坦溫度下的爐中操作。采用一個(gè)雙環(huán)RF合成器，晶體IF為22.482 MHz，用于生成359.72 MHz，并通過(guò)步進(jìn)恢復(fù)二極管生成6.834 GHz。這種方法具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：相位噪聲非常低（10 Hz偏移時(shí)小于-130 dBc/Hz），沒(méi)有雜散分量，且如果物理包未能提供鎖定信號(hào)，輸出會(huì)表現(xiàn)良好（未鎖定到銣時(shí)老化約為5 × 10^-10/天）。PRS10 的相位噪聲圖顯示，10 MHz時(shí)相位噪聲在10 Hz偏移處減少了42 dB，相比于傳統(tǒng)的銣標(biāo)準(zhǔn)。

歷史上，銣頻率標(biāo)準(zhǔn)的壽命通常由放電燈中的銣耗盡決定。為了避免過(guò)多的閃爍噪聲，制造商會(huì)在球形放電燈中裝入少于100 μg 的銣。PRS10 使用裝有1 mg 銣的側(cè)臂燈。這種設(shè)計(jì)消除了銣耗盡作為故障機(jī)制，并在沒(méi)有過(guò)多閃爍噪聲的情況下提供了更好的溫度控制。

相位噪聲
GPS 跟蹤

PRS10 的頻率偏移和長(zhǎng)期老化可以通過(guò)與具有更好長(zhǎng)期穩(wěn)定性的源（如GPS時(shí)間接收器的1 pps信號(hào)）進(jìn)行相位鎖定來(lái)消除。如Allan方差圖所示，GPS的短期穩(wěn)定性較差（約5,000 × 10^-12），相比之下PRS10的穩(wěn)定性（約5 × 10^-12）更好。然而，經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)，GPS的穩(wěn)定性更高，因此可以通過(guò)將PRS10與GPS進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的相位鎖定來(lái)提高穩(wěn)定性。

PRS10 可以對(duì)1 pps 輸入進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記或相位鎖定，并提供可調(diào)的1 pps 輸出。輸入可以以1 ns的分辨率進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記，結(jié)果可以通過(guò)RS-232接口讀取。在跟蹤外部輸入時(shí)，時(shí)間常數(shù)可以設(shè)置為5分鐘至18小時(shí)。1 pps 輸出可以在0至999,999,999 ns范圍內(nèi)以1 ns分辨率移動(dòng)，通過(guò)RS-232接口設(shè)置。

Allan方差
當(dāng)施加外部1 pps信號(hào)時(shí)，PRS10 將驗(yàn)證該輸入的完整性，然后將其1 pps 輸出與外部輸入對(duì)齊。處理器將通過(guò)在共振腔內(nèi)部控制一個(gè)小的磁場(chǎng)調(diào)整來(lái)繼續(xù)跟蹤1 pps 輸出與1 pps 輸入的匹配。

標(biāo)準(zhǔn)接口連接器
接口連接器和設(shè)備形式因子與Efratom的FRS銣頻率標(biāo)準(zhǔn)兼容。在默認(rèn)配置下，PRS10 使用針腳#4 和#7 進(jìn)行RS-232接口，以提供完整的系統(tǒng)診斷和控制。內(nèi)部硬件跳線允許將這些針腳配置為模擬輸出，以監(jiān)測(cè)燈光強(qiáng)度和變?nèi)荻O管電壓，確保與FRS的完全兼容。

PRS10 規(guī)格

輸出

  • 輸出頻率：10 MHz 正弦波
  • 幅度：0.5 Vrms, ±10%
  • 相位噪聲（SSB）：
    • <-130 dBc/Hz（10 Hz）
    • <-140 dBc/Hz（100 Hz）
  • 雜散：<-130 dBc（100 kHz 帶寬）
  • 諧波失真：<-25 dBc
  • 回波損耗：>25 dB @ 10 MHz
  • 出廠精度：±5 × 10^-11
  • 老化（30天后）：
    • 月度：<5 × 10^-11
    • 使用選項(xiàng) C 時(shí)：<2.5 × 10^-11（注3）
    • 年度：<5 × 10^-10
  • 短期穩(wěn)定性（Allan方差）：
    • <2 × 10^-11（1秒）
    • <1 × 10^-11（10秒）
    • <2 × 10^-12（100秒）
  • 維持時(shí)間：72小時(shí) Stratum 1 級(jí)別
  • 頻率回溯：±5 × 10^-11（72小時(shí)關(guān)閉后，再開(kāi)啟72小時(shí)）
  • 可調(diào)范圍：<5 × 10^-12
  • 調(diào)整范圍：±2 × 10^-9（0至5 VDC），±1 ppm（通過(guò)RS-232）
  • 加熱時(shí)間：
    • <6分鐘（鎖定時(shí)間）
    • <7分鐘（達(dá)到1 × 10^-9時(shí)間）
  • 電壓靈敏度：<2 × 10^-11（1 VDC電源變化）

電氣

  • 輸入電壓：+24 VDC（名義值），+22 VDC（最小值），+30 VDC（最大值）
  • 電流：2.2 A（加熱時(shí)），0.6 A（穩(wěn)態(tài)時(shí)）@ 25°C（注1）
  • 保護(hù)：±30 VDC（除RF輸出外的任何引腳）
  • RF保護(hù)：100 mA（任何終端穩(wěn)定）
  • 校準(zhǔn)參考輸出：5.00 ± 0.05 VDC
  • RS-232：9600波特率，8位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，1停止位，0至5 V 電平，帶X-on/X-off協(xié)議
  • 1 pps 測(cè)量：±10 ns（精度），±1 ns（分辨率）
  • 1 pps 輸出設(shè)置：±10 ns（精度），±1 ns（分辨率）

環(huán)境

  • 工作溫度：-20°C 到 +65°C 基板
  • 溫度穩(wěn)定性：±1 × 10^-10（-20°C 到 +65°C 基板）
  • 存儲(chǔ)溫度：-55°C 到 +85°C
  • 磁場(chǎng)：<2 × 10^-10（1高斯場(chǎng)反轉(zhuǎn)）
  • 相對(duì)濕度：95%（無(wú)冷凝）

其他

  • 設(shè)計(jì)壽命：20年（注2）
  • 尺寸：3.0″ × 2.0″ × 4.0″（WHL）
  • 重量：1.32 lbs
  • 基板螺紋：4-40（4處）
  • 連接器：與ITT/Cannon DAM11W1S系列配對(duì)
  • 保修：一年零件和人工，針對(duì)材料和工藝缺陷

注釋

  1. 低功耗加熱選項(xiàng)可用。詳情請(qǐng)聯(lián)系工廠。
  2. 燈管壽命是設(shè)計(jì)壽命估計(jì)的主要考慮因素。估計(jì)值基于燈管強(qiáng)度的測(cè)量減少和燈管啟動(dòng)電壓隨時(shí)間的升高。
  3. 發(fā)貨時(shí)的月度老化。單個(gè)設(shè)備在發(fā)貨后可能會(huì)或可能不會(huì)符合規(guī)格。

 

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http://ydzhly.com/think-srs/PRS10/


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