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銣振蕩器
PRS10 — 低相位噪聲銣振蕩器，10 Hz時相位噪聲小于-130 dBc/Hz
1 pps 輸入
72小時 Stratum 1 級維持時間
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。該設備的短期穩定性和低環境系數使其成為網絡同步的理想組件。其低老化率使其成為精密頻率測量的優秀時間基準。
PRS10 可以以1 ns的分辨率對外部1 pps 輸入進行時間標記。這些值可以通過RS-232報告回去，或用于將設備與外部參考（如GPS）進行相位鎖定，時間常數可達數小時。這一特性可以以非常低的成本提供Stratum 1性能。
PRS10 在原子頻率標準中樹立了新的特性和性能水平。其設計提供了最低的相位噪聲、最大的通用性和最容易的系統集成途徑。
所有商業銣頻率標準通過將晶體振蕩器鎖定在銣的超精細過渡頻率（6.834,682,612 GHz）來工作。銣放電燈發出的光經過共振腔時，銣蒸氣在接近過渡頻率的微波功率下，會使光強度下降約0.1%。晶體振蕩器通過檢測光的下降來穩定銣的過渡頻率，同時掃描參考于晶體的RF頻率合成器。
Rb 燈管與物理包
PRS10 使用一個10 MHz 時鐘的微控制器來控制所有操作，并允許通過RS-232接口進行診斷、測量和封閉式校準。處理器掃描RF合成器，同步檢測來自物理包的光學信號，并通過22位DAC和變容二極管將10 MHz晶體振蕩器鎖定到銣的過渡頻率。
設備開機時，處理器會對變容二極管施加與上次鎖定值對應的電壓。頻率鎖定伺服在檢測到有用的共振信號之前會被禁用，從而在設備加熱過程中提供平滑過渡。如果物理包出現問題，設備將暫停頻率伺服，并保持變容二極管電壓在上次鎖定值。
銣頻率標準制造商有時會使用與銣過渡頻率精確子倍數的晶體頻率，以簡化RF頻率合成器的設計。一些設計使用DDS合成器，由晶體時鐘生成10 MHz 輸出。通常，晶體頻率會被調制，以便掃描合成器通過過渡頻率。這些晶體通常在基本模式下操作，且不進行溫度穩定。雖然這些方法設計上較簡單，但輸出的相位噪聲、短期穩定性和雜散內容會受影響。
方塊圖
相比之下，PRS10 的10 MHz 輸出直接來自一個第3次諧波、應力補償（SC-cut）晶體振蕩器，在其平坦溫度下的爐中操作。采用一個雙環RF合成器，晶體IF為22.482 MHz，用于生成359.72 MHz，并通過步進恢復二極管生成6.834 GHz。這種方法具有幾個優點：相位噪聲非常低（10 Hz偏移時小于-130 dBc/Hz），沒有雜散分量，且如果物理包未能提供鎖定信號，輸出會表現良好（未鎖定到銣時老化約為5 × 10^-10/天）。PRS10 的相位噪聲圖顯示，10 MHz時相位噪聲在10 Hz偏移處減少了42 dB，相比于傳統的銣標準。
歷史上，銣頻率標準的壽命通常由放電燈中的銣耗盡決定。為了避免過多的閃爍噪聲，制造商會在球形放電燈中裝入少于100 μg 的銣。PRS10 使用裝有1 mg 銣的側臂燈。這種設計消除了銣耗盡作為故障機制，并在沒有過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 的頻率偏移和長期老化可以通過與具有更好長期穩定性的源（如GPS時間接收器的1 pps信號）進行相位鎖定來消除。如Allan方差圖所示，GPS的短期穩定性較差（約5,000 × 10^-12），相比之下PRS10的穩定性（約5 × 10^-12）更好。然而，經過數小時，GPS的穩定性更高，因此可以通過將PRS10與GPS進行長時間常數的相位鎖定來提高穩定性。
PRS10 可以對1 pps 輸入進行時間標記或相位鎖定，并提供可調的1 pps 輸出。輸入可以以1 ns的分辨率進行時間標記，結果可以通過RS-232接口讀取。在跟蹤外部輸入時，時間常數可以設置為5分鐘至18小時。1 pps 輸出可以在0至999,999,999 ns范圍內以1 ns分辨率移動，通過RS-232接口設置。
Allan方差
當施加外部1 pps信號時，PRS10 將驗證該輸入的完整性，然后將其1 pps 輸出與外部輸入對齊。處理器將通過在共振腔內部控制一個小的磁場調整來繼續跟蹤1 pps 輸出與1 pps 輸入的匹配。
標準接口連接器
接口連接器和設備形式因子與Efratom的FRS銣頻率標準兼容。在默認配置下，PRS10 使用針腳#4 和#7 進行RS-232接口，以提供完整的系統診斷和控制。內部硬件跳線允許將這些針腳配置為模擬輸出，以監測燈光強度和變容二極管電壓，確保與FRS的完全兼容。
PRS10 規格
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 C 時：<2.5 × 10^-11（注3）
- 年度：<5 × 10^-10
- 短期穩定性（Allan方差）：
- <2 × 10^-11（1秒）
- <1 × 10^-11（10秒）
- <2 × 10^-12（100秒）
- 維持時間：72小時 Stratum 1 級別
- 頻率回溯：±5 × 10^-11（72小時關閉后，再開啟72小時）
- 可調范圍：<5 × 10^-12
- 調整范圍：±2 × 10^-9（0至5 VDC），±1 ppm（通過RS-232）
- 加熱時間：
- <6分鐘（鎖定時間）
- <7分鐘（達到1 × 10^-9時間）
- 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），0.6 A（穩態時）@ 25°C（注1）
- 保護：±30 VDC（除RF輸出外的任何引腳）
- RF保護：100 mA（任何終端穩定）
- 校準參考輸出：5.00 ± 0.05 VDC
- RS-232：9600波特率，8位，無奇偶校驗，1停止位，0至5 V 電平，帶X-on/X-off協議
- 1 pps 測量：±10 ns（精度），±1 ns（分辨率）
- 1 pps 輸出設置：±10 ns（精度），±1 ns（分辨率）
環境
- 工作溫度：-20°C 到 +65°C 基板
- 溫度穩定性：±1 × 10^-10（-20°C 到 +65°C 基板）
- 存儲溫度：-55°C 到 +85°C
- 磁場：<2 × 10^-10（1高斯場反轉）
- 相對濕度：95%（無冷凝）
其他
- 設計壽命：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
- 保修：一年零件和人工，針對材料和工藝缺陷
注釋
- 低功耗加熱選項可用。詳情請聯系工廠。
- 燈管壽命是設計壽命估計的主要考慮因素。估計值基于燈管強度的測量減少和燈管啟動電壓隨時間的升高。
- 發貨時的月度老化。單個設備在發貨后可能會或可能不會符合規格。
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