P.S. artikkelin kirjoittamisen jälkeen on YLE ottanut käyttöön yhä suuremmissa määrin digitaalisen SDH/ATM-pohjaisen ohjelman- siirtoverkon, joka tuo oman lisävärinsä tähän aiheeseen. SDH- pointterin vaellellessa syntyy jitteriä ( ikäänkuin SSB-vaihe- kohinaa ), joka on suoraan havaittavissa kuvatulla juovataajuus- referenssillä. Näinollen tähän projektiin on syytä suhtautua varovaisuudella. Voisi olla viisaampaa rakentaa vain kertakaikkisen hyvä 10 MHz:n uunitettu taajuusreferenssi hyvälaatuisen kide- oskillaattroin ympärille ;-) MF P.P.S. tämä artikkeli julkaistiin kuvineen pari vuotta sitten RATS (Radioamatööritekniikan Seura) -lehdessä kuvineen. 29.04.00/MF P.P.P.S. Digitaalisesta videonsiirtoverkosta ja mahdollisista ylimääräisistä dekoodauksista ja uudelleenkoodauksista huolimatta näyttäisi siltä, että tällä taajuusreferenssikytkennälläni pääsee jonnekin 1*10E-10 tarkkuuteen. Käytän edelleenkin risukasakytkettyä prototyyppiäni, mutta muutaman minuutin stabiloitumisen jälkeen (looppiaikavakioiden takia - tässähän ovat siis 20 Hz:n sivunauhat naurettavan alhaisella tasolla...) on saatavissa oleva 10 MHz:n referenssitaajuus todella stabiili. Pitäisi päästä vertaamaan oikein johonkin Cesium-standardiin tai Metsähovin vetymaseriin ;-) Vertailua tehtiin välillisesti ja välittömästi kahteen erittäin stabiiliin akkuvarmistettuun ja hiljattain kalibroituun kide- referenssiin. Tyypiltään oskillaattorit ovat FE1000Q (AN/URQ10A) ja ne ovat FEI:n valmistamia. Testit tehtiin LIIKKUVAN aikana ;-) 09.07.2000/MF Tarkka 10 MHz taajuusreferenssi ------------------------------- Viimevuosien mikroaalto-EME-aktiviteetti, koherentti-CW-kokeilut ja muutamat muut hämärät projektit ovat vaatineet tarkkaa ja stabiilia taajuusreferenssiä hamihommiin. Atomistandardeja on tyrkyllä, jos lompakosta löytyy pätäkkää riittävästi. Samaten erityisen hyvälaatuisia kideuunejakin on. Sitäpaitsi näin kaupallisen ratkaisun käyttö ei ole edes kovinkaan urheilullista. Vähän niinkuin ostaisi koko hamssiaseman kaupasta. Kokenut harrastaja rakentaa vielä hyvälaatuisen kideuuninkin, mutta vielä parempiakin vaihtoehtoja on tarjolla. Lisäksi hyvä ja stabiili kideuunikin täytyy kalibroida silloin tällöin jollakin, joten ongelma on edelleen vallallaan. Jos pätäkkää on oikein riittävästi, voisi ajatella jotain GPS-ratkaisuakin, joita on kaupan. Tarkkaa taajuutta tyrkyllä -------------------------- Yleisradion kansallinen televisioverkko pitää sisällään useita tarkkoja taajuuksia, joita voisi käyttää hyväkseen taajuus- kalibroinnissa. Näitä ovat muun muuassa juovataajuus ( 15625 Hz ), väriapukantoaaltotaajuus ( ~4.43 MHz ), sekä mm. NICAM-stereoäänen apukantoaallon ( 5.85 MHz ) ja äänikantoaallon ( 5.50 MHz ) ero, eli 350 kHz, sekä varsinainen NICAM-bittivirran kello 728 kHz. Nämä signaalit ovat ainakin TV1:n ja TV2:n tapauksessa vaihelukittuja ns. Rubidium-standardiin. Standardi perustuu molekyyliresonanssiin mikroaaltoalueella. Se on hyvin stabiili ja oikein rakennettuna rubidium-referenssi saadaan myös spektripuhtaudeltaan erittäin hyväksi ( lue: halpa rubidium- tai cesium-referenssi on spektri- puhtaudeltaan kaamea ). NICAM:in kellon saa suoraan käyttöönsä NICAM-dekooderikortilta, jos ko. kortti on vielä vanhaa irtokomponenttimallia. Nykyiset äänidemo- dulaattorit tuppaavat vain olemaan DSP-pohjaisia yhden palikan ratkaisuja, joissa DSP-chipille viedään koko ääni-IF-spektri, ja toisesta päästä saadaan suoraan vasen, oikea ja analoginen ääni suoraan ulos demoduloituna. Bittivirran kelloon ei pääse käsiksi ollenkaan. Epistä. Diskreettitekniikalla tehty NICAM-demodulaattorikortti tarvitaan myös, jos haikaillaan 350 kHz:n erotaajuuden perään... Sensijaan videosignaalin väriapukantoaalto ja juovataajuus edustavat varsin mielenkiintoisia vaihtoehtoja toisiostandardin lähteiksi. Lopullinen ratkaisu ------------------- Näistä kahdesta vaihtoehdoista on juovataajuus siinä mielessä mielen- kiintoinen, että taajuuslaskimissa, signaaligeneraattoreissa ja mittalaitteissa ylipäätäänkin on useimmiten 10 MHz:n taajuus- referenssi ( tyypillisesti hyvälaatuinen TCXO, eli lämpötila- kompensoitu kideoskillaattori, ja parhaimmillan erittäin hyvä- laatuinen kideoskillaattorireferenssi ). 10 MHz/64/10 = 15625 Hz Täytyykö enää selitellä ? 10 MHz on varsin helposti jaettavissa irtologiikalla alas juovataajuudelle, jolloin 10 MHz:n kideoskillaattorin signaali saadaan helposti vaihevertailtua ja -lukittua juovataajuuteen. SSB-vaihekohina, jäännösvaihemodulaatio --------------------------------------- Lähipektripuhtaudella tarkoitetaan usein kahta ilmiötä, joilla on kummallakin oma syntymekanisminsa, eli laajakaistainen SSB-vaihekohina ja kapeampikaistainen jäännösvaihemodulaatio. Jitterillä taas tarkoitetaan yleisesti ottaen jäännösvaihemodulaatiota aika-alueessa tarkasteltuna ( nyt ei puututa spuriooseihin tuloksiin, harmoonisiin, tai aliharmoonisiin, vaan siihen, kuinka puhdas 10 MHz:n signaali on aivan ko. taajuuden lähiympäristössä ). Tämä asia kiinnostaa siinä mielessä, että käytettäessä 10 MHz:n referenssiä generaattorin referenssinä, sen vaihemodulaatiokomponentti kertautuu samassa suhteessa kuin generaaatorin ulostulotaajuus suhtautuu 10 MHz:n taajuuteen ( yleisesti ottaen ). Eli jos 1 GHz:n generaattorin taajuus- referenssinä käytetään "tutisevaa" 10 MHz:n referenssiä, on 1 GHz:n taajuudella tavattava jäännösvaihemodulaatio ( ~jäännös-FM ) kertautunut sadalla, eli on aivan kaamea. Samaten SSB-vaihekohinan taso nousee samassa suhteessa, eli 10 dB/dekadi. Syytä siis olisi kiinnittää tämän 10 MHz:n referenssin spektripuhtauteen. PLL-silmukan leveys ------------------- Edelleen, yleisesti ottaen, jos meillä on sellainen oskillaattori, jonka luontainen jäännös-FM on nopeata ja voimakasta, saadaan se kuriin nopealla ( laajakaistaisella ) PLL-silmukalla. Toisaalta tässä tapauksessa meillä on lukittavana 10 MHz:n kideoskillaattori. Kideoskillaattori voidaan rakentaa erittäin hyväksi yksinkertaisesti noudattamalla hyvää RF-rakennustekniikkaa. Näin täytyykin tehdä, mikäli mielii saada aikaiseksi hyvä spektripuhtaus. Tämä myös edellyttää, että säätösilmukan kaistaleveys on varsin kapea ( = suhteellisen hidas säätöfunktio ). Näin saadaan 10 MHz:n oskillaattorista spektriin kiteen lyhytaikainen peruspuhtaus, mutta referenssin pitkäaikainen taajuusstabiilisuus. Giga-EME:n haasteet ------------------- Muutaman vuoden takainen 10 GHz:n EME-projekti vaati tarktaa taajuuden tuntemusta, jotta voitaisiin minimoida mikroaalto-EME:n epävarmuus- tekijöitä. Tätä projektia varten rakensin hyvissä ajoin rubidium- toisiotaajuusstandardin. Koska prototyyppi toimi niin hyvin, se myös jäi prototyypiksi, niinkuin niin monet kokeiluistani. Se siis toimii edelleenkin kuin junan vessa ( sellainen siperianjuna, jossa käymälässä on vain lattiassa reikä - pomminvarma ratkaisu ). Sivunauhoista eroon ------------------- Spektripuhtautta olen vaalinut alusta pitäen, sillä eräät muut kyseen- alaiset projektini vaativat sitä. Eräs ongelma juovataajuden käytössä ovat ns. kentänvaihtoalueen tasauspulssit ja ennen kaikkea ns. kenttä- pulssit, joilla kuvan kentänvaihto synkronoidaan. Juovataajuus- pulsseillahan tahdistetaan jokaisen juovan piirron alku tv-kuvaruudun vasempaan nurkkaan. Kenttätahtipulssien toistotaajuus on 25 Hz, eli jos niitä ei saada suodatettua 15625 Hz:n juovataajuudesta ja ennenkaikkea säätösilmukasta, näkyvät ne 25 Hz modulaatiosivunauhoina suoraan 10 MHz:n lähdössä. I did it my way --------------- Oma ratkaisuni on seuraavanlainen: minulla on toisiotaajuusreferenssi- purkissani TV-viritin, teholähde, juovataajuuden erottelu, kenttä- taajuuden erotus, 10 MHz:n kideoskillaattori, jakoketju, vaihe- vertailija, sekä hälytysvertailija, joka ilmaisee vaihelipsahdukset. TV-viritin on Salora-merkkinen ja se peittää bandit I, III, IV, V sekä lisäksi ns. S-kanavat. Siinä on integroituna videodemodulaattori, VCO:n esijakaja, sekä ääniapukantoaaltojen erotus ja suodatus. Itse käytän sitä ihan suoraan 30 V:n säätöjännitteellä ja kymmenkierros- potikalla. Koska virittimessä on esijakaja, ei taajuussynteesikään olisi mikään iso juttu ( ei vain satu tuo digitaalitekniikka niin paljoa kiinnostamaan ). Purkista saatava video ( AGC:n jälkeen n. 1 V huipusta huippuun ) menee U1:lle ( LM1881 ). Tämä mainio pulssierottelupiiri antaa suoraan komposiittisynkan ( sis. tasaus- ja kentänvaihtopulssit ) ulos pinnast 5. Exar:in XR2211CP ( U2 ) toimii taas kapeasilmukkaisena PLL- VCO:na ja siinä muuntuvat tasauspulssit juovataajuisiksi komponenteiksi, sekä kentänvaihtopulssit saavat huutia. Silmukan kaistaleveys määräytyy datalehden kaavojen mukaisesti lasketuilla oheis-RC-komponenteilla. Kyseiset oheiskomponentit täytyy valita myös lämpötilastabiilisuudeltaan sopiviksi. Rakenne on erittäin Fletcheresque; printin maatason päälle suoraan issikat selälleen, groundia joka puolella riittävästi, vähän printti- materiaalia sinne tänne väliseiniksi, pirusti bypass-konkkia homogeenisesti jaettuna ympäri kytkentää... Toimintaselostus ---------------- Juovataajuista ( 15625 Hz ) VCO:ta seuraa suurimpedanssinen puskuri ( Q1 ) BF245C, jotta VCO:ta ei liiemmin kuormitettaisi. Puskuria seuraa kahdella NAND-portilla tehty hystereesiskytkentä, jolla pieniamplitudista juovataajuista signaalia saadaa nostettua TTL- tasoiseksi vaihevertailua varten. Vaihevertailijan toiseen haaraan tuodaan taas 10 MHz:n uunitetun ( yksinkertainen PTC-lämmitys ) oskillaattorin alasjaettu ( /10 + /8 + /8 ) signaali, myös 15625 Hz. Jako tapahtuu LS-logiikalla. Skemasta nähdään myös jakotulosten talteenotto CPU:lle. Varsinainen hyötysignaali on kuitenkin U5B:ltä saatava puskuroitu 10 MHz:n signaali. Signaali on AC-kytketty, jotta mahdollinen ulkopuolinen DC-komponentti ei aiheuttaisi ongelmia. Varsinaisena vaihevertailijana ( U4A, U4B ) on kaksikiikkuinen hyväksihavaittu kytkentä ( kaksi JK-kiikkua, 74LS74 + yksi NAND + kaksi kytkindiodia ). Koska aina ei voi olla sataprosenttisen varma TV-signaalin kelpoisuudesta, olen myös liittänty kytkentään toisen vaihevahdin ( U10A, U10B ), joka hälyttää vaihelipsahduksista. Tämä kytkentä ilmoittaa vaiheen pyörähdyksestä esimerkiksi heikossa kentässä ja sen antamaa yksittäistä pulssia venytetään monostabiililla kiikulla 74LS123 ( U9A ), jolloin saadaan riittävä akustinen ( BUZ1 ) ja optinen ( D7 LED ) hälytys signaalin kelvottomuudesta. Vaihelukitustilanne syntyy varsin nopeasti, mutta kuluu useita sekunteja, ennenkuin säätöjännite on asettunut aloilleen. Tätä kannattaa tutkia oskilloskoopilla rakennusvaiheessa. Näin saa vähän tuntumaa 10 MHz:n referenssin käytettävyyteen. Aina voisi parantaa ------------------- Eräs parannus voisi olla kideoskillaattorin ( Q2 ympäryskomponentteineen ) käyttöjännitteen nostaminen esimerkiksi 8:aan volttiin ( 7808- regulaattorilla ) ja ylipäätään syöttäminen eri käyttöjännitteestä kuin mistä logiikkaa syötetään. Kideoskillaattori on hyvä rakentaa termisesti eristettyyn omaan karsinaan. En ole tehnyt piirilevyjä sitten vuoden 1987... ----------------------------------------------- OH3JA, Jyrki Ainesjärvi otti projektin labrauksen aikoihin yhteyttä; hän tarvitsi omiin hamssiprojekteihinsa tarkkaa taajuusreferenssiä ja toi moisen asian esille. Lähetinkin hänelle kahvin ja tinan tahraamat piirustukset ja kas, postista pulpahti parin viikon kuluttua puhtaaksipiirretty skema ( kuva [1] ), piirilevylayout ( kuva [2] ) ja pari valmiiksiporattua piirilevyä ! Piirilevyillä on otettu huomioon mahdollisuus käyttää pintaliitoskomponentteja ( kuva[3] ). Komponenttien sijoittelu selviää kuvasta [4]. Sovellutuksia ------------- Olen käyttänyt toisiotaajuusreferenssiäni mm. 10 GHz:n ja 3.4 GHz:n suomen ensimmäisissä EME-kusoissa oman signaalin tarkan taajuuden määrittämiseksi menestyksekkäästi. Lisäksi kalibroin sillä määräajoin taajuuslaskimeni ja tarvittaessa signaaligeneraattorini. Saavutettava taajuusstabiilisuus on luokkaa 10E-9 ... 10E-10, eli 10 GHz:llä on luokkaa 1 ... 10 Hz. Pitäisi riittää useimpiin puuhiin. Prototyypin 10 MHz:n lähteen spektripuhtautta on yritetty tarkastella kuvassa [5]. Koska kyseiseen mittaukseen käytetty pienin resoluutiokaistaleveys oli 6 Hz, ei 25 Hz:n sivunauhoja voi, kuin yrittää arvioida ( - 55 dBc:n luokkaa - joka tapauksessa melko alhaalla ). 50 Hz:n sivunauhat ovat -68 dBc:n luokkaa ( 50 Hz/ruutu ). Kuvasta voi myös todeta, että spektrianalysaattorin aikakanta heittää 10 MHz:llä 20 Hz, eli 2 ppm. Käytettäessä taajuusreferenssiä signaaligeneraattorin yhteydessä olen havainnut spektripuhtauden kärsivät melko vähän olosuhteisiin nähden. Tietenkin riippuu generaattorin käyttämän kytkennän ominaisuuksista, kuinka hyvin se pystyy puhdistamaan ulkoista 10 MHz:n referenssejä. Eroja on ja ne ovat suuria ! Prototyypin valokuvasta näkee yleisen rakenteen ( kuva [6] ). Eikun TV-antenni kiinni ja käytettävissäsi on huippuluokan tarkka toisiotaajuusreferenssi !!! Michael Fletcher - OH2AUE http://personal.eunet.fi/pp/oh2aue/ michael.fletcher@anritsu.se