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Émetteur dAllouis : le signal horaire maintenu
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Oscillateurs à quartz stabilisés
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First-TF
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LABORATOIRE DES SYST`EMES DE RÉFÉRENCE TEMPS
A.1 Etat de l'art des horloges atomique `a l'été 2008 . On citera pour exemple la radiodiffusion (France Inter
Oscillateurs `a
quartz stabilis´esJ.-M FriedtD´efinition du
probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Oscillateurs `a quartz stabilis´esJ.-M Friedt (Senseor, Besan¸con)
(avec l"aide de l"´equipe temps-fr´equence du Laboratoire de Physique et M´etrologie des Oscillateurs, FEMTO-ST, Besan¸con) copie des transparents et r´ef´erences `ahttp://jmfriedt.free.fr/11 f´evrier 2008 1/27Oscillateurs `a
quartz stabilis´esJ.-M FriedtD´efinition du
probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Probl`eme ...Comment synchroniser deux ´ev´enements?
•Je poss`ede un syst`eme de positionnement par GPS et un appareilphoto num´erique. Comment localiser mes photos?•R´esponse : asservir l"horloge la moins pr´ecise (l"appareil photo) sur
une r´ef´erence (le GPS).•Dans la suite de cette pr´esentation, noussupposeronsque le GPS
fournit une r´ef´erence de tempsparfaite.•La r´ef´erence "r´eelle" est la d´efinition de la seconde : une seconde
est 9192631770 oscillations de la transition133Cs.•Cependant, le GPS ne raffraˆıchit son information de temps que 1
fois par seconde.Comment synchroniser des dispositifs rapides (quelques MHz), distants, afin de conserver une synchronisation ´a long terme. 2/27Oscillateurs `a
quartz stabilis´esJ.-M FriedtD´efinition du
probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Synchronisme •Un dispositif de facteur de qualit´e ´elev´e est stable `a court terme. •Il est cependant affect´e par les variations de son environnement `a long terme.•Notion de stabilit´e en fonction d"un intervalle de temps : variance d"Allan12. Les diff´erents types de bruits sont identifi´es par leur loi de puissance•On utilise classiquement le bruit de phase (kHzd"un oscillateur relativement `a une r´ef´erence.1F. Vernotte,Stabilit´e temporelle et fr´equentielle des oscillateurs : mod`eles, Tech.
Ing´e. R680 (2006)2F. Vernotte,Stabilit´e temporelle et fr´equentielle des oscillateurs : outils d"analyse,
Tech. Ing´e. R681 (2006)
3/27Oscillateurs `a
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probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...L"oscillateurUn oscillateur est compos´e
•un r´esonateur d´efinissant la stabilit´e de l"oscillateur en s´electionnantla fr´equence d"oscillation (caract´eristique :Q)•un amplificateur charg´e de compenser les pertes dans le r´esonateur
(caract´eristique : puissance, facteur de bruit)•des composants annexes (filtre passe bande, d´ephaseur)
garantissant l"oscillationGrésonateur Condition de Barkhausen : le d´ephasage dans la boucle est multiple de2π, les gains compensent les pertes.4/27
Oscillateurs `a
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probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...D´erives de l"oscillateur •Stabilit´e court terme est associ´ee aux tr`es grands facteurs de qualit´e •La fr´equence de r´esonance est d´etermin´ee par lag´eom´etriedu r´esonateur ?sensibilit´e aux fluctuations de temp´erature, acc´el´eration, champ magn´etique, rayonnements ionisant etc ... 5/27Oscillateurs `a
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probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Choix du r´esonateur •Le r´esonateur est classiquement r´ealis´e en mat´eriau pi´ezo´electrique car permet d"obtenir des composants ´equivalents (RLC) impossibles`a obtenir par composants passifs.•Choix du quartz pour sa disponibilit´e, faibles pertes acoustiques et
pr´esence de coupes compens´ees en temp´erature•Exemple du diapason `a quartz32 kHz,R1= 16 kΩ,C1= 2.56 fF,L1= 9.23 kH,C0= 1.51 pF
Cas qui nous int´eresse : r´esonateur HF, par exemple quartz `a 2 MHz R1= 100 Ω,C1= 0.012 pF,L1= 520 mH,C0= 4 pF pourQ= 180003
Cas qui nous int´eresse : r´esonateur HF, par exemple c´eramique `a 4 MHz R1= 8 Ω,C1= 4.4 pF,L1= 385μH,C0= 36.3 pF pourQ= 12004
•Le tirage du r´esonateur est par d´efinition la possibilit´e de faire varier la fr´equence de r´esonance par la capacit´e de charge : DL=C1×1062(C0+CL)ppm5
5http ://www.crovencrystals.com/crystalfacts.htm
6/27Oscillateurs `a
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probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPSElimination des d´erives de
l"oscillateurPremi`ere strat´egie : •OCXO : ´eliminer les sources de fluctuations associ´ees aux variations de temp´erature en la mesurant Cependant, l"oscillateur reste une sourcerelativeaux sources primaires. La d´efinition de la seconde est donn´ee par le Cs.•Seconde strat´egie : asservir l"oscillateur `a quartz sur un signal stable `a long terme6Oscillateurà quartz
synthèse résonateur atomique asservissement utilisateurcourt terme long terme6V. Giordano,G´en´eration de fr´equence, Tech. Ing´e. R.682, `a paraˆıtre7/27
Oscillateurs `a
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probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Oscillateur asserviDeux constantes de temps :
1un oscillateur stable `a court terme, mais qui d´erive sous l"influence
de perturbation de l"environnement2une grandeur physique longue `a interroger, mais fournissant la stabilit´e `a long terme (transition optique ou microconde dont lesignal d"interrogaton est issu de l"oscillateur `a quartz)3entre les deux, un algorithme d"asservissementinterrogation
d'un système stableGrésonateur
f0 BF 8/27Oscillateurs `a
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probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Tirage de la fr´equence•Condition de Barkhausen n´ecessite rotation de phase de 2nπ•Rotation de phase par condensateurs de pieds
•En variant un de ces condensateurs, on varie la fr´equence de r´esonancepolariσaτion (Vdc) x 10 600.01 0.02 frequence |Y| vide 27 pF
37 pF
x 10 6-2 0 2 x 10 6-2 0 2 x 10 6-2 0 2 x 10 6-2 0 2 fY
2.014750 MHz 2.014820 MHz D f=70 Hz 3600 3800 4000 4200 4400 4600 4800
0 20 4060
80
100
120
frequence % 65536 (Hz)
PWM -> DAC (u.a.)9/27
Oscillateurs `a
quartz stabilis´esJ.-M FriedtD´efinition du
probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Caract´erisation de la stabilit´e d"un oscillateurLa variance d"Allan7: y(τ) =? ???12(M-1)M-1?
i=1(yi+1-yi)2 pourMmesures de la s´erie temporelleyr´eguli`erement distribu´ees dans des segments deτsecondes y n=?δff n =1τ (xn+1-xn) pour une erreur de fr´equenceδfautour def), ou des mesuresxn d"intervalles de temps.7Allan, D. & J. Barnes,A Modified "Allan Variance" with Increased Oscillator Characterization Ability, Proc. of the 35th Annual Frequency Control Symposium. (1981) 470-475. http://www.allanstime.com/AllanVariance/ 10/27Oscillateurs `a
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probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asserviOutiles de
caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Propri´et´e de la variance d"AllanConcr`etement,
2y(τ0) =12(M-1)"
(y2-y1)2+ (y3-y2)2+...+ (yM-yM-1)2"2y(2τ0) =12(M-3)"
"y3+y42 -y1+y222+"y4+y52
-y2+y322+...+
yM-1+yM2 -yM-3+yM-22 2"2y(M/2×τ0) =12
yM/2+1+...+yMM/2-y1+...+yM/2M/2" 2quotesdbs_dbs1.pdfusesText_1[PDF] horoscope pdf
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