[PDF] Oscillateurs à quartz stabilisés





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CONSTRUlSEZ UN RECEPTEUR DE FREQUENCE ETALON ET

L'émetteur de France Inter se trouve à Allouis au Nord-Ouest de Bourges dans Une porteuse étalon asservie en phase par un oscillateur atomique au Césium.



Émetteur dAllouis : le signal horaire maintenu

1 févr. 2018 ... grandes ondes de France Inter. L'émetteur d'Allouis abrite aussi une horloge atomique donnant l'heure à un million de récepteurs



Développement dune horloge atomique sur puce à atomes

22 oct. 2010 On a vu que la stabilité d'une horloge atomique dépend directement de la durée d'inter- rogation; ainsi augmenter cette durée représente un ...



Du cadran solaire à lhorloge atomique remontons lhistoire du

1 janv. 2014 Selon la Société astronomique de France notre pays compterait encore 17 762 cadrans solaires. Les artisans qui les réparent ou les créent



Oscillateurs à quartz stabilisés

11 févr. 2008 Divers signaux issus d'horloges atomiques sont disponibles sur faisceaux hertziens : synchronisation de télévision France Inter



First-TF

Radio France Chaire Blaise Pascal. disposer d'une horloge synchronisée automatiquement sur le temps atomique de ... (France-Inter grandes ondes)



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 Friedt

D´efinition du

probl`emeD´efinition d"un oscillateurOscillateur asservi

Outiles de

caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Oscillateurs `a quartz stabilis´es

J.-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 1/27

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Outiles 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 appareil

photo 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 transition

133Cs.•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. 2/27

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Outiles 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 (kHz τ >10xs) pour caract´eriser la stabilit´e

d"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)

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caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...L"oscillateur

Un oscillateur est compos´e

•un r´esonateur d´efinissant la stabilit´e de l"oscillateur en s´electionnant

la 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 de

2π, les gains compensent les pertes.4/27

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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 ... 5/27

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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 quartz

32 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 R

1= 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 R

1= 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 : D

L=C1×1062(C0+CL)ppm5

5http ://www.crovencrystals.com/crystalfacts.htm

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caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS

Elimination 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 terme6Oscillateur

à quartz

synthèse résonateur atomique asservissement utilisateurcourt terme long terme

6V. Giordano,G´en´eration de fr´equence, Tech. Ing´e. R.682, `a paraˆıtre7/27

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caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Oscillateur asservi

Deux 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 le

signal d"interrogaton est issu de l"oscillateur `a quartz)3entre les deux, un algorithme d"asservissementinterrogation

d'un système stable

Grésonateur

f0 BF 8/27

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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 60
0.01 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 40
60
80
100
120
frequence % 65536 (Hz)

PWM -> DAC (u.a.)9/27

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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) =? ???1

2(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/ 10/27

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caract´erisationImpl´ementation de ces conceptsR´esultats exp´erimentauxAu-del`a du GPS ...Propri´et´e de la variance d"Allan

Concr`etement,

2y(τ0) =12(M-1)"

(y2-y1)2+ (y3-y2)2+...+ (yM-yM-1)2"

2y(2τ0) =12(M-3)"

"y3+y42 -y1+y22

2+"y4+y52

-y2+y32

2+...+

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
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