Ремонт и реверс рубидиевого генератора SpectraTime LPFRS

[xDevs]

Про мультиметры у нас тема уже есть, а как же быть с генераторами и частотомерами, да и осциллографами всякими? Как правило для калибровки этих приборов необходим источник образцовой частоты, часто это 10МГц.
Что у нас является наиболее стабильным эталоном? На сегодня это цезиевые атомные генераторы, реже водородные. Но для простых смертных очень хороших результатов можно добиться малой кровью, а именно использовав б/у рубидиевый генератор и GPSDO.

В качестве введение, сегодня мне приехал подарок на новый год - стопка очередного радиоэлектронного мусора пяток поломанных рубидиевых генераторов 10МГц.



Питание +24В, выход 10МГц, RS232 (TTL) интерфейс. Продавец не в курсе что с ними такое, и продал на свой страх и риск.
Будем попытаться отремонтировать сие чудо инженерной мысли, возможно собрать хотябы один рабочий из пяти трупиков.

При подаче питания, они прогреваются до примерно +50-55°С (снаружи), и на выходе есть какой-то сигнал около 10МГц.

Распотрошил пока один, фото дня - светящийся рубидиевый источник:



Ваши мысли, с чего начать ремонт?
Сам я в технике переменного тока не силен, так что осваиваю новую тему с нуля. Частотомера нет, что плохо в данном случае (если не считать оным 3458А , который выдает 6 знаков частоты).

Для оценки стабильности пока использовую генератор HP 33120A, подав сигнал на второй канал осциллографа и подстроив частоту генератора до совпадения дрейфа сигналов (по мере возможности, уплывает быстро). Получилось 9.9995896 МГц пока на самом "живом" источнике, но плавает в пределах герцев (два других проверенных вообще частоту меняют туда-сюда в пределах сотен герц).

[RU3DDM]

Ух,какая тема мощная,но уж дюже специфическая... А вот генератор,который с выходом 9.9995896 МГц -может это частота без подстройки ФАПЧ,т.е. своей внутренней опоры? Фото платки можно,любопытно очень. Может захвата в петле нет? Оттого и частоты близкие к 10Мгц но не ровно 10Мгц.

[xDevs]

Частота генератора - это выход HP 33120А, который получился с такой цифрой чтобы осциллограмма синуса совпала с выходом Rb (более менее). Хотя она постоянно плавает туда сюда, вот сейчас 9.9997729Мгц.

Ссылки на инфо в интернетах о модулях:

http://www.spectratime.com/products/isource/
http://www.egidy.de/temex_lpfrs_lpro/
http://www.eevblog.com/forum/projects/building-a-rubidium-freqency-standard-at-home/
http://time-nuts.febo.narkive.com/ssfEAnts/temex-lpfrs-01-analog-frequency-adjustement

Фото:





Раскручиваем, вынимаем...



Кучки логики и рассыпухи, довольно плотный монтаж.



Ячейка и лампа подогреваются двумя транзисторами в TO-220 с обоих сторон.





Процессор Motorola 68000, ЦАП DAC8800 и мелкая логика вокруг...



Макро..



К печке приклеена пара кварцев, 20.000MHz (больший) и 90MHz (меньший с тремя лапами).

Попытался потыкать консолькой, выставил скорость 1200 bps, 8N1 но при подаче питания вылезла только белиберда:

[xDevs]

Видео поведения:

[aen]

Про мультиметры у нас тема уже есть, а как же быть с генераторами и частотомерами, да и осциллографами всякими?

Есть уже такая тема и существует довольно давно.
viewtopic.php?f=10&t=32450
Поэтому данную тему переименовал.

[noise1]

Извините, а смысл Вашего ремонта? Получите на выходе что то и??? Для оценки стабильности частоты есть аппаратура? Какую стабильность собираетесь измерить, кратковременную. долговременную, выбег? Для оценки стабильности этих генераторов, Вам понадобится аппаратура под лимон зеленых и пол года работы.

[Дмитрий М]

На уквпортале vhfdx.ru была большая тема по рубидиям пару лет назад. В том числе по ремонту. Если исходить из наших рубидиев то там атомы диффундируют, концентрация падает, захват петли фапч становится неустойчивым. Тогда чуть добавляют ток лмпы, выгоняют остатки рубидия из эимттера.. и так пока не умрёт источник. оН там расходуемая часть. Как я помню на ебее и даже цена зависит от положения точки подогрева, она косвенно показывает остатки запасов металла в колбочке лампы.

[xDevs]

Noise1

В случае успешного ремонта, модуль отправлю на калибровку по GPSDO. C этим проблем нет, так что ссылка на лимон зеленых немного непонятна. Опять же конечная цель - получить стабильный эталон для домашнего любительского лаба, а не открыть институт метрологии


Дмитрий,

Производитель дает спецификацию MTBF на эти модули - 50лет. Разобранный экземляр произведен в 2004м году, что по идее еще оставляет порох в пороховнице.

В самом худшем случае, у меня получилось пять хороших корпусов с печками и магнитными экранами для ИОНов на базе LTZ1000

[xDevs]

Интерфейс поправил, с помощью 74HCT14 между генератором и UART-USB.

Код: Выделить всё

TNT/LPFRS01 Rb  Version 2.05  1/2/02 Checksum: 1D1A/E981
00
F8
?
00
F8
80 84 62 38 1E 93 A5 E4 
7E 7F 62 39 1F 8C A0 D4 
7D 79 62 39 1E 93 9A D3 
7C 7B 61 39 1E 93 9A D3 
80 81 62 39 1E 97 A0 E4 
80 6A 62 39 1F 99 A2 E4 
7D 78 62 39 1E 9A 9B DB 
7E 6A 62 39 1E 98 99 DE 
80 7A 62 39 1E 9A A3 E6 
7E 7D 62 39 1E 8A A3 DA 

Распотрошил модули, с виду все целое. Сделаны в 2002-2004, четыре более старой ревизии, один (на фото) свежий.
Все лампы светятся нормально, насколько это возможно сказать. Лампы прогреваются до 90 градусов.
Кварцы 20MHz и 90MHz работают.

[khach]

Для начала бы блок-схему нарисовать, кто отвечает за синтез опорной частоты, как она преобразуется на СВЧ (скорее всего ДНЗ диод в резонаторе), как проходит сигнал обратной связи по частоте. Разбирать наверно стоило только один резонатор, т.к можно легко сбить настройку на частоту СВЧ резонатора. Потом найти контрольные точки аналогового сигнала после усилителя фотодиода и подать пилу на управление частотой и получить спектр поглощения ячейки на осциллографе. После этого будет понятно- или нет поиска-захвата частоты , или слабый уровень сигнала.

[xDevs]

Запитал модули от SMPS DC/DC (Meanwell RD-125B, 24V 4.6A + 5V 4.6A).
Три модуля после выхода на режим четко стали на одной частоте, лишь слегка (2-10 нс) плавают друг от друга. Триггер по CH3.



Два других имеют сильно другие частоты (пару сотен герц вверх и вниз)

Прошу прощения за бардак, уже утро 8am , так что иду спать..





Логи:

Module S/N 340A
Module S/N 7011
Module S/N 7011 adjustment
Module S/N 7731

Видео тоже поснимал, позже загружу.

[noise1]

Для дома и Геоцинтов за глаза. Полная поверка Рубидиевого обойдется в копеечку.

[khach]

Запитал модули от SMPS DC/DC (Meanwell RD-125B, 24V 4.6A + 5V 4.6A).
Три модуля после выхода на режим четко стали на одной частоте, лишь слегка (2-10 нс) плавают друг от друга. Триггер по CH3.

Ну так стабильность с точностью до фазы между модулями никто и не обещал. Тем более метод подстройки частоты тут АПЧ, а не ФАПЧ. А вот с остальными интересно. Они в процессе поиска сигнала абсорбции в ячейке должны перестраиваться по частоте. Некоторые модули в процессе поиска вообще ничего не выдают на выходе частоты, но всегда можно подключиться внутри прибора к генератору. Надо обратить внимание, в процессе поиска частота перекрывает заданную, или поиск идет в стороне по частоте. Потому что последнее- это старение кварца VCXO. Обычно кварц удается подвинуть на середину правильного диапазона поиска, но надо подкрутить резисторы начального смещения (или сменить константу начального смещения в еепром калибрации, если это новый прибор с полностью цифровым управлением).
Скачайте http://www.spectratime.com/documents/lpfrs_manual1.pdf - там в конце есть про подстройку центральной частоты по интерфейсу.
ЗЫ. http://first-tf.com/wp-content/uploads/2015/08/tphorlogelamperbenfirst-tf.pdf тут осциллограмма свипа через резонанс показана.

[xDevs]

Проблемные модули ведут себя идентично, подстройка частоты происходит, но результатирующая частота после "lock" значительно отличается. Подстройка наружными методами не имеет достаточного диапазона (как резистором подстроечным, так и RS232 командами тонкой и грубой подстройки). Все мануалы я конечно скачал, изучаю.

Составлю блок схему для начала, будет понятнее.

[TEKTRON]

К сожалению, мой опыт общения с Rb ограничен другими моделями, но ведь общий принцип один и тот же.
В приведённом ниже мануале может помочь раздел "Theory of operation", а в руководстве по ремонту - признаки и причины неисправности. В этих моделях Т термостата гораздо выше 90гр.С, и уменя неисправность была именно в этом (из-за негодного чип-конденсатора не работал термостат). Удачи!

Datum_LPRO-101.pdf

(1.6 МБ) 587 скачиваний

Efratom_LPRO_Repair_Guide_rev4_Dec2008.pdf

(1.88 МБ) 654 скачивания

[xDevs]

Cпасибо. Судя по всему три модуля таки работают нормально, сейчас один работает постоянно с логом данных RS232.
Заказал Trimble GPSDO с ибея, ждем-с для поверки и сличения.

[TEKTRON]

Lady Heather вам в помощь!

[xDevs]

Не думаю что данная программа поддерживает конкретный GPSDO.

[TEKTRON]

Возможно, потребуется руки приложить:
от автора LH -

Users of GPSDOs other than the Thunderbolt models should review the comment header in HEATHER.CPP for specific notes.

Using a terminal emulator program and 57600 8N1N
I was able to communicate with the board. Typing '?' will give
you a long list of all the commands it will accept. For instance,
'STAT' and 'POSSTAT' are 2 of the commands that will give you
info on how the board is working. Typing *IDN? at the UCCM-P >
prompt returns 57964-60 for my board and POSSTAT shows up to 12
satellites can be tracked.

и ещё куча всего про питание и подключение...
А ещё там есть многообещающее фото

[xDevs]

Только фото Lady Heater там человек приводит в качестве примера, чего он хочет, а не что получилось. Так чтр, будем "посмотреть".