Wie kalibriert man einen 32,768-kHz-Kristall für PIC24 RTCC?

Gegen die Netzfrequenz zu kalibrieren, wie Tony vorschlägt, ist eine schlechte Idee. Die Langzeitgenauigkeit mag gut sein, die Kurzzeitgenauigkeit ist es nicht.

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Tony ist gegenüber meiner Referenz abweisend, aber das ist kein Problem, es gibt andere Quellen, die dies bestätigen. (Beachten Sie, dass er meine Referenz verwendet , um eine absolute Genauigkeit von 10 mHz/50 Hz = 0,1 ppm (sic) zu zeigen. Es sieht so aus, als wäre er so sehr mit seinen 10 beschäftigt$^{-10}$dass er keinen tausendfachen Fehler sieht.) Vielleicht akzeptiert er die Autorität des ENTSOE , das ist der "Europäische Verbund der Übertragungsnetzbetreiber für Elektrizität". Sie sollten es wissen. Aus diesem Dokument :

Aktivierung der PRIMARY CONTROL. Die Aktivierung der PRIMÄRREGELUNG wird ausgelöst, bevor die FREQUENZABWEICHUNG die Nennfrequenz überschreitet$\pm$20 MHz.

Maximal zulässige Quasi-Steady-State-Frequenzabweichung nach Referenzereignis. Eine quasi stationäre FREQUENZABWEICHUNG von$\pm$180 mHz von der Nennfrequenz entfernt ist als Maximalwert im UCTE SYNCHRONOUS AREA nach Auftreten eines Referenzereignisses nach einer Zeit zunächst ungestörten Betriebs zulässig. Unter der Annahme, dass der Effekt der Selbstregelung der Last fehlt, wäre die maximal zulässige quasi-stationäre Regelabweichung$\pm$200 MHz.

Diese Seite bietet Ihnen eine Echtzeitansicht der Abweichung.

Selbst wenn wir die 200-mHz-Ereignisse ignorieren, gibt es immer noch die 20-mHz-Abweichungen. Wir reden hier von 400 ppm, das ist mehr als eine Größenordnung mehr als der Fehler des unkalibrierten Quarzes. 4000 ppm oder zwei Größenordnungen unter Berücksichtigung der Referenzereignisse. Das Fazit bleibt also gleich: Die Kurzzeitgenauigkeit der Netzfrequenz reicht bei weitem nicht aus, um einen Quarz zu kalibrieren.
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Die Grafik zeigt, dass eine 50-Hz-Netzfrequenz kontinuierlich zwischen 49,9 Hz und 50,1 Hz schwankt, das ist ein Fehler von 0,2 % oder 2000 ppm. Ein unkalibriertes Uhrglas hat eine Genauigkeit von 20 ppm. (Horizontale Skala sind Tage.)

Dieses Gerät kann hilfreich sein:

Es ist eine Atomuhr im Chipmaßstab , die eine 10-MHz-Rechteckwelle mit 1,5 ausgibt$\times$10$^{-10}$Genauigkeit, mehrere Größenordnungen genauer als TCXO (Temperature Controlled Crystal Oscillator). Stimmen Sie Ihren Oszillator so ab, dass Sie 10 000 000 Impulse vom CSAC über 32 768 Zyklen Ihres Kristalls erhalten.

Nur 1500 Dollar, was für mich nach einem Schnäppchen klingt. (Eigene Schuld, Budget hätte man erwähnen sollen :-))

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Billiger? OK, dieser OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) hat eine Frequenzstabilität von 5 ppb (0,005 ppm) und weniger als 0,1 ppm Alterung pro Jahr. Ungefähr 150 Dollar. Verfügbar in 16,384 MHz, was ein Vielfaches von 32,768 kHz (500x) ist. Sie haben dies in Ihrer Frage erwähnt, obwohl es dafür wirklich keinen Grund gibt.

Einige GPS-Empfänger haben einen Ausgang von 1 PPS (Pulse Per Second), der ebenfalls eine hohe Genauigkeit aufweisen sollte. Sie müssten Zyklen Ihrer eigenen 32,768-kHz-Uhr über mindestens 30 Sekunden zählen, um eine Genauigkeit von 1 ppm zu erreichen. Im Idealfall erhalten Sie für eine einzelne Sekunde 32.768 Zählungen$\pm$1 Zählung, was nur einer Auflösung von 30 ppm entspricht.

Ich hatte mehrere Designs, bei denen ich während eines Serienproduktionsprozesses eine RTC kalibrieren musste. Meine Erfahrung war nicht gut mit dem Versuch, eine Art ultragenaue Referenz zu synchronisieren oder zu vergleichen - nicht wegen der Qualität der Ergebnisse, sondern wegen der Kosten und des Aufwands pro Einheit im Kalibrierungsprozess.

Was meiner Erfahrung nach am besten funktioniert, ist NICHT ein kurzes Fenster mit hoher Genauigkeit, sondern ein längeres Fenster mit mäßiger Genauigkeit, und es kann mit sehr geringen Kosten oder Entwicklungsaufwand durchgeführt werden. Wenn Sie eine mit Strom versorgte RTC-Schaltung 10 Tage lang in einer Box lassen, brauchen Sie nur einen Computer, der mit einem Zeitserver verbunden ist, der auf 1 Sekunde genau ist, um ~ 1 ppm zu erreichen, was viel weniger ist als der typische 1-Jahres-Alterungsfehler des 32,768-kHz-Kristalls ( was Ihr größtes Problem ist, wenn Sie den Nennfehler und die Temperaturkompensation herauskalibrieren). Ich weiß nicht, ob Sie von Hobbymengen oder Produktionsmengen sprechen, aber diese Lösung funktioniert in beiden Fällen sehr gut.

Alles, was wir getan haben, war, die Uhr für eine ganze Reihe von Platinen (programmgesteuert oder manuell, wenn Sie möchten) auf 1 Sekunde oder besser genau einzustellen. Lassen Sie diese Charge dann einige Zeit stehen und prüfen Sie, wie weit sie (jeweils) abgedriftet sind. 1 Sekunde an 10 Tagen entspricht etwa 1 ppm. Sie möchten die tatsächlich vom RTC gedrifteten ppm messen und dann mit den Datenblattinformationen skalieren, und Sie sind fertig.

Ich sollte auch erwähnen, dass eine Temperaturkompensation (sofern Ihre Anwendung dies zulässt) wichtig ist, wenn Sie eine Vielzahl von Temperaturen erleben. Der Temperaturfehler kann jede Genauigkeit Ihrer Kalibrierung für Temperaturen von mehr als 10 Grad C von seiner Kalibrierumgebung überschwemmen.

Ich hoffe, das hilft!

Dieser Benutzer verwendete Häufigkeitszählmethoden, deren Messung viel Zeit in Anspruch nimmt. Abgesehen von seinem kurzfristigen Phasenrauschen ist das Grundrauschen seines Zählers und seines Signal-Rausch-Verhältnisses. Die bevorzugte Methode ist die Verwendung eines TCXO-verriegelten Zeitintervallzählers (vorzugsweise HP oder Agilent jetzt), der das Intervall von N Taktzyklen mit einem 100-MHz-PLL-Takt misst, der mit dem OCXO-Referenztakt verriegelt ist, und dann den Durchschnitt bildet und dann invertiert, um die Frequenz in 1 Sekunde oder 100 Sekunden anzuzeigen 10 Nachkommastellen. Die Mittelung des Rauschens reduziert die Standardabweichung um Wurzel-N-Abtastungen.

Hier sehen wir einen Durchschnitt in Richtung 1e6 und die Powerline-Stabilität projiziert sich nach 5e6 Sekunden in Richtung 1e-6 oder 1 in 10^6. Dies kann in 1e2 Sekunden mit einem geeigneten HP-Zeitintervallzähler durchgeführt werden.

StevenHs Hinweis auf Stabilität ist schrecklich und der Autor gibt zu, dass alle kurzfristigen Fehler auf Messfehler zurückzuführen sind.

Abgesehen von täglichen Transienten für Lastzyklen ist das 50/60-Hz-Netz jedoch äußerst stabil in Phase und Frequenz. Nur Messfehler durch Mittelwertbildung mit Störimpulsen anstelle der Verwendung präziser TI-Zählungen und Herausfiltern von Störimpulsen würden die Ergebnisse verbessern. Client-Überlastungen können die Ergebnisse auch stören, wenn ihre Phase beim Verkauf von Strom an ein benachbartes Versorgungsunternehmen nicht synchron ist.

Versorgungsunternehmen müssen landesweit und weltweit so gut wie möglich mit ihren Kunden synchron bleiben, um offensichtliche Instabilitäten zu vermeiden. Es gibt signifikante Stabilitätsverbesserungen des Steuerungssystems, um eine Überreaktion auf EMP, Sonnenstürme und Netzsperren in den letzten zehn Jahren zu verhindern. Meine Beobachtungen beschränkten sich auf die späten 70er Jahre, als die Signale noch stabiler waren als diese Darstellung. Bei der Umstellung auf HGÜ-Netze ist viel passiert, die die offensichtlichen Einschränkungen der PLL-Phasenkopplung bei der Stromaufteilung auf einem Kontinent vermeiden. Aber akzeptable Toleranzen für Kunden sind locker im Vergleich zu der Grid-Sharing-Natur von Gigawatt-PLLs im Current-Sharing-Modus. (Ich kann mehr Theorie bekommen, aber es ist zu technisch)

Der von Stevenh gezeigte verrauschte Graph wird vom Autor so kommentiert, dass er aufgrund von Messfehlern kurzzeitig übermäßiges Rauschen aufweist, das mit einem aktiven BPF bei 50 (60) Hz eliminiert werden kann. Sie sagen weiter..

„Kurzfristig (Sekunden bis Stunden) kommen mehrere Mechanismen zum Einsatz, die kontinuierlich versuchen, die Frequenz möglichst nahe bei 50.0000 Hz zu halten, aber die Phase nicht berücksichtigen (dh Taktfehler). Solange die Abweichung zwischen der wahren Zeit und der von einer netzbetriebenen Uhr angezeigten Zeit weniger als 20 Sekunden beträgt, beobachtet um 8 Uhr morgens, werden keine weiteren Maßnahmen ergriffen. Wenn diese Abweichung 20 Sekunden überschreitet, ist eine Korrektur geplant: Am nächsten Tag (von Mitternacht bis Mitternacht) werden die Frequenzregler in der gesamten Zone auf 10 MHz höher oder niedriger als die normalen 50,0000 Hz eingestellt. Im Idealfall ergibt sich daraus eine Korrektur von 17,28 Sekunden. Das Obige sollte normalerweise die Abweichung innerhalb von etwa 30 Sekunden halten. Nur wenn die Abweichung 60 Sekunden überschreitet, sind größere Korrekturen als 10 mHz zulässig.“

10 MHz / 50 Hz = 0,2 PPM, was eine bessere Stabilität darstellt, als man von einem 32-kHz-Takt erwarten kann, was beweist, dass er problemlos zum Kalibrieren Ihres Taktgebers verwendet werden kann.

mehr ref. http://www.stabilitypact.org/wt2/040607-ucte.pdf Europäischer Pakt zur Sicherung der Frequenzstabilität auf dem gesamten Kontinent. Union for the Coordination of Transmission of Electricity: Pre-Feasibility Study

http://www.ucteipsups.org/Pdf/Download/englisch/UCTE-IPSUPS_SoIaC_glossy_print.pdf zusammenfassende Studie

Diese alle unterstützen, was ich von Anfang an gesagt habe, dass, wenn sie nicht phasen- und frequenzstabil wären, massive Leistungsstörungen und Instabilität beim Teilen der Stromversorgung verursacht würden. Dies ist etwas, was Winnipeg MB in Zentralkanada von Anfang an in den 70er Jahren tat und die US-Staaten in der zentralen Zeitzone mit seinen über zehn Terawatt (10 TW) Stromquellen in Wasserkraft speiste , ein wichtiger Exportartikel aus Kanada.