M'n Masterclock heeft er een broertje bijgekregen: een Rubidiumclock
Alweer meer dan een jaar terug vond ik op de Lichtmis een Temex LPFRS-01 Rubidium module. (Temex heet inmiddels Spectratime).
Hij bleek defect, maar ook prima te repareren (De arme elco’s waren door hun bloedwarme werkomgeving overleden)
Mijn Temex LPFRS-01 is een versie met mooie opties (datasheet):
A: ong. 3x betere lange termijnstabiliteit,
S: ong. 2x betere korte termijnstabiliteit,
X: extra uitgangsfilter (minder harmonischen en spurious)
Er doen vele verhalen de ronde over de levensduur van een Rubidium. Het Rb in de lamp wordt verbruikt, en als het Rb op is, is het einde verhaal.
Het deed me daarom goed om in de datasheet te lezen dat het hier om een modernere versie gaat met een verlengde levensverwachting van 20 jaar.
Verder is (volgens de datasheet) de garantie 1 jaar op de elektronica, en 20 jaar op Rb lamp & cell.
De mijne is van 2005, dus dat geeft hoop voor de (nabije) toekomst. Theoretisch heb ik nog zo'n 6 jaar garantie op de Rubidium cel
Overigens lijkt die 1 jaar garantie op de elektronica ook goed gekozen, gezien mijn reparatie ervaring...
Gesterkt door bovenstaand heb ik rond die Temex module nu een stand-alone apparaat gebouwd:
De meeste Rb fabrikanten geven op in hun inbouwinstructies dat de Rb goed koel gehouden moet worden. En dat koelen de levensduur van de Rb meer dan verdubbelt.
Koelen lijkt tegenstrijdig: er zitten meerdere ovens in, en je moet de module juist afkoelen... Ter vergelijk, sommige OCXO’s leveren zelfs betere prestaties als je ze isoleert...
Wat hier meespeelt is dat de Rb lamp/cell flink heter gestookt wordt dan een OXCO oven (lamptemperatuur is 140°C!). De elektronica rondom zou dat niet lang overleven met die temperaturen... De elco’s in mijn Temex zijn het praktische bewijs
Testen en meten aan de losse Rb module leerde me dat passieve koeling betere resultaten opleverde (betere stabiliteit) dan koelen met een fan. Ook een flinke thermische massa bleek heilzaam.
Ook bleek de module enigszins gevoelig voor trillen. Ook wat dat betreft is meer massa dus heilzaam. Dat valt allemaal dus mooi samen.
Ik heb dus een behuizing gemaakt die de Rb goed koelt (alleen de koelplaat is 1°C/W), en een flinke thermische massa heeft.
De module zit op een 5mm dikke aluminiumplaat geschroefd, die vervolgens met thermische pasta aan kast en koelplaat geschroefd is.
Op de bodem ligt een 2mm dikke staalplaat. Voor wat magnetische afscherming, b.v. tegen straling van een trafo van een onderstaand apparaat. En wat extra massa is hier mooi
De benodigde rand elektronica is eigenlijk hetzelfde als bij de Masterclock: voeding, uitgangsbuffers en evt. wat signalering. Dus om het me makkelijk te maken heb ik gewoon een Masterclock print gebruikt. Alleen draait alles nu op 24V, omdat de Rb 24V nodig heeft.
De voeding moest wat verzwaard, omdat de startstroom van de Rubidium 1,1A is. Voor de LM317 dus nog geen enkel probleem. Voor de 10MHz buffers is die 24V alleen maar een zegen. Door de grotere headroom is hun vervorming flink gezakt.
Omdat ik maar 2 uitgangen nodig heb kon er een stukje van de print af. Mooi omdat de ruimte in de kast beperkt was.
Natuurlijk moest ik de print wat aanpassen voor z'n nieuwe toepassing.
Met name de gewijzigde comparator schakelingen, en de LED aansluitingen had ik er afgezaagd
Hier zie je ook de "Zobal" netwerkjes over de trafo uitgangen toegepast, die eerder in het 10MHz trafo topic voorbij kwamen.
De scherpe speurder ziet ook een 4k7 weerstandje over een LED aansluiting. De gebruikte rode LED's hebben zo'n hoog rendement dat de open collector uitgang van de LM393 onvoldoende kan sperren, de LED bleef zacht oplichten....
Het bleek lastig om een trafo in de buurt van de Rb te monteren. Ik heb een hele reeks metingen gedaan met verschillende trafo's. Dat waren trafo's die op zich al weinig straalden, ringkern of afgeschermd. Maar altijd zag ik hun aanwezigheid terug in het spectrum van de Rb...
Dus de keuze was òf een erg grote behuizing (kan de trafo verder weg) òf externe voeding. Ik heb voor die externe voeding gekozen.
Deze Rb is niet zoals de Masterclock bedoeld voor permanent gebruik als counter tijdbasis of lab clock, maar meer voor experimentele toepassingen (frequentie en stabiliteit metingen). Dan is voeden met een labvoeding geen enkel probleem. Bijkomend voordeel is dan dat de dubbel gestabiliseerde voeding extra schoon is
Ik heb de originele Masterclock voeding met brugcel etc. wel gewoon in tact gelaten. Dat houdt een breed scala aan voedingsopties open: Bij DC voeding geeft het een foolproof beveiliging tegen ompolen, en een ruime marge tegen overspanning.
Alternatief kun je alsnog AC voeden. Ik kan altijd nog een losse trafo in een kastje zetten voor stand-alone gebruik.
De toch al op de print aanwezige comparators heb ik nu gebruikt om te monitoren of er voldoende voedingsspanning aanwezig is. Zodat niet ongemerkt de performance kan verminderen door brown-out van de spanningsstabilisatie.
Voor de liefhebbers hier het schema.
De RS-232 interface is een verhaal apart.
De Rb module heeft een RS-232 interface op TTL niveau, en ik wilde graag echte RS-232 niveaus. Verder, als er al experimenterend wat mis gaat, is het beter een externe interface te slopen dan de Rb zelf
Technisch niet zo spannend, meer dan een MAX232, inverters en een 5V voedinkje daarvoor is het niet...
Maar op gaatjesprint kreeg ik dat (trough hole) niet onder 6x6cm. En dat werd lastig in m’n kastje... (Ik wilde ook ruimte rondom de Rb vrij houden i.v.m. de warmteontwikkeling)
Dus heb ik een versie in SMD op een dubbelzijdig printje ontworpen, en dat werd een stuk kleiner . Dat paste gewoon achter op de RS-232 connector.
Het printje heb ik laten maken in China bij JLC, en kostte me 2 Euro voor 10 stuks….. (plus 6 Euro verzendkosten).
Dat was de echte eye-opener voor mij. Dat gaan we dus vaker doen
Lichtbak en etsbak kunnen eigenlijk wel weg...
groet, Gertjan.