Введение

Один из ключевых параметров качества радиотехнических устройств стабильность частоты, определяемая опорным генератором. Однако стремление к максимальным характеристикам не всегда оправдано. Выбор топового генератора без учета условий эксплуатации может привести к неоправданным затратам, усложнению конструкции и снижению надежности системы без существенного выигрыша для пользователя.

В этой статье кратко рассматриваются основные типы опорных генераторов — от простых кварцевых резонаторов до высокоточных рубидиевых стандартов. С ростом стабильности частоты увеличиваются стоимость и сложность конструкции, а вот надёжность, может снижаться. На основе этого анализа предлагаются критерии выбора оптимального решения для разных задач.

Также приводятся практические результаты: экспериментальные данные по долговременной стабильности частоты доработанного термостатированного генератора и результаты его программной подстройки с использованием ЦАП после выхода на рабочий режим.

Поводом для исследования стало обсуждение вопросов частотной стабильности со специалистами компании «Морион» и попытка точной настройки термостатированного генератора. Как выяснилось, достижение максимальной точности — процесс далеко не мгновенный.

1 Оценка стабильности частоты

Нестабильность частоты можно оценить в абсолютных единицах:

где:

f₀ – номинальная (желаемая) частота;

f – частота на выходе генератора (измеренная).

Нестабильность частоты можно оценить в относительных единицах:

Имея генератор с произвольным значением частоты, можно теоретически получить любую частоту путем использования цепочки умножения и деления этой частоты. К примеру, для обработки сигнала с рабочей частотой 10000 МГц мы хотим в супергетеродинном приемнике перенести его на промежуточную частоту 1550 МГц. Для этого при помощи синтезатора частоты формируем сигнал гетеродина f_LO:

f_LO = 10000+1550 = 1155 МГц                                                                        (3)

Если частота опорного генератора 10 МГц, тогда частоту гетеродина можем получить 11550 МГц = 10 МГц·1155, то есть умножаем опорную частоту на 1155.

Если частота опорного генератора 12 МГц, тогда частоту гетеродина можем получить 11550 МГц = (12 МГц/2)·1925, то есть делим опорную частоту на 2 и умножаем на 1925.

И в том, и в другом случае мы получаем желаемую частоту 11550 МГц абсолютная стабильность которой прямо пропорциональна относительной стабильности опорного генератора. Поэтому, чтобы абстрагироваться от номинала частоты опорного генератора, далее будем пользоваться понятием относительной нестабильности частоты, она же коэффициент нестабильности частоты (КНИ), определяемый по формуле 2.

Стоит также отметить, что обычно долговременная стабильность частоты для низкочастотных генераторов лучше, чем у более высокочастотных. Но работа с опорными сигналами низкой частоты создает дополнительные сложности, в частности, необходимость увеличения коэффициента умножения в схемах формировании сигналов.

Вопрос влияния коэффициента умножения и уровня фазовых шумов опорного генератора на уровень фазовых шумов формируемого сигнала – это отдельный вопрос, в этой статье опускаем. Отметим, что один из способов увеличить опорную частоту для снижения фазовых шумов или просто уменьшить уровень фазовых шумов опорного генератора, это воспользоваться промежуточным синтезатором частоты с внешним генератором, управляемым напряжением (ГУН), или, иначе говоря, с другим генератором с требуемыми фазовыми шумами, что в определенных пределах позволяет абстрагироваться от этих характеристик для опорного генератора.

Стабильность частоты зависит от многих факторов, поэтому выделяют разные ее виды:

Температурная стабильность частоты – стабильность частоты при изменении температуры в определенных пределах. Чем шире температурные пределы, тем обычно больше уход частоты.

Кратковременная стабильность частоты показывает, на сколько частота уходит от номинальной в течении короткого промежутка времени от долей секунды до нескольких десятков секунд. Часто оценивается как девиация Аллана.

Долговременная стабильность частоты – стабильность частоты за сутки, неделю, месяц, год, 10 или более лет.

2 Основные виды генераторов, используемые в типовых устройствах, особенности выбора между ними

2.1 Основные виды генераторов

Рассмотрим параметры стабильности частоты различных генераторов. Все они так или иначе имеют в своей конструкции кварцевый элемент, поэтому дальнейшее изложение можно рассматривать как эволюцию или усложнение кварцевого генератора.

Обычные кварцевые генераторы (XO Crystal oscillator) с относительной температурной стабильностью: 1·10^-5 … 1·10^-4 (±10–100 ppm).

В таких схемах стабильность частоты напрямую связана со стабильностью используемого в них кварцевого резонатора. При этом могут использовать различные срезы кварцевого элемента, которые различным образом определяют его зависимость резонансной частоты от температуры [1].

Термокомпенсированные (TCXO Temperature compensated crystal oscillator) кварцевые генераторы с относительной температурной стабильностью: 1·10^-7…5·10^-6 (±0,1…5 ppm). 

В схеме такого кварцевого генератора используются специальные схем, компенсирующие температурные уход резонансной частоты используемого кварцевого резонатора. Они могут быть выполнены аналоговым способом с применением терморезисторов или с применением цифровой подстройки в зависимости от температуры. Кварцевые элементы при этом преимущественно выбирают с кубической зависимостью частоты от температуры (например, срез AT). Поэтому, при постепенном изменении температуры относительная стабильность частоты может пульсирующим образом то увеличиваться, то уменьшаться.

Термостатированные (OCXO Oven-controlled crystal oscillator) кварцевые генераторы с относительной стабильностью: 5·10^-8 … 1·10^-11 (±10…0,01 ppb).

В конструкции таких генераторов применяется термостат, поддерживающий постоянную температуру кварцевого элемента и, тем самым, стабильность частоты при изменении рабочей температуры. Кроме того, в этих генераторах применяется кварцевый элемент со срезом, отличным от используемых в термокомпенсированных (TCXO) генераторах (например, SC-срез). После включения этим генераторам требуется время на нагрев термостата, а также время для выхода на режим, чтобы обеспечить заявленную стабильность частоты. Если время установления частоты занимает менее 5 минут, то в качестве времени выхода на режим с заявленной стабильностью частоты производители обычно указывают 30 суток.

Рубидиевые генераторы (Rb oscillator) обладают долговременной стабильностью 2·10^-11…4·10^-12 (0,02 …0,004 ppb) в сутки,  2·10^-10…5·10^-10   (0,2…0,5 ppb) в год, температурная стабильность порядка 1·10^-10  (0,1 ppb).

Эти генераторы относятся к классу квантовых генераторов, в них высокая долговременная стабильность частоты выходного сигнала обеспечивается за счет синхронизации частоты внутреннего кварцевого генератора с частотой атомного перехода, слабо зависящего от внешних факторов. В данном генераторе используется резонансный переход между уровнями гипертонкого расщепления атома рубидия-87. Этот переход происходит при частоте внешнего воздействия 6.834 682 610 ГГц.

В таких генераторах колба с парами рубидия облучается светом и, также, облучается СВЧ-сигналом, близким к частоте резонансного перехода атомов рубидия-87 (6,834 682 610 ГГц), при котором атомы рубидия начинают поглощать облучаемый свет. Фотодиод фиксирует уровень интенсивности света, прошедшего через колбу и, таким образом, формирует сигнал ошибки в системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), которая подстраивает кварцевый генератор. Частота с кварцевого генератора идет на выход и на схему формирующую СВЧ-сигнал для облучения колбы, замыкая тем самым петлю ФАПЧ. Подробнее про работу рубидиевого генератора можно почитать, к примеру, здесь [2].

Этот тип генератора относится к квантовым стандартам частоты, но сигнал здесь снимается все еще с кварцевого генератора.

Наличие колбы с парами атомов рубидия создает дополнительные требования к условиям эксплуатации, такие как внешняя температура, давление и предельные уровни вибрации.

Если далее повышать стабильность частоты, то переходим к цезиевым и водородным стандартам частоты, они значительно больше и дороже ранее рассмотренных, и далее не рассматриваются.

В таблице 1 приведены примеры генераторов разных типов и параметры их стабильности частоты.

Таблица 1 - Примеры генераторов разных типов с температурным диапазоном не менее -40…+70 (данные из документации)

3 Особенности выбора и эксплуатации опорных генераторов

Ниже приводятся особенности, которые имеет смысл учитывать при выборе типа генератора, игнорирование которых может приводить к заблуждениям по поводу реализованной стабильности частоты в эксплуатируемом устройстве.

3.1 Время выхода на режим кварцевых генераторов

• Нагрев термостата термостатированного и рубидиевого генератора.

Для термостатированных генераторов после включения нужно время чтобы термостат нагрел резонатор до нужной температуры, обычно это единицы минут. До нагрева термостатат резонансная частота резонатора сильно отличается от номинальной.

Для работы рубидиевого генератора таже требуется нагрев колбы с парами рубидия, время может уже занимать десятки минут.

Если нужно чтобы генератор работал меньше чем за минуту после включения тогда актуально установить термокомпенсированный (TCXO) генератор. Он дешевле, потребляет меньше энергии и обеспечит лучшую стабильность частоты в течении времени, пока альтернативы «нагреваются».

• Старение кварцевого генератора

Помимо зависимости резонансной частоты от температуры, частота кварцевого генератора после включения начинает медленно изменяться. Этот эффект называется старением генератора. При этом чем больше времени проходит, тем меньше изменение частоты за фиксированные интервалы времени. Чем дольше генератор непрерывно работает, тем лучше его стабильность. Поэтому в контексте кварцевых генераторов считается, что чем более "состарен" генератор, тем лучше его характеристики.

Производители обычно указывают долговременную стабильность частоты кварцевых генераторов (TCXO, OCXO) после 30 суток непрерывной работы из-за эффекта старения кварцевого резонатора. Однако на практике требуется значительно меньше времени, чтобы выйти на паспортную стабильность. Соответственно, если генератор используется в устройстве, для которого характерно периодическое выключение питания, тогда через час работы после долгого простоя вместо ожидаемой долговременной стабильности термостатированного генератора ±1·10^-10 в сутки можно получить стабильность хуже, чем ±1·10^-9 в сутки.

При производстве устройств может возникнуть желание установить частоту генератора с максимальной точностью. Для частоты 10 МГц и долговременной стабильностью 1·10^-10 в сутки точность установки будет 0,001 Гц (10 МГц · 1·10^-10).  Если настраивать термостатированный генератор через час после включения, то через сутки после включения его частота может уйти более чем на f₀·10^-9. Соответственно если частота опорного генератора 10 МГц, то настраивать его через час работы с точностью лучше чем 0,001 Гц не имеет смысла, если частота генератора 100 МГц, то настраивать его лучше чему 0,01 Гц не имеет смысла. Альтернатива ждать выхода на режим несколько суток, но тогда стоит учитывать ретрейс генератора описанный далее.

3.2 Ретрейс генератора или изменение частоты после выключения питания

Если генератор выключить, а затем включить, то после выхода на режим у него установится другая частота, отличная от той, которая была перед выключением питания. Если производители указывают величину ретрейса, то делают это обычно после 24 часов в выключенном состоянии с последующем выходом на режим. Соответственно, если устройство пролежало на складе неделю, то для термостатированных генераторов уход частоты может быть еще более непредсказуемым, с величиной более 10·10^-9. Подробнее про зависимость ухода частоты от времени в выключенном состоянии можно посмотреть, к примеру, здесь [3]. Соответственно, если актуальна не только стабильность частоты, а также точность установки ее абсолютного значения, то стоит либо закладывать механизм подстройки частоты, либо рассмотреть вариант использования более простых генераторов и смирится с их более низкой стабильностью частоты, величина которой больше величины ретрейса.

Другой подход – использовать рубидиевые генераторы, которые обладают относительно низким ретрейсом ±1·10^-10, но их конструкция более сложная, и применять их стоит обоснованно.

3.3 Особенности теплового режима

Термокомпенсированные генераторы характеризуются низким энергопотреблением и, как следствие, минимальным нагревом. Не требуют специальных мер охлаждения благодаря малой тепловой нагрузке.

Термостатированные генераторы (OCXO) используют встроенный термостат, поддерживающий постоянную температуры кварцевого элемента. Температура термостата всегда несколько выше верхнего предела рабочих температур. Поэтому если температур окружающей среды выйдет за верхний предел рабочих температур, стабильность частоты может значительно ухудшится.

Специальных мер по обеспечении теплового режима термостатированных генератора обычно не требуется. Но избыточный теплоотвод с корпуса генератора может привеcти к росту энергопотребления (термостату потребуется больше мощности для поддержания температуры).

Рубидиевые генераторы содержат газовую ячейку, требующую нагрева и термостабилизации. Время термостабилизации занимает больше времени, чем у OCXO (больше единиц минут). При недостаточном теплоотводе или резких перепадах температуры возможны дрейф частоты и сокращение срока службы.

Для рубидиевых генераторов производитель обычно указывают рабочий диапазон температур корпуса генератора, а не окружающей среды, соответственно более тщательно стоит продумывать отвод тепла от генератора. Если происходит перегрев генератора, то термостабилизация газовой ячейки генератора может выключится и генератор начинает работать в режиме простого кварцевого генератора.

3.4      Зависимость от ориентации в пространстве (G-чувствительность)

Если взять кварцевый генератор (OCXO или TCXO), а затем расположить его в пространстве определённым образом, то его рабочая частота может изменится примерно в пределах 2·10^-9…2·10^-10 в зависимости от модели генератора. Изменение вызвано изменением направления силы тяжести, воздействующей на кварцевый резонатор. Величина выглядит не столь большой по сравнению с температурной нестабильностью, но вносит свой вклад в понимание необходимости подстройки частоты, либо закладывать размещение генератора по нужной оси относительно вектора сила тяжести, при вращении вокруг которой частота не будет меняться.

3.5 Влияние температуры

При изменении температуры окружающей среды стабильность частоты:

• у TCXO генератора меняется циклически в определённых пределах;

• у OCXO монотонно изменяется с изменением температуры, при использовании двойного термостатам увеличивается на порядок;

• у рубидиевого генератора резко меняется в пределах температурной стабильности, если не удается обеспечить стабильную среду для его работ, тогда термостатированный генератор может оказаться более выигрышным, при частых термоциклах.

4 Пример использования кварцевого генератора 10 МГц в схеме с точностью установки частоты 3 мГц

В используемом устройстве планируется поддерживать питание генератора постоянно, поэтому термостатированный генератор для высокой стабильности частоты имеет место быть. Генератор, изготовленный на заказ, был доработан дополнительной платой с экраном, на которой реализована дополнительная активная фильтрация питания и подстройка частоты при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Внешний вид генератора показан на рисунке ниже (Рисунок 1).

Для измерения стабильности частоты применялся частотомер Keysight 53220A, в качестве опорного сигнала для частотомера использовался рубидиевый стандарт частоты FE-5650A со значением средней относительной изменение частоты выходного сигнала за сутки ±2∙10^-11. Соответственно, измерить частоту со стабильностью лучше, чем ±2∙10^-11, не представлялось возможным. Схема измерения показана на рисунке ниже (Рисунок 2).

Далее были проведены ряд измерений с выключением питания. Результаты измерения представлены на рисунке ниже (Рисунок 3).

Отмечу, что измерения проводились в рабочем кабинете, где кипит рабочий процесс разработки с перепадами температуры от включения/выключения кондиционера, открывания окон и различной солнечной активности за окном. С одной стороны точность измерения от этого страдает, в том числе от колебаний эталонного рубидиевого генератора в схеме изменения, с другой стороны условия эксплуатации более приближены к реальной работе.

В измерениях (Рисунок 3) можно наблюдать описанные выше эффекты:

1. Изменение частоты за определенный интервал времени, к примеру, за сутки, уменьшается. Проще говоря, чем дольше работает генератор, тем стабильней его частота. При этом при сравнении частоты через 1-н час и через 25 часов относительный уход частоты составил более 2,35∙10^-9, что хуже, чем, к примеру, изменение частоты, после 24 часов и 48 часов работы, которая составила 3,8∙10^-10. Через 3-е суток суточная стабильность уже 2,1∙10^-10. Паспортное время выхода на режим у генератора 5 минут, если вопреки этому измерять суточную стабильность через 30 секунд после включения, то она составит 1,14∙10^-6.

2. Наблюдается ретрейс – после выключения генератора его установившаяся частота отличается от той, которая была до этого. Чем дольше генератор находился в выключенном состоянии, тем больше она отличалась. После нахождения генератора без питания в течении 6 суток его частота изменилась на 8,6∙10^-10.

3. При изменении положения генератора в пространстве уход частоты составил 1,1∙10^-9.

Вывод: если стоит задача обеспечить стабильную работу генератора и нет необходимости обеспечения точности установки частоты, то достаточно обеспечить непрерывный режим генератора до выхода его на режим. Если нужно установить генератор с точностью близкой к номинальной, то необходимо его подстраивать после выхода на режим. Если время, выделенное на выход на режим больше минуты, то стабильность частоты термостатированного генератора начинает превышать аналогичные термокомпенсированный.

4.1 Использования цифро-аналогового преобразователя для подстройки генератора

Если приять, что частота генератора не может быть выставлена производителем генераторов на заводе выше определенной точности, то стоит предусмотреть его подстройку в устройстве.

На практике автор часто встречал подстройку таких генераторов при помощи переменных резисторов (потенциометров). Такой способ кажется сомнительным по нескольким причинам:

1. При воздействии времени, вибрации и прочих факторов номинал потенциометра может уходить.

2. Время выхода на режим. На практике автор еще не встречал случая, чтобы блок выдерживали в течении хотя бы 2 суток под напряжением прежде, чем установить нужную частоту. В лучшем случае это часы. На примере исследуемого генератора относительное изменение частоты генератора через 6 часов после включения и через 48 часов (двое суток) составило более 1,6∙10^-8, иными словами, абсолютный уход частоты составил 0,16 Гц. Из конкретно этого примера можно сделать вывод, что настраивать генератор в течении часа с точностью более, чем 0,16 Гц, не имеет смысла.

3. Ретрейс генератора. Даже если предположить невероятное, что блок выждали положенные 30 суток и установили потенциометром нужную частоту, а затем застопорили винт потенциометра краской, то после перезапуска устройства частота изменится. Если предположить, что величина ретрейса 10·10^-9, то мы получим абсолютный уход частоты порядка 0,1 Гц (10·10^6 умножить на 10·10^-9 Гц). Полученная точность установки лучше, чем у термокомпенсированного генератора, но хуже, чем можно добиться, если дождаться выхода генератора на режим, установить частоту и продолжить работу.

Тем не менее, такой способ пригоден для устройств, в которых важна стабильность частоты, но не ее точное значение или где учитывается уход частоты при цифровой обработке сигнала (ЦОС), когда полоса захвата ФАПЧ больше величины ухода частоты.

Оценим точность установки частоты при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) с разрядностью 12 бит на термостатированном генераторе со следующей спецификацией:

• допустимый диапазон изменения управляющего напряжения от 5 до В;

• пределы перестройки частоты при изменении управляющего напряжения от 0 до E_оп, не менее ± 5,0·10^-7 (диапазон 10,0·10^-7).

Сделаем предположение, что частота в пределах регулировки меняется линейным образом, тогда шаг перестройки частоты будет:

где:

f0 – рабочая частота;

N – разрядность ЦАП;

δ – относительное изменение частоты в диапазоне перестройки.

Если выбрать ЦАП с разрядностью 16 бит, то шаг перестройки частоты будет уже 0,15 mHz, что может быть актуально для генераторов со стабильностью 1,53·10^-11.

Применение ЦАП у многих коллег - разработчиков ассоциируется с цифровой частью, которая создает побочные гармоники и негативно влияет на аналоговую часть, внося шумы, гармоники и прочие неприятности в аналоговом тракте. Эти опасения иногда вызывают сомнения в применении ЦАП в опорном генераторе, тем не менее в применённой схеме, развязка между интерфейсом управления используемого ЦАП и его выходом достаточна большая, и после перестройки данные в нем не обновляются, как это обычно происходит в ЦАП при формировании периодических сигналов (для ПЧ передатчика или в составе схемы прямого синтеза сигнала DDS).

Применении ЦАП в опорных генератора с высокими требования к фазовым шумам может вызывать сомнения, так как обычно ассоциируются с помехами от цифровой части. Ниже приведены графики фазовых шумов генератора с электронной подстройкой и без нее по схеме с резистивным делителем в цепи подстройке частоты (Рисунок 4).

Как видно, разницы от присутствия сигнала подстройки практически нет. Та, что есть, может быть вызвана случайно ошибкой измерений.

После перестройки данные в ЦАП не обновляются, как это обычно происходит при формировании периодических сигналов (для ПЧ передатчика или в составе схемы прямого синтеза сигнала DDS). Поэтому единственным источником возможных помех видится используемый интерфейс управления, но развязка между ним и выходом ЦАП достаточно большая, поэтому влияния не наблюдается.

Ниже приведены экспериментальные данные измерения частоты генератора при перестройке частоты при помощи ЦАП. Генератора перед перестройкой работал в течении нескольких суток (Рисунок 5).

Шаг перестройки частоты при этом составил менее чем 6,1 мГц, таким образом, точность установки частоты ±3,05 мГц (половина от шага перестройки частоты). Ниже приведен график зависимости относительной частоты (∆f/f₀) от кода управляющего ЦАП (Рисунок 6).

Вывод: используемый генератор с управляющем напряжением от 0 до 5 В при помощи 12-битного ЦАП можно настроить с точностью лучше, чем ±3∙10^-10.

4.2 Точность установки частоты после выхода на режим и подстройки

В итоге, после выхода на режим генератора в течение нескольких суток, он был подстроен при помощи ЦАП на частоту, максимально близкую к номинальной. Далее были произведены измерения его частоты в течении суток, результаты представлены ниже (Рисунок 7).

Как видно из графика, точность частоты составила ±3∙10^-10.

Производитель генератора при этом нормировал не более ±5∙10^-8 за год относительно значения через 30 суток после включения.

На графике видна полка, при которой нет скачков частоты. Наиболее вероятно, что это связано с частью измерения, которая проходила ночью, когда в лаборатории никого не было и в окно не святило солнце. При этом скачки частоты могут быть вызваны как изменением частоты исследуемого генератора, так и изменением частоты рубидиевого стандарта частоты, который достаточно чувствительный к малым перепадам температуры.

Применение 12-битного ЦАП позволяет достичь точности подстройки ±3 мГц (0,3 ppm) для генератора 10 МГц. Для улучшения точности можно использовать 16-битный ЦАП, что снизит шаг до 0,15 мГц (0,015 ppm), но это имеет смысл делать если требуемая стабильность генератор в соответствующем временном интервале должна быть лучше ±3∙10^-11.

5 Пример реализации устройства формирования опорной частоты с подстройкой сигнала по сигналу PPS

Если стоит задача синхронизировать опорную частоту нескольких устройств, то без электронной подстройки это делать сомнительно. Если такой задачи нет, то имеет смысл рассмотреть генератор вообще без подстройки, в резонансной цепи которого отсутствует варикап (конденсатор с переменной емкостью). Помимо простоты конструкции такой генератор обладают лучшими параметрами по фазовым шумам.

Типовое решение подстройки частоты при синхронизации нескольких устройств – это использование внешнего опорного сигнала PPS (pulse per second) частотой 1 Гц, который приходит со спутников GPS. Структурная схема такого варианта представлена ниже (Рисунок 8).

Как видно из рассуждений выше, для термостатированного генератора можно обеспечить точность синхронизации лучше, чем 3∙10^-10, что в абсолютных величинах для частоты 10 МГц составило 3 мГц. Если использовать схему регулировки с меньшим шагом и увеличить время выхода на режим, тогда эту точность можно увеличивать.

Периодическая подстройка термостатированного генератора по сигналу PPS может быть более выигрышным вариантом чем использование более стабильного рубидия благодаря меньшей стоимости его применения и более высокой надежности.

6 Выводы

Если время выхода на режим после включения должно составлять меньше минуты, или предполагается периодической выключение питание, сразу после включения которого устройство должно штатно работать, то логично использовать термокомпенсированый генератор и смириться со стабильностью более 1∙10^-7. В этих условиях эти генераторы обладают лучшей стабильностью меньшими габаритами и энергопотреблением.

Если время выхода на режим больше нескольких минут допустима, тогда стабильность частоты термостатированных генераторов превосходит термокомпенсированные, но, чтобы выйти на их номинальную паспортную стабильность в сутки нужно оставлять их в рабочем состоянии несколько суток.

При изготовлении устройств с термостатированным генератором имеет смысл настраивать его частоту с точностью не более величины ретрейса, для некоторых моделей порядка 10∙10^-9. При этом если нет времени ждать выхода на режим, то максимальная точность настройки еще меньше, до 1∙10^-8.

Если нужна точность лучше, чем 2∙10^-10 уже через 5 минут работы, то можно рассмотреть вариант использования рубидиевого генератора. Но стоит принять меры по обеспечению требуемых параметров эксплуатации в условиях внешних воздействий, таких как перепады температуры, давление и вибрации, к которым может быть чувствительна резонансная ячейка (колба) с атомами рубидия.

Если имеется время ждать выхода на режим и сохранять напряжение питания на генераторе, то при использовании термостатированного генератора можно обеспечить точности установки частоты и стабильность лучше, чем 1·10^-10 за счет подстройкой от внешнего сигнала синхронизации. Это вариант видится надежным решением в условиях работы с большим перепадом температуры, давления и при соответствующей элементной базы радиации, что характерно в условиях открытого космоса.

Литература

1. Кочемасов В., Хасьянова Е. Кварцевые резонаторы — особенности и области применения // Электроника: наука, технология, бизнес. — 2015. — № 10. —  URL: https://www.electronics.ru/files/article_pdf/5/article_5036_767.pdf

2. FE-5650A. Стандарт частоты: руководство по эксплуатации. —  URL: https://morion.com.ru/files/uploads/Rb/Руководство%20по%20эксплуатации%20FE-5650A_02.05.23.pdf

3. Иванов Ю. Современные кварцевые и рубидиевые генераторы // Современная электроника. – 2024. – № 1. – С. 32—38. URL: https://cloud.cta.ru/iblock/b19/b19db42550c2914f1468e9a84293f6e3/20240132.pdf