【デバイス】クロック時間精度の調査<多摩RV-8803-C7で0.2ppm体験したい>

パワーメーター開発で、3か所のCPUから発生する時系列データのタイムスタンプが同じでも、実際の現象の位相がずれている課題が発生して、クロックの管理の重要さを認識しました。
クロックの代表技術の水晶発振器について、検索していると普段PC電子機器で使っているクロックの精度が悪いので愕然としております。
(20-100ppm)
世間一般のクロック精度の技術について調査してみました。
ppmなど時計の精度の分かりやすい解説記事ありました。

 


●PCや電子計測器より高級腕時計のほうが精度が良い

お父さんたちがもっている、お出かけ用の腕時計が年差10-5秒程度ですが、その精度は、0.1-0.4ppmです。つまり、お父さんの腕時計のほうが、
正確であるべき電子機器のクロックより遥かに正確なんです。
PCスマホは、NTPやGPSで時刻調整ができるので、累積して時刻精度が狂うことはありませんが、計測観点では、1クロックの時間精度が問題となるので、CPU自体のクロック精度が高くないと計測データの精度がでません。オシロでも、20ppm程度が普通で特殊な計測用にppbレベルのOCXO水晶をオプションで取り付けないと高精度計測ができません。
岩通の高安定クロック
基準時刻が狂っていても変動がほとんどなければよいのですが、基準時刻が狂っているということは、何か4M変動に弱い要素をもっているので、長時間では、変動が大きいだろうと想定できるので、本当の時間精度のクロック
を求めることは重要だと考えます。

 

 

●水晶発振器ランク名称
  水晶の高精度ランク:OCXO>TCXO>SPXO
民生用(量産を前提に開発された)デバイスではない水晶発振器をさがすとppbレベルでOCXOという世界がありました。
日本電波工業の解説記事抜粋
https://www.ndk.com/jp/ad/beyond/001/index.html


高級腕時計並み、TCXO程度の水晶発振器を計測に使いたいと思った

●学問の世界でのクロック精度
東工大の原子時計解説記事
https://www.titech.ac.jp/news/2019/043571.html

 

●TCXOで遊んでみたい
秋月では気の利いたのが売ってないので、探すとマルツで気の利いたのがありました。水晶としては高いけど、性能がきにいりました。
https://www.marutsu.co.jp/pc/i/1556263/#item_description


 水晶は、多摩電子のRV8803-C7です。
https://tamadevice.co.jp/pdf/mc/rtc/jpn/rv-8803-c7-datasheet-j.pdf
これの年間の実験結果をみると 年平均0.22ppmでしたので
TCXOの最高峰OCXOに近い性能があります。
https://tamadevice.co.jp/rv-8803-c7-aging-accuracy.htm

●遊び方
①精度体感
オシロで平均、MAX、MINを測定してみますが、オシロ自体の
基準クロック精度がワンランク下のSPXOなのでTCXOの評価ができるかどうかというと、できないので、最終的には、秒単位で差が発生するまで長時間動作させて、NTP、GPSで現在時刻と比較する以外にないと
思います。

➁現在つかっているRTCと比較する
現在DS3231や20ppm程度の水晶発振器を使って計測しようと
してますが、それらとの差をみて、違いがでたら、凄さを実感できると
思います。

 

 

 

 

 

 

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