10-MHz-Masterclocks in der Diskussion

Nebusaradan
Aktiver Hörer
Beiträge: 74
Registriert: 20.03.2013, 17:11

Beitrag von Nebusaradan »

Hallo Ulli!
Dass die Ultramatch nicht so der Hit ist, dachte ich mir schon. Aber ohne bekomme ich das Spdif-Signal einfach nicht in den Faltungsrechner. Vielleicht lohnt sich ja ein Upgrade. Danke für den Tip!
Viele Grüsse,
Didi
Bild
Fujak
Moderator
Beiträge: 5752
Registriert: 05.05.2009, 21:00
Wohnort: Bayern
Kontaktdaten:

10MHz Clock im Selbstbau

Beitrag von Fujak »

Hallo 10MHz-Clocker,

nun habe ich mich auch mal damit befasst, einen kleinen kompakten 10MHz-Generator zu bauen.

1. Einleitung

In der "Low-Budget-Klasse" bei den Oszillatoren gibt es derzeit kaum eine ähnlich preisgünstigen Oszillator, wie den MV89a aus der St. Petersburger Oszillatorschmiede Morion. Gebraucht bekommt man ihn bereits ab 25,- €.

Ein Wermutstropfen besteht allerdings darin, dass die eingebaute Doppelheizung und der Oszillator über einen gemeinsamen 12V DC Eingang versorgt werden. Intern wird dann auf drei Spannungsregulatoren verzweigt, aus denen Heizung, Oszillator und Referenzspannung generiert werden.

Das ist zwar praktisch, weil man nur eine Stromquelle braucht, ist aber unpraktisch, weil man damit eine saubere Spannungsregelung für den Oszillator bis max. 1,5 A wegen der mitversorgten Heizung hinbekommen muss. Der reine Oszillator wäre mit weitaus weniger Leistung zu versorgen und damit zu regeln.

Bei dem letzten Treffen der Forumscrew bei Gert und seiner Frau (siehe: http://www.aktives-hoeren.de/viewtopic. ... 812#p79718), konnte ich mit ihm noch eine für mich offene Frage klären: Er bestätigte meine Vermutung/Befüchtung, dass es für eine saubere Stromversorgung des Oszillators nicht reicht, Trafo, Gleichrichter, Sieb-Elko(s) und einen LowNoise-Regulator zu verwenden, um am Ende die nominalen Ripple/Noise-Werte aus dem Datenblatt des Regulators zu erreichen.
An dieser Stelle nochmals herzlichen Dank an Gert für den Lösungsansatz in Form eines Schaltplans, den er in wenigen Minuten aufs Papier brachte und eine im Ergebnis saubere Stromversorgung realisieren lässt.

Dann habe ich schnell die Teileliste zusammengestellt, bei den üblichen Verdächtigen bestellt, und Mitte der Woche war alles beisammen. Ein Nachmittag Gehäusebearbeitung und ein Tag Platine bestücken und Zusammenbau.


2. Konstruktionsdetails

Da ich mich aus eher pragmatischen Gründen für die technisch nicht unproblematische gemeinsame Unterbringung von Netzteil und Oszillator entschieden hatte, wurde der Trafo vom Gehäuse durch dicke Moosgummibeläge auf Boden und Haltescheibe resonanzentkoppelt.

Gegen mögliche EMI-Störungen habe ich den Oszillator zweifach mit EMI-Folie rundum verkapselt, was nach Datenblatt des Herstellers eine Dämpfung von -60dB erbringt.

Bild

Zusätzlich habe ich den Oszillator an vier Seiten mit Schaumstoff beklebt, um die Aufheizzeit zu verringern bzw. die Haltephase zu verlängern. Da der OCXO insgesamt ein gewisses Eigengewicht auf die Waage bringt, habe ich hier von weiterer Resonanz-Entkoppelung abgesehen.

Wie hier schon mehrfach erwähnt, habe auch ich den MV89a extern mit Widerständen und Kondensatoren an "Uin" und "Uref." entsprechend seinen Spezifikationen beschaltet, um offene Ein-/bzw. Ausgänge und damit mögliche Störeinflüsse zu vermeiden.

Bild

Hinsichtlich der Stromversorgung wollte ich ursprünglich den TI TPS7A4700-094 verwenden, einer der saubersten Regulatoren; mit seinen maximalen 1A scheidet er aber leider wegen o.g. Leistungshunger des MV89a leider aus.
Eine Kühlkörper-Konstruktion, die die entstehende Hitze während der Heizphase effizient abführen könnte, habe ich mit ihm noch nicht zufriedenstellend lösen können.
So habe ich mich erstmal mit dem LM317 begnügt, dem ich lt. Oszilloskop dank Gerts Schaltkonzept immerhin eine geglättete Spannung mit 12mV Ripple entnehmen kann.

Beim Testlauf war ich zunächst ein wenig beunruhigt über die Temperaturen, die besonders während der initialen Heizphase in den keramischen Widerständen bzw. im Regulator entstehen, aber eine Rückfrage bei Gert klärte mich auf, das es durchaus so temperiert zugehen dürfe. Immerhin wird das geschlossene Gehäuse nach einer Stunde höchstens handwarm.

Bereits beim Einschalten in der Aufheizphase gibt der OCXO 10MHz aus, allerdings noch leicht schwankend - erst in der Haltephase bleibt der Takt genau bei 10MHz.

Bild

Die Ausgangsspannung des Taktsignals von knapp 2V bleibt übrigens konstant in einem Bereich von 9-13V Eingangsspannung (mehr habe ich nicht riskieren wollen); unter 9V sinkt der Ausgangspegel dann aber sehr schnell ab, bevor dann auch die 10MHz verlassen werden.

Das 50Ohm-Kabel habe ich direkt am Oszillator-Ausgang (RF) festgelötet, um nicht noch eine weitere BNC-Übergangsstelle zu haben. Beim Kabel handelt es sich um ein robustes Aircell 7, mit einem Dielelektrikum, welches - wie der Name schon sagt - Luftkammern beinhaltet, das durch Verbindungsstege den richtigen Abstand zwischen Innen- und Außenleiter hält. Mit seinen speziellen BNC-Steckern hält es die 50 Ohm auch bis in die Steckverbindung sehr genau ein.

So habe ich das ganze auf- und eingebaut.
Von vorne:

Bild

Von hinten:

Bild


3. Anschluss an die Mutec MC-3+

Meine drei MC-3+ sind mit ihren Gummifüßen glücklicherweie genau so hoch, dass man mittels dreier T-Stücke und Zwischenadaptern eine starre Verbindung der 10MHz-Eingänge untereinander herstellen kann. Das finde ich aus technischer Sicht eleganter, als kleine Zwischenkabel zu verwenden. Auch hier ist die Devise, möglichst wenig Übergangsstellen und damit potenzielle Störquellen zu schaffen. Von unten wird das 10Mhz-Signal zugeführt, oben am anderen Ende sitzt der Abschlusswiderstand.

Bild

Da die MC-3+ ihren Eingang auf 75 Ohm spezifiziert hat, der Morion MV89a aber auf 50 Ohm läuft, muss in dem Falle die interne Terminierung der MC-3+ deaktiviert werden (was problemlos mit einem Jumper realisiert wird) und die Kette extern mit Abschlusswiderstand auf 50 Ohm getrimmt.


4. Klang

Der Lohn des Aufwandes ist aus meiner Sicht beträchlich: Im Gegensatz zu der vor ein paar Wochen getesteten Rubidium-Clock (siehe http://www.aktives-hoeren.de/viewtopic. ... 976#p78401), bei der mich das Ergebnis in Anbetracht des ökonomischen Aufwandes nur begrenzt überzeugen konnte, fällt der Unterschied dieses Mal viel deutlicher aus - selbst bei der Ansteuerung von nur einer Mutec MC-3+. Ich muss sagen, ich bin ziemlich begeistert von dem, was ich höre. Um nicht immer wieder die gleichen Formulierungen verwenden zu müssen, beschränke ich mich auf drei Worte: mehr Räumlichkeit, mehr Detailauflösung, mehr Präzision.
Es erstaunt mich immer wieder aufs Neue, was in Wirklichkeit auf einer schnöden 44.1/16-Aufnahme alles drauf ist.

Abschließend kann ich sagen, dass die Reise in Sachen 10MHz für mich noch nicht zu Ende ist - vor allem was Oszillatoren mit weit besserem Rauschverhalten als der MV89a und eine bessere Stromversorgung anbelangt. Dazu mehr Details, wenn aus den derzeitigen Vorbereitungen etwas konkretes geworden ist.

Grüße
Fujak
Bild
Trinnov
Aktiver Hörer
Beiträge: 971
Registriert: 13.11.2009, 19:02

Beitrag von Trinnov »

Hallo Fujak,

danke für deinen wie immer sehr ausführlichen und interessanten Bericht. Der Aufbau macht außerdem einen sehr ordentlichen Eindruck.

Mir kam bezüglich deiner 12V Spannungsversorgung mit 12mV Ripple spontan folgende Idee: Versorge die MV89 statt mit dieser Spannung mal mit einem ausreichend großen 12V Akku und schaue mal welcher Ripple da nach der Aufheizphase verbleibt. Sollte die Stromaufnahme, wie ich annehme, zumindest nach der Aufheizphase sehr konstant sein, dürfte an dieser Stelle bereits eine sehr saubere Spannung stehen. Vielleicht hast du so einen Akku zufällig rumliegen, dann könntest du durch einen anschließenden Hörtest sofort prüfen, ob es sich lohnen würde mehr Aufwand in das Netzteil zu stecken oder nicht.

Ich will das Thema auch angehen, möchte aber aus diversen Gründen noch warten. Ein paar Ideen sind aber schon vorhanden. Zumindest eine MV89A habe ich mir derweil zum Anfang schon mal gesichert.

viele Grüße

Horst
Bild
Trinnov
Aktiver Hörer
Beiträge: 971
Registriert: 13.11.2009, 19:02

Beitrag von Trinnov »

Diese Ausführung des TPS7A4700 lässt sich ganz gut kühlen. Trotzdem ist er allerdings mit nur typ. 1A spezifiziert. Die Wärme ensteht logischerweise aus der In/Out Differenz-Spannung mal dem Last-Strom.
Wenn man dem Teil nur 12,5V oder 13V anbietet, hat man die Wärme sehr gut im Griff. Dropout Voltage nur 307mV bei 1A!

http://www.ebay.de/itm/390745972134?ssP ... 1439.l2649

Eventuell könnte man über eine PTC-Schaltung eine zweite Spannung während der Warmlaufphase zusätzlich per Relais zuschalten und diese dann nach dem Aufwärmen wieder wegschalten. Vielleicht kann jemand mal die Stromwerte in kaltem und in warmem Zustand messen.

Viele Grüße

Horst
Bild
Fujak
Moderator
Beiträge: 5752
Registriert: 05.05.2009, 21:00
Wohnort: Bayern
Kontaktdaten:

Beitrag von Fujak »

Hallo Horst,

ja, die Idee mit dem Akku finde ich eine gute Idee. Ich habe sogar noch einen solchen Akku (aus den ersten Fireface-Stromversorgungsexperimenten).

Den von Dir verlinkten TPS7A4700 im "TO-3P Design" habe ich übrigens mehrfach in meiner PC-Stromversorgung in 12V und 5V Varianten im Einsatz und somit auf Lager. Den wollte ich ursprünglich direkt hinter dem auf der Platine sitzenden LM317 testen, da ich dadurch den Dropout für den TPS7A4700 mittels dem Spindeltrimmer des LM317 exakt einstellen kann. Zudem bekommt der TPS7A4700 dadurch schon einen gut vorgereinigten Strom.

Ich habe nur noch keine befriedigende Lösung gefunden, wie ich einen Kühlkörper auf dem kleinen Chip effizient applizieren kann. Die Peripherie des Chips liegt auf gleicher Bauhöhe, sodass ein größerer Kühlkörper schwierig wird. Mal sehen, wie ich das isolieren kann, um keine Kurzschlüsse über den Kühlkörper zu riskieren.

Grüße
Fujak
Bild
Koala887
Aktiver Hörer
Beiträge: 537
Registriert: 27.12.2010, 17:23
Wohnort: Eltmann, Unterfranken

Beitrag von Koala887 »

Hallo Fujak,

meinen Glückwunsch zum neuen Netzteil. Du mauserst dich ja langsam zum Profilöter. :cheers:
Fujak hat geschrieben:Ich habe nur noch keine befriedigende Lösung gefunden, wie ich einen Kühlkörper auf dem kleinen Chip effizient applizieren kann.
Da der Chip ein Thermopad hat, reicht es wenn du die Massefläche auf der Platinenunterseite kühlst. Ich verwende meistens ein passendes Stück Aluprofil zwischen Platine und Kühlkörper, mit Silikonfolie isoliert.

Schöne Grüße
Daniel
Bild
Fujak
Moderator
Beiträge: 5752
Registriert: 05.05.2009, 21:00
Wohnort: Bayern
Kontaktdaten:

Beitrag von Fujak »

Hallo Daniel,

danke für den Tipp. Wenn ich Dich also richtig verstehe, dann kann ich einen Kühlkörper auf die Rückseite montieren. Hier sehe ich allerdings keine durchgängige Massefläche sondern fünf durchkontaktierte Verbindungen; oder sollen diese die thermische Verbindung zum Kühlkörper herstellen?

Hier mal ein Bild von der Rückseite:

Bild

Und hier von der Seite, um den Überstand der SMD-Bauteile gegenüber dem Chip zu zeigen:

Bild

Grüße
Fujak
Bild
Trinnov
Aktiver Hörer
Beiträge: 971
Registriert: 13.11.2009, 19:02

Beitrag von Trinnov »

Da ich meine kürzlich bestellten Platinchen noch nicht habe, kann ich momentan nur vermuten dass du bereits mit der großen Fläche auf der Rückseite schon einen großen Kühlkörper hast. Falls der nicht reicht, kannst du mit einer Softtherm Wärmeleitfolie die Kupferfläche noch termisch mit dem Gehäuse verkoppeln:

http://www.conrad.de/ce/de/product/1890 ... K?ref=list

Habe mit diesem Typ sehr gute Erfahrungen. Ist aber auch nicht ganz billig. Möglicherweise reicht auch die 1mm Ausführung. Das Zeug ist wie Kaugummi und leicht zuschneidbar. Habe mit einer größeren Fläche dieses Softthermmaterials auch die unregelmäßige Kuperdraht-Oberfläche meiner Torobar Drosseln der CLC-Siebung in meiner Aleph-X Endstufe mit einem Kühlkörper verkoppelt.

viele Grüße

Horst
Bild
Koala887
Aktiver Hörer
Beiträge: 537
Registriert: 27.12.2010, 17:23
Wohnort: Eltmann, Unterfranken

Beitrag von Koala887 »

Hallo Fujak,
Fujak hat geschrieben:Hier sehe ich allerdings keine durchgängige Massefläche sondern fünf durchkontaktierte Verbindungen; oder sollen diese die thermische Verbindung zum Kühlkörper herstellen?
ja genau, das sind die Verbindungen zur Kühlfläche des IC.
Trinnov hat geschrieben:Falls der nicht reicht, kannst du mit einer Softtherm Wärmeleitfolie die Kupferfläche noch termisch mit dem Gehäuse verkoppeln.
Ich verwende diese hier:

http://de.mouser.com/Search/ProductDeta ... -A14162-25

Ist ca. 2mm dick und lässt sich auf 0,5 zusammen drücken. Ist auch einiges billiger. :wink: Für Fujaks Anwendung reicht aber denke ich auch diese Folie:

http://www.reichelt.de/Waermeleit-paste ... nr=SI+6018

Schöne Grüße
Daniel
Bild
Fujak
Moderator
Beiträge: 5752
Registriert: 05.05.2009, 21:00
Wohnort: Bayern
Kontaktdaten:

Beitrag von Fujak »

Hallo Daniel und Horst,

prima, das hilft mir weiter, vielen Dank! :cheers:

Grüße
Fujak
Bild
Fujak
Moderator
Beiträge: 5752
Registriert: 05.05.2009, 21:00
Wohnort: Bayern
Kontaktdaten:

Beitrag von Fujak »

Hallo zusammen,

gestern kamen die Folien und Isolationsbuchsen für den TPS7A4700 an (danke nochmal an Dich, Daniel, für Deine Tipps per PN), und so konnte ich mich Abends ans Werk machen und den TPS7A4700 mit einem kleinen Kühlkörper einbauen. Da auf der Platine kein Platz mehr dafür war, habe ich drei Kabel von der Platine abgeführt und den TPS7A4700 mit Kühlkörper mit seinen Fingern voraus in die Rillen der Seitenwand geklebt, welche für die Aufnahme der Platinen vorgesehen sind. Auf diese Weise gibt es noch eine Wärmeabführung an das Gehäuse, sollte der kleine Kühlkörper nicht reichen.

Diese Sorge stellte sich dann ohnehin als unbegründet heraus. Selbst in der Aufheizphase bleibt der TPS7A4700 erstaunlich wohltemperiert (=handwarm). Gemessener Strom beim Aufheizen beträgt 1,34 A. Das scheint er also locker zu verkraften. Auch nach einer Stunde Betrieb ändert sich daran wenig. Die Drop-Voltage des TPS7A4700 habe ich übrigens auf 0,5V eingestellt.

In der Messung des 10MHz-Ausgangssignals fiel mir eine Zunahme der Vpp von 1,980 V (nur mit LM317 versorgt) auf 2,120 V (mit TPS7A4700) auf.

Der Ripple nimmt durch die Kaskadierung von LM317 und TPS7A4700 deutlich ab, sodass mein Oszilloskop an seine Messbarkeitsgrenze kommt (etwa 500 µV). Es ist nur noch ein gerader Strich zu sehen, d.h. das Oszi misst nur noch sich selbst. Hier bräuchte es nun ein deutlich leistungsfähigeres Gerät. Denn bekommt der TPS7A4700 eine gut vorgekaute (=vorgeregelten) Spannung, dann bringt er es auf wenige µV laut Datenblatt. Wie weit er sich diesem Ideal angenähert hat, vermag ich also nicht genau zu sagen.

Hier kann ich nur wieder meine Ohren bemühen. Und die "messen" eine hörbare Zunahme an Sauberkeit und Detailauflösung - etwa in der Größenordnung von einem Drittel, soll heißen: Das Umschalten der MC-3+ mit und ohne 10MHz-Taktung ist um dieses Drittel deutlicher geworden gegenüber der einfacheren Stromversorgung.

Damit bin ich zufrieden.

Grüße
Fujak
Bild
acci
inaktiv
Beiträge: 249
Registriert: 15.04.2009, 22:47
Wohnort: Köln

Beitrag von acci »

Hallo Fujak,

wird es für Forumskollegen mit zwei linken Händen die F-Clock zu kaufen geben? :P

LG Bert
Fujak
Moderator
Beiträge: 5752
Registriert: 05.05.2009, 21:00
Wohnort: Bayern
Kontaktdaten:

Beitrag von Fujak »

Hallo Bert,
acci hat geschrieben:wird es für Forumskollegen mit zwei linken Händen die F-Clock zu kaufen geben? :P
darüber habe ich ehrlich gesagt, noch nicht nachgedacht; denn noch sehe ich bei dem Gerät einiges Potenzial brachliegen, was ich in der nächsten Zeit zumindest probieren möchte auszureizen. Wenn etwas dazu spruchreif werden sollte, werde ich darüber berichten.

Viele Grüße
Fujak
Bild
acci
inaktiv
Beiträge: 249
Registriert: 15.04.2009, 22:47
Wohnort: Köln

Beitrag von acci »

Hallo Fujak,

falls es ein fertiges Produkt dann zu vermarkten gibt, hätte ich Interesse.
Würde mich auch als Betatester anbieten.

Das können ja nur Master 7 User sein. :mrgreen:

Gruß Bert
Breti
Aktiver Hörer
Beiträge: 44
Registriert: 13.09.2012, 13:17
Wohnort: Aachen

Beitrag von Breti »

Hi,

schöner Umbau. Sieht ja auf den Fotos sehr aufgeräumt aus. Ich betreibe meine MV89A derzeit mit einem Peaktech Netzteil und dort sieht man sehr schön, dass der Initialstrom im Kaltzustand so bei 1.3A liegt. Der geht dann aber innerhalb weniger Minuten zügig auf unter 1A runter. Enden tuts dann bei 0,25-0,3A nach ca. 10-15 Minuten.

Da solche Regler, wie Ulli ja schon sagte, durchaus auch etwas mehr leisten können (insb. wenn sie nen guten Kühlkörper haben) und sie das hier auch nur für kurze Zeit tun müssen, würde ich ebenfalls sagen, dass der 1A Regler wohl durchaus in Betracht käme. Notfalls dauerts halt ne Minute länger beim Aufhzeizen - das ändert aber nichts am Endergebnis.

Viele Grüße,
Thomas
Bild
Antworten