Кратковременная и долговременная стабильность часов

[Dmitriy40]

wrest
А-а-а, вон оно что ... Для меня джиттер это джиттер, т.е. разница со знаком.

[Pavia]

wrest в сообщении #1378746 писал(а):

Если вы слушаете ваши "сигналы точного времени" по радио на расстоянии 3000 километров от радиовышки
, то сигналы приходят к вам с запаздыванием в 10мс. Вопрос: если вы знаете об этом расстоянии, надо ли вам подкрутить часы на 10мс?

Разумеется вы должны это учесть и сделать поправку, так как это сигналы единого времени.

wrest в сообщении #1378728 писал(а):

Как в этом смысле устроено соглашение о времени я не знаю - просветите? Ведь программа не знает, что до сервера 3000 километров, которые свет проходит за 10мс, и что из rtt в 72мс, 20мс составляют именно эти 3000км туда и столько же обратно. Ну это домыслы мои, рад буду услышать правильную трактовку.

В SNTP это учтено читайте rfc там всё написано. Разность передачи времени туда и обратно вычитается что даёт 0. Поэтому тут поправка не нужна.
Однако SNMP предполагает что сигнал туда и обратно идёт по одному маршруту, а современные IP сети такого не гарантируют.

Я в том году делал свою синхронизацию. Самая большая проблема была не с сетью, а с ОС -Astro Linux. Она устанавливает системное время с разбросом в 1 секунду! С 5 попытке укладываюсь 250-400 мс. Мне хватило такой точности.

[wrest]

Pavia в сообщении #1378959 писал(а):

Разность передачи времени туда и обратно вычитается что даёт 0.

Да, это я уже понял. Хотя в описаниях ntp не было ответа на мой [глупый] вопрос. Была проблема (в моей голове) которая разрешилась тут «Учитывает ли UTC относительность одновременности?»
Вкратце, поскольку поверхность Земли это поверхность одновременности в UTC, то оказывается несущественной причина, по которой произошла задержка ответа от сервера: то ли свет долго шел, то ли сетевые устройства тормозили - все едино.

[wrest]

wrest в сообщении #1378962 писал(а):

Вкратце, поскольку поверхность Земли это поверхность одновременности в UTC, то оказывается несущественной причина, по которой произошла задержка ответа от сервера: то ли свет долго шел, то ли сетевые устройства тормозили - все едино.

Или, говоря иными словами, для такой (сферической) поверхности одновременности скорость света не играет роли, она может быть любой пока все участники находятся на этой поверхности. Движения самой поверхности (вращение вокруг своей оси и обращение вокруг какой-то точки вне поверхности - Солнца например) - не учитываем. Непонимание мной этого и было причиной вопросов про физическую удаленность серверов NTP.

[wrest]

Как говорится, хозяйке на заметку.
В статье, ссылку на которую любезно предоставил ув. Gleb1964 в соседней теме, написано:
https://link.springer.com/article/10.12942/lrr-2003-1

Цитата:

Quartz oscillators usually have better short-term stability performance characteristics than Cesium clocks, but after 100 seconds or so, Cesium has far better performance.

Под quarz oscillators имеются в виду кварцы в gps-приемниках. Под cesium clocks - цезиевые часы на спутниках gps. По картинке видно что "better short-term" означает "на порядок" а "far better" -- на 3-5 и больше порядков.
То есть краткковременная (100 секунд) стабильность кварцев в gps приемниках (к которым наверное можно отнести и смартфоны) на порядок лучше кратковременной стабильности цезиевых часов gps спутников. Такие дела...

[wrest]

Картинка, собсно.
Но кратковременно кварц стабильней не на порядок (сорри) а на полпорядка:

[Dmitriy40]

Простите, не верю я в точность обычных кварцев на уровне $10^{-12}$ на секундных интервалах. Для этого надо его подвесить в вакууме на хорошем демпфере (для гашения вибраций) и стабилизировать его температуру до тысячных градусов. И разумеется в экране от наводок. Да, в стандартах частоты так и делается, но это не бытовой уровень техники. Там и с построением схемы генератора полно заморочек, но легче решаемых.
В бытовых условиях от кварца лучше $10^{-7..-8}$ на секундных интервалах не получить, имхо. На минутных и более - ещё хуже.

Добавлю картинку про разные эталоны времени/частоты с Астронет-а, показаны цезивые часы, рубидивые, водородные, TAI, UT (не UTC!), пульсарные (PSR):

[wrest]

Dmitriy40 в сообщении #1379131 писал(а):

Добавлю картинку про разные эталоны времени/частоты

По цезию соответствует той картинке, что привел я, а по кварцу ничего нет.

Dmitriy40 в сообщении #1379131 писал(а):

и стабилизировать его температуру до тысячных градусов.

Ну дык за секунды, если специально спиной на снег не бросать, температура и не уйдет...

[Pavia]

Цитата:

Ну дык за секунды, если специально спиной на снег не бросать, температура и не уйдет...

Уйдёт. Обычный кварц 50 ppm термостатированный 1,5-7 ppm, а термокомпенсированный всё что ниже до 3 ppb вчера в продаже видел за 6600 фунтов.

[wrest]

Pavia в сообщении #1379178 писал(а):

Обычный кварц 50 ppm термостатированный 1,5-7 ppm,

Речь была не про обычный кварц, а про тот который в юзерских gps приёмниках. Ну если там обычный - тогда про него. А на каком промежутке верны ваши числа: секунды, минуты, часы?

[Pavia]

У обще бытовых GPS приемников стоит обычный кварц.
У промышленных высоко стабильный
https://www.vectron.com/products/stability/highstability_index.htm

wrest в сообщении #1379179 писал(а):

А на каком промежутке верны ваши числа: секунды, минуты, часы?

На всех. это ошибки первого порядка малости. А то что вы привели это ошибки второго порядка малости.

Моя величина это систематическая ошибка, а всё что ниже это уже нестабильность которая эмм в 10-1000 раз меньше.

Если не брать в расчёт нестабильность, то систематическая это значит, что формула зависимости от температуры стабильно не меняется с течением времени. Но сама температура ещё как влияет, см страницу 33.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/346608/vig_2008.pdf

[wrest]

Pavia в сообщении #1379204 писал(а):

Моя величина это систематическая ошибка, а всё что ниже это уже нестабильность которая эмм в 10-1000 раз меньше.

Систематическая ошибка индивидуальна для каждого кристалла, чего её вообще рассматривать? Посмотрите хотя бы на название темы :)
Вернее, так. Конечно, систематическую ошибку тактового генератора надо рассматривать и как-то исключать в применении к измерениям хода механических часов. Делается ли это (программно) в телефонах\планшетах и т.п. я не знаю.

Но наша тема все же называется "стабильность", что явно подразумевает, что систематическая ошибка каким-то образом исключена и мы имеем дело со случайной. В частности, мной сделано предположение, что если три различных устройства меряют друг у друга отклонение мгновенного хода (на промежутке измерений в около 100 секунд), на уровне десятых долей секунды в сутки, то используемые этими устройствами часы (тактовые генераторы) имеют систематическую ошибку меньше или равную десятым долям секунды в сутки, поскольку вероятность совпадения систематической ошибки у всех трех устройств представляется крайне маловероятной.

[Dmitriy40]

Pavia в сообщении #1379204 писал(а):

https://www.vectron.com/products/stability/highstability_index.htm

Какая интересная ссылочка. Правда уже на готовые генераторы, не сами кварцы. И цифры похожи на мои из памяти, те же 0.1ppm для термокомпенсированных (TXCO). Вот смотрю на TX-503, ваще круть по температуре, гарантировано ±0.05ppm, а typical укладывается в 0.005ppm во всём диапазоне, немыслимо ... И стабильность на уровне $10^{-10}$ на секунде или до $10^{-9}$ почти до минуты. Да ещё и с подстройкой напряжением на ±3ppm. Единственное "но" - ток, 12мА уже сравнимо со всем GPS модулем, от аккумуляторов тяжело будет долго работать, впрочем для генераторов это вполне обычный ток. Осталось лишь цену выпытать. УПС! Цена то порядка 50$! На менее точный TXCO VX-803.
Но в обычные сматрфоны, планшеты и даже GPS приёмники такого никто ставить не будет - тупо не нужно и дорого.

Pavia в сообщении #1379204 писал(а):

Но сама температура ещё как влияет, см страницу 33.
https://www.mikrocontroller.net/attachm ... g_2008.pdf

wrest, а вот отсюда ещё полезно почитать Chapter 4, со страницы 93.

[wrest]

Dmitriy40 в сообщении #1379248 писал(а):

а вот отсюда ещё полезно почитать Chapter 4, со страницы 93.

Так я почитал. Всё влияет на всё. А цифр конкретных-то нет.
Но чтение полезное было -- я понял почему часы кварцевые так плохо ходят, а могли бы лучше: удары, ускорения, немного - температура. Ну и старость. Но не понял почему плохо ходят часы в компьютерах (в тех например которые постоянно включены) -- ни ударов ни изменения температуры).

[Pavia]

Если нужны цифры то смотрите книгу "Конструирование, изготовление и применение кварцевых резонаторов"
https://yadi.sk/i/mLPhtzfPm-oaAQ
Читать со 110 страницы.

Больше всего влияют выбросы тока/напряжения при питании кварцевых генераторов. Но в компьютере используется неуправляемые генераторы.
Да и источник питания это батарея CR2032.
Дальше влияют собственные дефекты изготовления. Сейчас все резонаторы плёночные и разброс сопротивления очень большой. Сортировать их не выгодно. Зато можно калибровать. разброс большой от $10$ до $50 \text{ ppm}$.

Поэтому уход в среднем $86400*50/100000=4,32$ секунды в сутке. У меня отец мерил от 1,5 до 8 секунд в сутке, среднем за год около 3,5.

Затем вибрация влияет. Вибрация это тоже ускорение. Человек прошёл или машина проехала резонатор всё это чувствует.
Если старые резонаторы крепились микросваркой в 2-х точках то современные имеют линейный крепёж это снижает влияние вибрации c $1 \text{ ppm/g}$ до $1 \text{ ppb/g}$.

А вот температурный перепад влияет сильно. У нас резко континентальный климат перепад между ночью и днём 10-15 °С.
Стены дома сглаживают, но всё равно в доме у вас перепад в доме 5-7 °С. Вот и считай зависимость квадратичная $25*0,035 \text{ ppm}= 0,875 \text{ ppm}$
За сутки у вас убежит на $86400*0,875/1000000=0,07256$ - после вычитания систематической ошибке у нас уход времени на компьютере стал 0,11 с за сутки, чуть выше расчётного видимо из-за сезонным дрейфа - зимой холоднее летом теплее.

http://www.ti.com/lit/an/slaa322d/slaa322d.pdf
http://mxtal.ru/customer/Proceedings%20of%202007%20IEEE%20FCS%20and%20EFTF.pdf

Там видно что высоко стабильный генератор меряет температуру с точностью 0,001 °С соответственно убирает эту ошибку в реальном масштабе времени. Откуда у него точность и возрастает с $0,845 \text{ ppm}$ до $3 \text{ ppb}$.