글쓴이 : SOONDORI
루비디움, 루비듐, Rubidium Whatever!
클록 생성 모듈의 핵심 요소는, 1) Rubidium 고압 방전 램프, 2) 포토다이오드, 3) 적당한 피드백 컨트롤 회로, 세 가지이다.
○ 루비듐 램프
‘루비듐 87’의 공명 주파수는, 물리적으로 정해진 1/6,834,682,612초. 1mg ~ 수백 ug 루비디움 훈증기를 유리관 안에 봉입한 루비듐 광원의 파장은, CDP 레이저 모듈의 파장과 같은 780nm.
(출처 : http://www.lamptech.co.uk/)
○ 포토다이오드와 컨트롤 회로
1) 포토다이오드는, <동위원소 혼합물 필터(Isotopic Filter)로 잡광원이 제거된 루비듐 純광원>과 <RF 컨트롤 주파수(6.834,682,612Ghz)>의 상호작용으로 나타난 ‘光의 강도’를 감지한다. (어찌보면, CDP 픽업 모듈의 동작 원리와 같음)
2) 피드백 컨트롤 회로는, 포토다이오드가 감지한 광스펙트럼 중 <공명 셀>이 만드는 딥(DIP) 포인트를 찾고 RF 컨트롤 주파수를 그대로 유지하려고 한다. 그러므로… 어쨌든, 루비듐 광원과 필터에 항상성이 있다면, 1초에 6,834,682,612번 뛰는 펄스가 나올 것이다. 그 펄스를 적당히 후가공하고 Clock Tick으로 정의하면 됨. (혹시 항상성이 없다면? ppb 단위의 미세 드리프트가 생길 것)
[ 참고 문서 ]
SRS-PRS10-제품 설명서
SRS Tech Note
이후 Ghz급 클럭을 Mhz급으로 분주(分週) 하는 것은 쥬시후레쉬 씹는 정도의 작업. 더하여, 주변 온도 변화에 대한 내성을 확보하기 위해 오븐형 가열 구조(=OCXO)를 취하기, 그럴듯한 인터페이스 방법을 부여하고 그럴듯한 케이스에 담기.
그러면 미국 Standford Research System社의 비싼 Rubidium Clock Generator 제품이 나온다. 450만 원쯤이었던가? 아무튼.
(내용 추가) 광이나 전파나 맥동 에너지인 것은 같다. 이상을, 익숙한 FM 튜너에 대입하여 상상해 보면…
방송국에서 100Mhz 전파를 보낸다(=루비듐 광원) → 프론트엔드나 IF 단의 각종 필터로 잡신호를 제거한다(=물리적인 광 노이즈 필터링) → OSC 발진기가 뭘 조정한다(=컨트롤 회로의 피드백 보정 작용 = 튜너의 AFC) → DIP 포인트를 찾는다(=프론트엔드의 동조 작용 또는 노치필터(Notch Filter)의 작용과 같음) → 회로의 펄스 계산 출력(=100Mhz를 정확하게 수신한 튜너의 출력)
FM 튜너의 OSC 회로, 기타 공진 회로를 루비듐 클록 제너레이터로 대체하면 수신 성능이 탁월하게 향상될까? 논리는 그러한데… 누군가 “넌, 바보야!”라고 할 것 같다. 요즘 들어 본질이 아날로그 기기라며 혼자 떠들고 있는 CDP 쪽도 마찬가지.
이런 외장형 클록 부품이나 장치는, 단품 기기용이 아니라 분산 배치된 여러 기기의 시각(타이밍)을 동기화하는 용도로 쓰이는 게 합리적이다. 분산 제어가 보편화된 공장, 항공, 철도, 발전, 우주 탐사, GPS 위성 통제 등 절대 ‘표준 시간’이 필요한 분야에서.
단, 그런 세상에서는 루비듐 클럭 정도로는 감당이 안 됨. 그래서 안 쓰고 세슘 원자 시계를…
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