Nixie Tube, Miniature Atomic Clock, Frequency measure, Clock. - Part A (Atomic Clock)

Okkkkkk，如標題和照片所示，我終於開工我的八管真空管時鐘了
多虧了原子鐘的加入，讓整個系統設計複雜度瞬間飆高....
如果有看我以前的真空管時鐘的記錄的話，大概會知道八管真空管時鐘的計畫是一個規劃已久但是一直沒有執行的計畫之一，因為我想把各種東西都塞進去。
這次執行的原因主要是有錢能做大片的電路板和四層板來塞東西，加上原子鐘的加入讓我實在是很想趕快開工。由於整個系統有幾個不同的子系統所組成，文章也會依照這個分成不同的文章記錄下來，而首先就是這個計劃的重點中的重點----原子鐘

我相信如果我直接跟其他人講說我這個時鐘用了原子鐘，一般人的反應應該是認為是GPS
不過這顆是個真正的銣原子鐘，除此之外還是非常少見的小型原子鐘。
市面上常見的原子鐘都像下圖一樣屬於早期的銣原子鐘，大顆而且非常的耗電

這類型的原子鐘有不少是作為當初GSM系統基地台的時鐘基準，因為那時候GPS還不普及/有開CA，所以基地台以及一些TimeServer/交易Server都會有一顆原子鐘作為時間基準。
隨著時間演進，GSM系統被淘汰掉了之後，就有很多基地台內的原子鐘被拔出來賣，這批就是很多市面上常見的銣原子鐘的來源。我當初的目標其實就是想把這種東西塞進真空管時鐘的Size裡面，但是問題是這種原子鐘很尷尬的是Power吃很兇，因為裡面控溫的加熱源發熱發很猛，但是又不能過熱 WTF，Power還好解決，但是要散掉15W的熱我就頭很痛了，加上體積實在是太大，長寬都超過5cm實在是很難塞。

然後這時候救星就來了，多虧美國DARPA的一個縮小原子鐘的計畫，後續Symmetricom還是有持續研發"比較"民用的原子鐘系列(雖然後來又被收購)，這個系列的第一版就是我手上的這棵SA32.m，Miniature Atomic Clock (MAC)，把以前動輒數十瓦的Atomic Clock降到了5W，而且長寬做成和51x51cm的OCXO一樣的Size。

比大小

而現在因為GPS的普及/CA關掉以及OCXO，DOCXO的進步，通常時間基準都會使用GPS以及OCXO的混和，也就是GPSDO。這種小型的原子鐘市場越來越小，通常會需要的都是像小衛星或者是海底地震儀這種收不太到GPS的地方。By the way 我剛好在ebay看到的。

從Ebay買回來的原子鐘還有帶原本的板子，拿個吸錫線就可以拆開，而這塊板子也滿妙的
Power透過DC-DC降成5V，然後N堆Filter濾波，Atomic Clock的10Mhz輸出給MSP430，然後MSP430透過UART和GPIO對外輸出PPS和資料，而且PCB開孔讓鋁合金的底板直接接觸散熱。

這顆控制就如同SA3X.m系列的文件一樣，透過3.3V UART可以讀到內部的DDS/Temperature以及設定微調的值，簡單直接。

內部的構造如上圖，原子鐘內部有一個溫控或者恆溫的震盪器作為RF的產生器，RF頻率會接近銣原子的共振點，而這個RF會打進銣原子的真空腔，最後抵達接收器。控制IC會掃描RF的頻率直到它抓到共振的點之後，鎖定在那個共振點，而因為這個共振點的頻率是已知，控制IC就可以回推RF的真實頻率然後回去調整吃同個Clock的DDS的微調值。

而這個原子鐘是為了切入OCXO的市場所做的，所以整體封裝其實相容51x51cm的OCXO，只是多了幾個UART/GPIO的Pin

由於原子鐘得來不易，我還是去買了一個OCXO作為開發+測試用(aka替死鬼)，上圖的左邊就是一個GPSDO的OCXO，右手邊就是MAC。

以上就是這次重點的Miniature Atomic Clock，至於GPS校正的部分(Yes，即使是原子鐘也是可以透過GPS校正的)我可能會放在其他文章。