DISMINUCIÓN DE RUIDO ELECTROMAGNÉTICO ECTROMAGNÉTICO EN EL PATRÓN DE TENSIÓN ELÉCTRICA CONTINUA EN BASE

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1 DISMINUCIÓN DE RUIDO ELECTROMAGNÉTICO ECTROMAGNÉTICO EN EL PATRÓN DE TENSIÓN ELÉCTRICA CONTINUA EN BASE AL EFECTO JOSEPHSON DEL CENAM David Avilés David Avilés Dionisio Hernández Enrique Navarrete

2 Introducción Patrón nacional del volt: Principio de operación Corriente ma S 1 S 2 V n Tensión (mv) Unión Josephson de alta capacitancia Efecto Josephson en CA

3 Arreglos Josephson Contactos de CC 75 GHz Terminaciones resistivas uniones conectadas en serie Tecnología SNS 10 V >Vj > -10 V Escalones a 75 GHZ de 150 µv

4 Origen de la alta susceptibilidad al ruido electromagnético. Uniones Josephson de alta capacitancia Cor rriente (µa) Amplitud de 40 µa* * Depende del ajuste de potencia y frecuencia Tensión (V) Gráfica corriente tensión de un arreglo Josephson polarizado alrededor de 1 V a una frecuencia de 72 GHz.

5 Principales fuentes de ruido electromagnético Ruido electromagnético radiado Sistema de medición Línea de alimentación Tierra física

6 Diagrama a bloques del patrón de efecto Josephson Frecuencia de referencia de 10 MHz Contador de Frecuencia Oscilador 75 GHz Fuente de polarización Filtro RF Filtro Adicional He líquido Chip Josephson Tensión de salida

7 Jaula de Faraday Condiciones i de utilización: ió Filtros de línea Filtros de RF (panal de abeja) Aislamiento eléctrico del Sistema Aire Acondicionado Filtros especiales para señales de voz y datos Blindaje de cables de entrada/salida Conexión a tierra física Iluminación incandescente y fluorescente (balastra fuera de la jaula) Pero Hay fuentes de ruido en el interior de la Jaula! Antes que nada buenas prácticas de conexión de blindajes, guardas y tierras

8 Filtro pasa bajas (adicional) Funciones de transferencia del filtro A 251 mh 4 mh 0,63 mh 5,3 µh ,1 µff 001 0,01 µff 0, µf 0, µf 0,1 µf 0,01 µf 0,001 µf 0, µff Ga anancia (db) M odo diferencial B 251 mh 4 mh 0,63 mh 5,3 µh Chip Josephson Modo común Log ( f (Hz) )

9 Error sistemático por la introducción del filtro pasa bajas A A V salida Rp Rs V j R s = 1,5 Ω R = 5X10 11 p Ω B B Error por la introducción del filtro < 0,1 nv (peor caso Vj = 10 V)

10 Mejorando la calidad de la línea de alimentación. Filtro de armónicas filtro de armónicas [db] Ganancia L1= 53,4 mh, L2=55,2 mh, L3=28,14 mh C1= 133,1 µf, C3=14,1 µf, C3=10 µf, C4= 15 µf Hz 180 Hz 300 Hz log [ f (Hz) ]

11 Filtro de armónicas

12 Disminución de la distorsión armónica Antes del filtro: Después del filtro: Distorsión armónica total 11% Distorsión armónica total < 1%

13 Transformador de aislamiento Principio de operación: Transformador normal Transformador de aislamiento 1:1 Transformador de aislamiento toroidal

14 Transformador de aislamiento Secundario Núcleo Primario Primer blindaje Segundo blindaje Embobinado

15 Transformador de aislamiento

16 Tierra física local soldadura tipo CADWELD Base de arcilla trozos de Base de arcilla, trozos de metal y polvo de carbón (GEM)

17 Sistema eléctrico del Laboratorio Subestación Transformador de aislamiento Filtro de Armónicas Jaula de Faraday (Laboratorio) N N T T Tierra física de la subestación Tierra física Local

18 El sistema de medición Fem térmica + - V fem Interruptor de inversión de polaridad Patrón de efecto Josephson + V j Vd V z Detector de Nulos + - Referencia Zener a calibrar V d1 = - V j1 + V fem + V z + V off (1) V d2 = + V j2 + V fem V z + V off (2) Restando (1) de (2) tenemos que: V d1 -V d2 = -V j1 -V j2 +2V z V z = (V d1 -V d2 +V j1 +V j2 ) / 2

19 Detector de nulos Ruido en las terminales de entrada de un multímetro HP 3458 (NPLC= 5) V pico 15 mv Tensión n ( V ) Tiempo ( s )

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21 Nuevos desarrollos en patrones Josephson Patrón de efecto Josephson Programable PJVS Patrón de frecuencia Sistema de microondas Sincronización Fuentes de Corriente V j Arreglo Josephson Computadora

22 Ventajas del PJVS sobre el JVS Chip perfectamente t estable, alta inmunidad id d al ruido electromagnético (no hay transiciones de escalón espontáneas ) Ancho de escalón de 1 ma Tiempos de polarización bajos ( 1µs) por lo que la generación de formas de onda arbitrarias de baja frecuencia es posible. Formas de onda con valor RMS calculables.

23 Conclusión Antes de llevar a cabo las medidas de reducción de ruido se tenía en promedio un cambio de nivel cuántico cada minuto. Con los cambios descritos la estabilidad promedio del nivel cuántico es de alrededor de 30 min. El desarrollo tecnológico en Sistemas de efecto Josephson nos permitirá contar con sistemas totalmente estables yprogramables para aplicaciones en CC y en CA.