GPS同期 １０MHｚ周波数基準機 作りました。
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| GPS同期 １０MHｚ周波数基準機 |
トランジスタ技術2016年2月号に特集でGPS受信機を利用した周波数基準機の話が出ていました。
これで無線機や周波数カウンタの校正ができないだろうか？
私の利用範囲としては1ppm（1/1000000）程度欲張ってももう一桁でしょう。私の持ってるカウンタも８桁表示で0.1Hzが測定限界です。
特集では0.001ppmを目標にした本格的基準機の記事も有りましたが何回も読み返してるうちに1ppm程度なら 『簡単に出来そう』 と思えるようになってきました。
そんな折、友人と基準機の話が出ました。何と彼はもう作ったというのです。早速見せてもらったら想像通りのモノ。
* 画像をクリックすると拡大します。
GPS受信機から直接10MHzの信号を取り出す。
今回のターゲットは、秋葉原のAitendo で売られている NEO6M-ANT-4P です。
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| NEO6M-ANT-4P |
これは設定変更により１０MHｚも可能。ただし定格外なので出力波形が大きく乱れています。それをバンドパスフィルタを通し基準機として使えるようにするというものです。
この NEO6M-ANT-4P が要注意なのは結構怪しい品質と説明書はほとんど無いことです。店員に聞いても 『そこに書いてある以外解りません』 との返事。書いてあるのは品名と値段だけ。
今回もバックアップ電池周りのトラブルに巻き込まれました。
これも遊びのウチと思えれば楽しいものです。
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| 仮組でテスト |
NEO6M-ANT-4P GPS受信機ANT付き
U2TL340-5P USBシリアル変換基板
バンドパスフィルタ用としてインバータIC 74HCU04
コイル CY09 2個
CYTECのハムバンドコイルを購入しました。
CYTEC http://www.cytec-kit.com/
その他ケースや小物部品が必要。
回路図等はトランジスタ技術 2016年2月号 を参照ください。
NEO6M-ANT-4P の使い方や設定についてはトラ技２月号に出ていますが初めての人には難解かもしれません。 とりあえず回路図を見ながら電源とANTを接続すれば動作確認はできます。
そのときついでに U2TL340-5P も接続してしまえば後が楽です。
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| netで調べた回路図。 |
一番重要なバンドパスフィルタについてははっきりと書かれていませんがnet上で見つけることができると思います。
扱う周波数が１０MHzですから、それほど難しいものではないでしょう。
CYTECのホームページにもバンドパスフィルタの参考資料があります。
受信機からの信号取り出しについても記述があります。通過周波数は10MHzだけですからフィルタの出力をオシロで見ながら調整すればどんどんきれいな波形になるのが解ります。
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| このケースに組み込む準備 |
スイーパなどで帯域特性を見る必要はありません。
コイルの結合容量は小さめで過結合にならないようにします。
出力はリンクコイルで取り出しますが接続される機器の影響を避けるためグランドはフロートにした方がよいでしょう。
インバータ(74HCU04)はフィルタのドライブ用です。負荷の影響を避け十分ドライブするため１段受けてさらに４パラでフィルタをドライブしています。余った１個は表示用ledに使っています。（あまり意味のない使い方です）
netから設定用ソフトをダウンロードしてここまでの動作テストをしておきます。
https://www.u-blox.com/ja/
1PPS(1秒）のパルスはこんなに綺麗。蛇の目基盤にバンドパスフィルタを組み込みます。
１０MHｚの波形はこんな感じ。
設定の方法やバンドパスフィルタについてはトラ技を参照ください。
すべてが組み込まれたアッセンブリ基板。
はみ出してるバックアップ電池は基板にのらなくなったのでリード線を付けて隙間に押し込みます。
多くの方が遭遇した設定保存ができない問題。
これは多くの場合メモリバックアップ電池 (MS621FE) のトラブルのようです。
電源は5Vです。これを供給すればバックアップ電池用の3.3Vが供給されます。
電池の電圧を測定し異常があれば原因を追究してください。
ハンダづけ不良、電池不良などが考えられます。長期放置のため電圧が低下したものは復活する場合があります。
基板パターンの不具合で電池が正しく付けられていないようです。
この電池は３Vリチュウム２次電池です。秋月や稲電機(少し大きい)でタブ付きのモノを売ってます。普通のコイン電池や、3.6Vリチュウムイオン電池と間違えないようにご注意ください。
私の場合電池充電回路のハンダ不良でした。しかし充電しても復活しなかったので電池を交換しました。
基板上の電池スペースはとても狭く外すのもひと苦労でした。リード線を引き出し外部につけています。
これは同じAitendoモデルでもバージョンによって違うと云う話もあります。
使いやすいようにケースに入れれば完成です。
私は設定の時必要なUSB接続のことを考え電源もUSBから取っています。 電流は変動がありますが90mA程度です。
完成してしまえばコンピュウタは不要ですから小さなモバイルバッテリを使用しています。電源SWは付けていません。
appendix
私がアマチュア無線（HAM）を始めた頃、短波の受信機で１KHｚが読めるのは高級機でした。送信機だって10W以下のアマチュア無線局は周測計はなくても良かった。水晶振動子銘板表示を信じていただけです。実際には0.025％以内であると信じていただけでした。
ご存知のように水晶振動子の発振周波数は発振回路の条件でかなり違ってくるのですがそんなことは気にしていない時代だったのです。電波標準として JJY があっただけでした。
しかしHAM人口が増えたりデジタル信号を扱うようになってくると相手局とぴったり周波数を合わせておかなければ効率よく通信ができません。１００Hz以内にしておきたい。実際にはもう一桁精度を上げたい。
私の使ってるトランシーバはTS-850S-Lはその偏差0.5ppm。と云われてます。しかし購入してから一度も周波数校正をしていません。カウンタは持っていますがそれも校正されていません。
そんな折見かけたトランジスタ技術（2016Feb.）記事 『GPS電子工作』
その中に、GPS受信機から10MHzの信号を取り出す記事がありました。
これはGPSの基準に同期した信号ですからいつでもすぐに使える基準機です。ウオーミングアップも不要です。
私にも作れそうとアイディアをそっくりまねして作ってみました。そのような訳で詳細はトラ技2月号を参照ください。
