2MENU1.はじめにNo.189では、ちょっと変わった制御のGPSDOを紹介しました。3回くらいに分割しても良さそうな大作になってしまいました。重要な部品であるOCXOの入手に問題があったのは事実で、全く同じ作り方は困難だったと思います。入手が確実な発振器を探していたところ、秋月電子で12.8MHzのVC-TCXOを売っている事に気が付きました。10MHzの方が使いやすいのですが、これは仕方ありません。実験という事で、少し違った考え方で写真1のように製作してみました。このように、小型にまとめたGPSDOです。今回も実験記になってしまいましたが、部品の入手だけは問題ないと思います。このVC-TCXOの持っている特性には少々限界があり、前回に比べて精度が1~2桁程度は悪化しているように感じました。最初から想定されていたのですが、GPSDOは精度を追求しないと意味がありません。3が頭の中にあります。周波数の比較方法を少し変えましたが、基本的な考えはNo.189と同じです。図1のように12.8MHzを74HC390で1/2に分周し、その後で74HC74で1/4に分周すると同時に90度の位相差の1.6MHzを作りました。1.6MHzに設定したGPSの出力と比較しました。この結果をCPUで読み取り、D/A変換出力でVC-TCXOの周波数を微調整するという構造です。このような構成としてみました。最初の実験では、12.8MHzのVC-TCXO出力を1/4分周しながら90度の位相差を作ってみました。GPSの設定を3.2MHzにして周波数の比較をしようとしたのですが、ノイズが多く問題がありました。No.189ではノイズを無視したのですが、1.6MHzであればノイズが少ない事に引かれ、1.6MHzで周波数の比較をする事にしました。No.189では10MHzと10MHzを比較して10MHzを出力していました。位相をLCD上に円で表し、1秒で1回転すると1Hzの相違でした。今回は12.8MHzを1/8にして1.6MHzで比較しますので、1秒で1回転すると8Hzの相違になります。細かい調整については不利になりますが、これは仕方がありません。比較は手元にあったSN16913を用いて行い、No.189のようなダイオードDBMやハイブリッドの分配器等は使用しませんでした。コストカットでもあります。あまりに古いSN16913を使う必要は全く無く、入手容易なDBM用のICで充分です。状態の監視のために、グラフィックLCDを使用しています。これが無いと見ていて楽しくありません。問題となるのが、VC-TCXOの周波数制御になります。前回のOCXOはTUNE電圧が5Vで1Hzの周波数変化でしたので、12ビットD/A変換のMCP4726で充分でした。ところがこのVC-TCXOを試したところ、4Vで250Hzの変化をしました。データシートでは±6~12ppmとなっていますので、ちょうどその程度の変化幅と思います。250Hz÷4V=62.5Hz/Vですので、単位を変えると62.5mHz/mVとなります。12ビットのD/A変換の出力は、5V÷4096=1.22mVステップになります。従って1ステップが62.5×1.22=76.3mHzになりますが、このような使い方としては明らかに粗すぎでしょう。16ビットを使ったとしても結局は周波数の差が離れ過ぎてしまい、CPUではズレが全く測れません。そこで12ビットのMCP4726をD/A変換器に使うのですが、出力を抵抗で1/47に分圧して変化幅が小さくなるようにしました。76.3mHz/47=1.62mHzステップになりますので、この場合では充分かと思います。制御電圧には、パネル面からのVRで調整する直流電圧をプラスしました。これでグラフィックLCDの回転状態を見ながら、VRで租調整を行います。これは周波数カウンタで確認しながらでないと、最初は難しいと思います。ズレによる回転の様子が解るようになると、周波数カウンタも不要でしょう。その後は自動的に周波数が調整されます。前回はGPSユニットを外部に置いて10MHzを入力していました。これは実験の流れがあって仕方がなかったのです。今回はGPSのアンテナで入力し、GPSモジュールは本体の内部に入れています。この方が作り方としては王道なのでしょう。GPSアンテナの使いまわしも容易になります。2台目ですので、No.189よりも相当にスムーズに進める事ができました。写真2はブレッドボード上で実験している様子です。このようなバラックの状態で動作する事を確認し、見つかった問題点を解決しながら製作を進めました。このようにブレッドボード上で実験をしました。回路このように実験をした結果、図2のような回路としました。今回は5Vだけの単電圧ですので、電源としては容易です。入力を12VにしてレギュレータICで5Vにするだけです。9Vでも8Vでも支障はありませんし、放熱を考えるとその方が有利です。性能的にはそれ程ノイズを気にしても仕方ありませんので、レギュレータIC一個の簡単な電源で済ませています。私が使用したGPSはU-bloxのNEO-6Mを使ったモジュールで、aitendoで購入しました。型番的にはNEO6M5PSMA-Uになります。GPSアンテナも付いていますが、これは使用せずにコネクタでパネル面にアンテナ端子を出しています。アンテナ無しのモジュールが無かったためです。同じNEO-6Mを使っていても、モジュールによっては1pps出力の取り出し方法が異なります。この1ppsの設定を変更して1.6MHzにしますので、この端子が重要になります。端子に出ているものが楽ですが、LEDの点滅で使用している場合は取り出す必要があります。使用したモジュールの場合は、コネクタ端子に1ppsがありました。NEO-8Mを使ったモジュールでも使用できますが、1pps出力の取り出し方法を確認して下さい。出力としてはVC-TCXOの出力を利用した12.8MHzのサイン波とロジックレベル、またこれを分周した100kHzのロジックレベルとしました。図3の実装図を先に製作してから作りました。図4がこのハンダ面です。図5がジャンパーです。サンハヤトのシールド付きのユニバーサル基板ICB-98DSEをカットして使っています。このサイズになると実装図は重要で、先に製作しないとほぼ不可能と思います。74HC14のICソケットの下にジャンパー線がありますので、これを先にハンダ付けします。部品面は全面がシールド付きの基板ですので、写真3のように絶縁用のカプトンテープを貼ってからジャンパー線のハンダ付けしました。他のジャンパー線は部品面に出していますので、最後に配線する方が良いでしょう。