【設計仕様】
【ブロック系統図】  電源投入時に、NEO6Mの1PPS出力は10KHｚDuty=50％となるようにコマンド設定し、固定で使用する、無線機の基準クロックとして10KHｚ、その他、測定機等の基準クロックとして10MHｚが使用出来るようにする。又NEO6MのTXD/RXDは本機CPUのインターフェイスと、USB変換器への使用も出来るようにし、パソコンから’U-CENTER’のソフトも起動出来るようにする。 【回路構成】 NEO6Mから出力される10KHｚは3.3Vパルスであり、又10MHｚ-VCXOの電源＝3.3Vで10MHｚ出力も3.3Vパルスである。よって、LCD／CPU／その他の電源も3.3Vに合わせれば良いのですが、手持ちのLCDが5V用で、10KHｚ／10MHｚの出力パルスも5V仕様にしたかったため、5V電源としました。そのため、NEO6M出力の10KHｚと10M-VCXOの10MHｚ出力は、位相比較器として使用している74HCT86の一部を利用して5Vのパルスにします。10M-VCXOの出力10MHｚは、12bitバイナリーカウンター（74HC4040)で1/500分周（20KHｚ）します、本ICは最大1/4096分周まで可能なICですが、一般的なカウンターで分周する場合は1/2＾n分周ではデューティー50％を得ることは可能ですが、それ以外の分周では、50％キープが出来ないポイントが発生します。そのため、目的信号としてデューティー50パーセントを希望する場合は、目的の２倍分周まで一旦行い、最後に1/2分周してデューティー50％とする。こうして得られた10KHｚとNEO6Mからの10KHｚを74HCT86（X-OR）で位相比較します。 位相比較器（74HC86)は、Xclusive-ORゲートで下記のような動作となります。  ０度〜１８０度検波で、活性領域内においては入力信号の2倍の周波数で出力されます、出力信号をローパスフィルター経由すると0V〜5V制御電圧となり、この信号でVCXOを制御することにより位相ロックさせます。本位相比較器の特徴は、入力の片側信号を非接続した場合（ベタL、又はベタH）の出力信号は、もう一方の入力信号がそのままデューティー50％で出力されます、これをフィルター経由すると、出力電圧は1/2電圧となり、基準信号又は比較信号なしの時のUN-Lock状態と、正規のLock状態でのVCXOの周波数のズレ分が最小に抑えられます。つまり、ロックアップタイムの短縮も図れます。このことにより、UN-Lock状態での片側入力信号は、デューティー50％で供給することが望ましいです。 10MHｚ信号の出力は、VCXO信号しかありませんが、10KHｚはNEO6M出力の10KHｚとVCXOからの分周10KHｚの2種類があり、10KHｚの出力信号はスイッチ（リレー）で切り替えるようにしました。TXD／RXDインターフェイスはUSB用とCPU兼用で使用出来るようにし、PCからのソフト起動も出来るよう端子を設けました。 回路図 部品表 |
| 【NEO6M】 以前、GPSユニット（TU30/TU60)を使ったGPS基準信号発生器を制作しましたが、この時には、もっと以前は何万円もするGPSレシバー等を購入し、又はOCXOやルビジュウム等で高価な基準クロックを利用していたため、安い印象がありましたが、今回は’NEO6M’品番で、アマゾンやオークションで非常に安価（￥1680）に販売されています、最近ではネットで￥780で購入出来ます。私の知り合い各局さんも複数台購入され、私も２台購入しました。２台購入したのも理由が有りまして、１台購入して動作テストをしました。   本ユニットはRS232Cの端子が出ており、USB変換ユニットを経由してPC接続し、PCにU-CenterをインストールすればGPSの測位の結果や地図との連携をモニターに表示することが出来ます。基本的にはPC接続しないで、電源（+5V)を印加しアンテナ接続していれば、約２分位で数個の衛星とリンクし、精度ある基準クロック１PPSが出力します。デフォルト状態では１PPS（１Hz）出力となります、コンフィグ設定で出力周波数は任意に設定出来ますが、安定に使用できる範囲としては10KHｚ位までです、それ以上だと安定さを欠きます、いずれにしても10KHｚ出力させるにはPC接続して出力が10KHｚとなるようコンフィグ設定する必要があります。   変換モジュールとNEO6Mを接続するには TX →RX RX →TX GND→GND PC-USB端子から電源供給する場合は、VCC→VCC 接続する、但し、パソコンからのVcc供給は私のパソコンで確認するかぎり、キャリア出力のC／Nがヒドイものでした、パソコン電源はNGです。 我々アマチュア無線家にとっては、使用している送受信機の基準クロック周波数としては15MHｚ〜30MHｚのクロックを使用している機器が多く、これ等の基準クロックをPLL構成で作成するにはPLLのマスタークロックとして安定した10KHｚが有れば可能です。  私が最初に購入した1台目は、青色ユニットでした。10KHｚ出力するために、PC接続しU-Centerを起動し出力信号としてDuty=50％の10KHｚ出力をコンフィグ設定しました、すると指定通り1PPS出力から10KHｚが出力しました。本ユニットはコンフィグ設定状態、下記画面の’ｓｅｎｄ’をクリックすると、EEPROMへ保存（SAVE）しておくと、次回起動時に設定状態が反映されるのが正常なはずです。  電源を切って、バックアップ出来ている状態では問題無いのですが、バックアップが消えるとデフォルト状態の起動となり、1Ｈｚ出力となります、ＥＥＰＲＯＭが実装されているため、仕様としてはおかしいのでは？ と思い、確認のため、電池（スーパーコン）を外し確かめたところ保存動作を行い、電源ＯＦＦ→ＯＮを短期間に行うとデフォルト状態に戻ります。知り合い各局に確認したところ、動作がまちまちで一度保存すれば電池が無くても常に保存状態で起動する （正常ユニット）のもあれば、私の１台目と同じデフォルト起動してしまう物と半／半位でした。ＥＥＰＲＯＭは、Ｉ２Ｃインターフェイスで結線されており、ＤＡＴＡ-ＬＩＮＥをを確認してみましたが、保存時にも、電源ＯＮ起動時にも全くアクセスされておりません、ＥＥＰＲＯＭが搭載されていても全く使用されていない状態です。 そこで、もう１台購入してみました、今度は見た目の異なる赤いユニットを購入してみました、早速、電池を外しＰＣ接続し10ＫＨｚ出力に設定し、保存してみました、その後、電源ＯＦＦ→ＯＮ（１週間後でも１ケ月後でも）で10ＫＨｚ出力します、ＤＡＴＡ-ＬＩＮＥも、保存時／電源起動時はアクセスされている事が確認出来ました。 仮に、保存バックアップ出来たとしてもＰＣ接続は面倒だし、マスタークロックとして使用するにはアンテナ接続し電源投入でそのまま設置しておくだけで良いのです。スタンドアロン型式で構成するには、このユニットは電源起動時に無条件にクロック出力＝10ＫＨｚ（50％）を実行し、最低必要情報のみＬＣＤ表示させる構成とし、10ＭＨｚ-ＶＣＸＯを内蔵させ10ＫＨｚでロックさせ、出力クロックとして10ＭＨｚ（２系統）、10ＫＨｚ（２系統）出しました。又、10ＫＨｚクロックは全面ＳＷで、ＮＥＯ6Ｍ直接出力の10ＫＨｚか、10ＭＨｚを分周した10ＫＨｚを出力する切り替え機能を付けました。 |
【製作】     バックアップ機能が全く無くても、電源投入時は無条件に1PPS出力は、10KHｚ（Duty=50％）出力となるようにしています。 衛星のリンク個数は、アンテナの設置条件だけではなく、地域と時間帯により変化します。 【電源回路】 LCD／リレー駆動時には消費電流＝130ｍA位です。 パソコンUSBからの電源（+5V)は使用しないこと。  完成（パネル塗装失敗）  【製作結果】 USB変換機と接続する時に、パソコンUSBからの電源（+5V)の供給も可能ですが、この電源は決して使用しないこと。ピュアーなシステムクロックを生成したいなら、独立５V電源から供給すること。この度、確認してみましたがヒドイC／Nです。   私は、ルビジュウムのような高精度発振器はもっていないが、９乗クラスのOCXOは持っており、以前はTVのカラーバーストにロックさせた10MHｚにOCXOの周波数を調整していましたが、今回のGPSにロックさせた10MHｚ-VCXOに、手持ちのOCXO周波数を調整した後の、お互いの10MHｚ出力を比較してみました。上の波形が、GPSロックにロックさせた１０MHｚで下の波形がOCXO出力の10MHｚです。 多少、位相の押し引きはあるものの、周波数精度としては十分満足出来ます。そもそも周波数精度の測定は出来ません、両者を比較し１周期するまでの時間を測定すれば出来ますが、GPSに対してOCXOの偏差測定は出来ますが、もっともっと精度の高い物と比較すると、位相の押し引き観測は出来ても、１周期ズレの実測は出来ないと思います。 GPSロック10MHｚ（上）とOCXO-10MHｚ出力（下）を20秒間比較した動画  以前、アナログTV時代に基準クロックとして、9乗クラスのOVCXO（オーブン・コントロール・クリスタル・オシレーター）を使って、無線機のマスタークロックをロックして使用しておりましたが、この時、OVCXOのADJ（調整）用として、TVのバースト信号にロックした10MHｚと比較して調整しておりました。その後、アナログTVが無くなり、調整確認用の基準クロックが無くなりました、デジタルTVに移り変わっても、アナログコンポジットビデオ信号の出力は出ておりますが、これで生成されるバースト信号は、機器内部でNTSCエンコーダーで使用されるクリスタルの精度に依存します。よって、メーカーによりさまざまで高精度は期待できません。そこで昨今では、安価で簡単なGPSユニットで基準クロックが生成出来るようになり、以前作成した比較器に本機のGPSロックした10MHｚを入力し、OVCXO立ち上がり特性がどのように推移していくか動画で撮影しました。 OVCXOは十分エージングし、一旦、GPS10MHｚに周波数を合わせこみします。その後、OVCXOの電源をOFFにし、数分後に電源ON立ち上げから動画撮影しております、約３分弱で両者の周波数はピッタリ合います。OVCXOを長期にOFFした状態からでは、周波数が合うまでにかなりの時間を要しますので、今回は数分のOFF期間で実験しました。両者の比較周波数は各10MHｚを分周して1MHｚで行っております。これは周波数のズレが簡単に判断出来るように1MHｚで作成したのです、1周する時間が何秒なのか、又は1秒に何周するかで即座に結果が出ます。 上の波形がGPSクロック、下の波形がOVCXOクロックの波形です。  OVCXOの電源を投入すると、周波数は一旦オーバーシュートし、逆方向へとシフトし、時間と共に戻ってきます、上のGPSクロック周波数に合うように（左右への流れが無くなる位置へ）OVCXOの周波数を調整するのに使用出来ます。周波数が合った時はLED点灯が移動しなく固定します。 |