2016年02月07日

GPSDO トラ技2月号追試

昨年末、新年明けて、色々実験製作してきたGPSDOを紹介させてもらいましたが、1月に発売されたトランジスタ技術2月号に掲載された、JA9TTT/1加藤さん製作のGPSDOを当局なりに追試しましたので報告したいと思います。

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製作したGPSDOが2段重ねになっていますが、上の方が今回製作したものです。下は、先月報告した(2)GPSDO Morion OCXO カウンタ方式になります。ケースのデザインは殆ど一緒にしました。
トラ技掲載の加藤さんのGPSDOにはマイコンは搭載されていませんが、当局は一昨年製作していたものをばらして流用しました。GPSモジュールからの時刻情報などのデータを読み込んで表示させようとの魂胆ですが、まだS/Wは完成していません。

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今回製作した本体の前景です。

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内部構造です。OCXOには5MHzのMTI製を使用しました。これは、SCカット(安定度が高いと言われている)のXTALが使用されており、ebayでも3000円しない価格で販売されています。HP製のGPSDOにも採用されているとの情報があって使ってみました。

5MHz出力ですので、このままでも良かったのですが、他の10MHzと合わせるために2逓倍回路を挿入しています。
逓倍回路は、「トロイダルコア活用百科」に掲載されているダイオード両波整流方式を採用しました。その後BPFとしてaitendoで販売されている10.7MHzのコイルを2つ使用したものを挿入して10MHzの正弦波を作っています。
この10MHzの信号を分配する分配回路は、記事掲載のものを使わさせて貰っています。当局は3分配としました。
10MHzの信号をPLLの比較信号として10KHzに分周する回路は、原型は74LS390が使用されていますが、当局はAVRマイコンATTiny2313のH/W分周回路を利用し、1個のICで作りました。(回路の簡素化です)

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周波数カウンタでのカウントの様子です。


30秒間測定の変動の様子です。これまでに作った他のGPSDOと比較してほぼ同じようになっています。

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MDAで測定した変動の分布です。σで1.53mHzと優秀です。中心周波数も61μHzのずれしかありません。
比較周波数10KHzのPLL方式ですので、OCXOが十分にエージングされていれば短時間で中心周波数に収束しています。

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出力信号の波形です。綺麗な正弦波になっています。無負荷ですので3.2Vp-pとなっていますが、50Ω負荷でも半分の1.6Vp-pが出力できています。


追試と言っても、最も重要なOCXOに違ったものを使用したり、分周器にマイコンを使用したりと一部カスタマイズしていますが、記事にも詳細に書かれているポイントをしっかり抑えればルビジウム信号現にも劣らない高精度のGPS基準の信号源が再現できることがわかりました。
測定器と基準になる信号源がないと、作ったものが本当に高精度で動作しているのか不安になると思いますが、ポイント抑えれば同様な性能が得られるのではないかと思います。
年末の記事で紹介したように、XTAL、OSC、TCXOと比較すれば非常に安定した信号が得られ、中心周波数もGPS基準で得られていますので、通常の用途では十分な基準信号源になるかと思います。

このGPSDOの使用上の最大のポイントは、マイコンを使用していませんのでGPSアンテナはしっかりとGPS衛星を捕まえるように設置することだと思います。
安価で高感度のGPSモジュールも一時期在庫切れになっていましたが、直近では在庫もあるようです。
アナログ放送がなくなり、簡単に基準信号を入手することが難しくなりましたが、この方式はこれに変わるものとして使用できると思います。

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2016年01月11日

GPSDO

今月号のトランジスタ技術でGPS電子工作という特集記事が掲載されています。
当局が、高精度病に罹って色々と大変お世話になっている加藤OM製作のGPSDOもかなりのページを割いて掲載されています。
製作記事のみならず、設計の考え方、部品の調達、参考価格、製作結果の性能の測定結果まで至れり尽くせりの記事ではなかったかと思っております。

当局も、1昨年の夏より色々苦悩の日々を過し、その年の年末にはその経過を振り返った年末の挨拶をさせていただきました。

http://blog.toshnet.com/article/109203991.html

昨年はMDAなる新しい評価装置も入手させていただき、XTALやTCXO、OCXO、ルビジウムなどの周波数安定度の比較を年末に纏めて掲載させていただきました。

http://blog.toshnet.com/article/170983229.html

GPSDOについては、まだあまり整理できていなかったので掲載しなかったのですが、トラ技に特集が組まれたこともあり、当局なりに製作したり、購入したボード等の状況を掲載したいと思います。

一昨年製作したGPSDOは上記URLの通りですが、これは信号源としてルビジウム発振器を使用したものです。
現時点の当局の基準信号源となっています。
これを自分で測定した状況が以下の写真です。

(1)GPSDO ルビジウム信号源(LPRO-101)

GPSDO LPRO-101 表.jpg
秋葉原で購入した中古計測器アダプタのケースを利用して作ったものです。
製作以来、殆ど電源OFFすることなく24時間で動いています。

GPSDO LPRO-101.jpg
自分の信号を周波数カウンタの基準信号として自分自身の周波数を測っています。


自分自身を基準にしていますが、ふらついています。とは言っても、この動画では僅か200μHzです。
測定誤差、基準信号であるルビジウムもふらついていますからこんなものでしょう。

GPSDO LPRO-101 MDA.jpg
MDAでの評価です。自分自身を測っていますが、周波数センターはぴったり合っていません。
と言っても、僅か21.9μHzの差です。
標準偏差も778μHzととても優秀だと思います。

(2)GPSDO Morion OCXO カウンタ方式

これは、OCXOの周波数誤差を周波数カウンタと同じようにカウントして、その後差分を少しずつOCXOを補正制御して周波数を合わせこむ方式です。
周波数カウントはマイコンでも良いのですが、どうも信用ならなくて同期式のカウンタでカウントするH/W方式としました。
と言っても、すべてをカウントするのではなく、最後の8bit分(約±70mHz)だけをカウントしてマイコンに取り込み誤差補正しました。
0.001Hzをカウントするのに1000秒かかり、周期はその倍になっています。
これができるのは、OCXOがダブルオーブンでこれくらいの時間は非常に安定していることで実現できるものです。
制御端子からの周波数可変範囲はもっと広いのですが、そんなに広く制御する必要はないし、制御電圧を作るマイコンのPWM出力が10bitと粗い為、可変範囲を狭くするように回路を組んで対応しました。

GPSDOカウンタ方式表.jpg
まだS/Wは未完ですが、GPSの時刻情報も取り込んで正確な時計としても使えるように表示しています。

GPSDOカウンタ方式裏.jpg

GPSDOカウンタ方式内部.jpg
高精度を実現するのにノイズ源となるスイッチング電源まで組み込んでどうかと思いましたが、電源とアンテナの接続だけで使えるので便利です。今のところノイズ影響はないのかな?と思っています。

GPSDOカウンタ方式.jpg


ルビジウムより動いていますが、これまでの評価では一番安定していると思っています。
周波数が飛び跳ねる現象も見られません。

GPSDOカウンタ方式 MDA.jpg
周波数センターも良く合っていますし、標準偏差も933μHzとルビジウム相当の結果が得られています。

GPSDOカウンタ方式オシロ.jpg
4分配器を入れていますが50Ω終端で約1.2Vの正弦波出力です。

(3)GPSDO Symmetricomボード

このボードは一昨年あたりから中古が出回り始めているようで、これらを使ったサイトはあまり見かけませんでした。
携帯基地局の基準信号源として有名なHPのZ3801などがありますが、これらのボードはそれらの第2世代機ではないかと推測しております。非常に小型になっていますし消費電力も下がっています。
メーカーサイトでは最新式は更に小型になっているのが見られます。
価格も安くはありませんがそれほど高いわけではなかったので、人柱と思いながら購入してみました。
6V動作となっており、アンテナをつなげば10MHzと1PPS信号が出てきます。
何せ情報が少なくて苦労しましたが、何とか動かせました。

Symmetricom 表.jpg
動作状態を示すLEDをつけようと穴を空けてます。基板から線を引き出す必要があります。

Symmetricom 裏.jpg
これは、手持ちの薄型ケースに入れましたので電源は外付けのACアダプタを使用しています。
RS-232Cの出力を持っており、内部の情報をターミナルソフトで読み出すこともできます。

Symmtericom 内部.jpg

Symmetricom.jpg


30秒の動画では約2mHz強の動きしかありませんが、長時間見ていると±5mHz程度は動いているのが観測できます。
サイト情報によればCDMAの基地局の周波数精度は、5×10~8だそうなので、これで十分だと言うことになります。(正しい情報かは?です)

Symmetricom MDA.jpg
標準偏差は1.8mHzなのでそれほど悪くありませんが、中心が鋭くとがっていますので、中心周波数にいる時間が短いと言うことになります。

自分で作ったものより、中古とは言え業務用で使用されているものの方が信頼できるだろうと思ったのですが、これより性能の良いものを見てしまうと若干物足らなくなってしまいます。
普通はこれで十分な基準信号源となりえますからね!中古OCXO 2個分で10~9台の信号源が手に入ります。
これで不満足なのが高精度病たる所以なのでしょう(笑)
このボードには、昨年末に結果としてたどり着いただけで、最初に知っていればこれで終わったのかもしれませんが。


これ以外にも、位相差方式や、PICで作られた海外のカウンタ方式なども検討中なのですが、まだまだ中途半端でご紹介には至りません。
加藤OMも記事で参考にされていたG3RUH局のPLL方式も作ったことがありましたが、安定度は2桁ほど悪かったと記憶しています(当局の作り方が悪かったのでしょう)。
今回、加藤OMは±0.001ppmを実現されていますので、当局もやってみたいと思います。

基準信号は一つあればいいのではないかと思われるかもしれませんが、やり始めるとなかなか奥が深くのめり込んでしまっています。
これ以上の精度を得ようとするとセシウム信号源等と言うことになるかと思いますが、非常に高価で手が出ません。よって、これ以上の性能を測る手段がありませんので、高精度病もこれくらいで完治になろうかと感じ始めてはいます。
アラン分散やら位相ノイズやらも測ってみたいとは思うのですが.......




posted by ja6irk at 16:09| Comment(4) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew

2016年01月04日

初仕事

IMG_0258.JPG

今年は非常に暖かい良いお天気の3が日でしたが、あっという間に終わりました。
いつまでも謹賀新年というわけにもいかないので、今年の初仕事を掲載します。
一昨年来、高精度病に罹って色々実験を繰り返していたのは、これまでの記事のとおりですが、周波数精度を観測するのには、周波数カウンタがまず必要な測定器となり、当然、これまで持ち合わせていなかった桁数の多い周波数カウンタの中古品を購入しました。(元々、1Hz台まで測れる校正された周波数カウンタを持っていなかったことから、高精度病に罹患してしまったのですが)
Agilent(旧HP)の53181という周波数カウンタです。
ゲートタイム2秒で12桁(10MHzの場合、100μHz)まで測れるものです。
これは、単なる周波数カウンタではなくて、任意のゲートカウントでの(例えばN=100)平均値やMAX、MIN、標準偏差まで計算して求めてくれる優れものです。
普通ならこれで十分なのですが、どうも高精度を扱っている人々は、この53181ではなく、53132、53131というのが標準でよく使用されているらしいと知って、無性に欲しくなってしまいました。
名称も周波数カウンタではなくて、ユニバーサルカウンタになっています。入力が2つになっていて2つの信号の時間差なども測れるようです(当局の場合いらない機能なのですが)。
それ以外の差が何なのかはよくわからず、中古品でも比較的高価なものですが、安物を見つけてポチってしまったのです。
ところが、安物買いの銭失い、とは言ったもので安過ぎたのか(それでも結構高かった)電源は入るものの初期テストでエラーが出て測定できません。ショックを受けてそのままほおってあったのですが、もし2台目も動作不良でも2台あったら1台くらい修復できるだろうと、また同じようなものをポチってしまったのです。
それで写真のように、12桁カウンタが3台にもなってしまったのです。
しかし、ラッキーなことに3台目は動いていました。
その状態で年を越してしまったのですが、今年の初仕事は動作不良の1台の修復でした。
初日早々、中古のゴミだらけの測定器を開いて(といってもこの測定器は主要基板が3枚しかありません)、
まず電源基板の電圧を測って比較しました。異常ありません。でも、と思い、電源基板を入れ替えてみました。
なんと動くではありませんか。
電源基板の出力電圧に差はありません。おかしいなと思い、実装した状態で電圧を測るとなんと-12Vが小さい値になっていました。負荷をかけるとレギュレータがちゃんと動作していないようです。
基板の電圧を測ったときは、基板をはずして無負荷の状態で電圧を測っていたので気づかなかったのです。
レギュレータの回路を基板で追っかけたら、3端子レギュレータでの簡単な回路でした。
-15Vの3端子は沢山持っているのですが、-12Vがあるかと家捜ししたら、1個だけありました。(正月早々秋葉原に行かなくてすみました)
これを交換したら、無事修理完了、動作不良だった53131も無事動作品に変わりました。
2台の53131は古い製品ですので長時間使用されていたせいか、FANの音がうるさくなっていました。こちらもたまたま保有していた同形状(40mm角)のFANがありましたので2台とも交換してとても静かになりました。
一番上が、自分の基準信号を、下2台がルビジウム信号源を測定した値を表示しています。
53131を購入してわかったのですが、周波数カウンタとしては53181と同じ性能であることがわかりました。
ゲートカウント2秒で12桁表示です。更に高い53132はゲートカウント1秒で12桁精度が出せるようです。それ以外は保有していないので良くわかりません。しかし、そこまで必要ないあな〜というのが実感です。
12桁カウンタが3台並ぶと壮観ですが、3台あっても場所を取るだけなのでそのうち2台は処分しようと考えています。
最初に購入した53181がAgilent製で(2台の53131はHP製)新しく綺麗でもあるのですが、残すならやはり悩んだ分もあるので53131かな!?と考えています。
今年の正月の初仕事でした。


posted by ja6irk at 11:09| Comment(2) | TrackBack(0) | QRP-HomeBrew

2016年01月01日

2015年12月31日

周波数安定度比較

今年も早いものでもう大晦日になってしまいました。
9月の末に慌てて何か書かなくちゃと生存証明を書いてから、
早3ヶ月です。

今年は、昨年の高精度病から脱却して新しいことを始めようと、前半は、AirBand受信機を作ったり、Arduinoを始めたり、IoTを気取ってWiFiモジュールをいじったり、蛍光表示管でGPS時計を作ったり、タッチパドルを作ったりしてハムフェアまでを迎えたのですが、ある時aitendoでNEO-6Mなる新しいGPSモジュールを見つけて、また高精度病復活となり後半を過ごしてしまいました。

更にお世話になっているOMさんからModulationDomainAnalyzer(MDA)なる面白い測定器を譲っていただき、昨年にも増して深みにはまってしまったというのがこの1年でした。

しかし、頭の中では漠然とわかっていたことが実際に色々とやっているうちに更に理解が深まり、これまでにやったことをあらためて測定を行い整理してみて、なるほど言われている通りだったんだということを知った有意義な1年でした。

何も新しいことはありませんが、実際に測定したデータで比較したものは今まで見たことがなかったので当局的にはとても新鮮でした。

また、周波数カウンタだけでは周波数の安定度は測れないということも初めて知ることができました。

そこで、今年最後の記事はXTAL、OSO、TCXO、OCXO(シングルオーブン)、OCXO(ダブルオーブン)、ルビジウムとNEO-6MというGPSモジュールのクロック出力の周波数安定度比較した測定データを並べてみました。
単なる測定器の写真データの比較ですが、ご参考にでもなればと思います。

俗に色々な文献で周波数の安定度は概略次のように言われています。

XTAL 10~5 TCXO 10~6 OCXO 10~8 ルビジウム 10~10 
セシウム 10~13以上

経時変化はこれの1桁上ほどの変化があるといわれています。
今回は、この初期性能の確認が目的です。

もちろんセシウムは持っているはずもないので確認できていません。

(1)XTAL 10MHz

XTAL 10MHz XTAL.jpg

XTAL 10MHz.jpg
適当な定数で組んでおり調整もしていないのできっちり10MHzではない



カウンタで見る限り、0.1Hz台以下での変動である

XTAL 10MHz MDA 1Hz.jpg
スパン1Hzでの周波数変動のヒストグラムです。これも1Hz以内に見えます。
標準偏差も200mHzを切っていますので、3σ(99.7%をカバー)で600mHz以内の変動ということになります。
結構優秀です。

XTAL 10MHz MDA 10Hz.jpg
スパン10Hzで比較的長時間見ると標準偏差500mHzになっています。それでも1.5Hz以内になります。
1.5×10~7の安定度というところでしょうか!?

XTAL 10MHz オシロ.jpg
1石で簡単に作った発振回路ですが結構きれいな波形が作れてます。

(2)OSC

OSC 12MHz .jpg
いわゆるXTALオシレータです。10MHzに近い手持ちが12MHzでした。130Hzほど低い発振です。


こちらは更に1桁低い動きに見えます。20秒間では約0.1Hz以内の変動です。

OSC 12MHz MDA 2Hz.jpg
スパン2Hzでのヒストグラムです。カウンタの測定値と違って結構動いています。標準偏差は約500mHzですから3σは1.5Hzですから、結果としてはXTALと同じ位の変動は幅となっています。

TCXO 12.8MHz オシロ.jpg
このオシレータの出力波形はノコギリ波に近い波形でした。

(3)TCXO

TCXO 12.8MHz.JPG
昔、秋月で売っていた京セラ製の12.8MHzのTCXOです。
これも20Hzほど低い発振周波数となっています。


これは優秀です。20秒間で10mHz以内の変動幅です。

TCXO 12.8MHz MDA 1Hz.JPG
スパン1Hzでのヒストグラムです。この測定では結構変動幅があります。標準偏差70mHzですので3σで約210mHzの変動幅を持つことになります。
2×10~8の安定性能ということになります。

TCXO 12.8MHz オシロ.JPG
このTCXOも出力波形はノコギリ波に近い形になっています。

(4)OCXO 5MHz(TOYOKOM製 シングルオーブン)

OCXO 5MHz TOYOCOM.jpg
昨年のハムフェアで仕入れたシングルオーブン型のOCXOです。

OCXO 5MHz.jpg
外部周波数可変端子はオープンでの発振周波数です。3.5Hzほど高くなっています。

さすがOCXOです。1mHz以内の変動幅で観測されています。

OCXO 5MHz MDA 1Hz.jpg
スパン1Hzでのヒストグラムです。TCXOと比較して非常に変動幅が小さくなっています。

OCXO 5MHz MDA 50mHz.jpg
スパンを50mHzで観測したときのヒストグラムです。標準偏差は9.6mHzですので、3σは約30mHzの変動幅ということになります。
3×10~8の安定度ということになります。

OCXO 5MHz オシロ.jpg
出力波形は、ほぼ矩形波のようです。

(5)OCXO 10MHz(MORION製 ダブルオーブン)

OCXO 10MHz MORION.jpg
ebayで仕入れたロシア製ダブルオーブンの10MHzOCXOです。日本ではオーディオ用標準信号としての用途で急騰しているようです。

OCXO 10MHz.jpg
これも周波数可変端子はオープンでの測定です。0.2Hzしかずれていません。


これも1mHz台での変動です。カウンタでは、シングルオーブンより動いているようにも見えます。

OCXO 10MHz MDA 1Hz.jpg
スパン1Hzでのヒストグラムです。

OCXO 10MHz MDA 50mHz.jpg
これはスパン50mHzでのヒストグラムです。標準偏差も約9mHzですのでシングルオーブンと大差はありませんが、発振周波数が2倍だということを加味すると変動幅は半分ということになります。

OCXO 10MHz オシロ.jpg
これは正弦波の出力波形です。

(6)ルビジウム 10MHz(FE5650)

ルビジウム10MHz.bmp
昨年調整したルビジウムです。0.0001Hzのずれですが、ここまでくるとカウンタの基準とどちらが正しいのかわからなくなります。


0.0006Hz以内の変動幅です。これも基準の変動との違いは見分けられません。

ルビジウム 10MHz MDA 1Hz.jpg
スパン1Hzでも変動幅が非常に狭く観測されています。

ルビジウム 10MHz MDA 50mHz.jpg
スパン50mHzでのヒストグラムです。標準偏差は1.7mHzです。3σで約5mHzの変動幅です。
5×10~10の安定度ということになります。
使用した周波数カウンタも、MDAも基準発信器はもうひとつのGPS制御されたルビジウム(LPRO-101)で、安定度は被測定ルビジウムと同じ程度と思われますので、これくらいの値になるとどちらの安定度を測っているのかわからないと思います。

ルビジウム 10MHz オシロ.jpg
これも出力波形は、正弦波です。

結論から言うと、XTALは言われているより1桁くらい良いのかな?という結果でした。後は大体言われているような性能でしょうか?!

しかし、どこまでの精度を要求するかにもよりますが、経時変動で1桁は動くことを考えると何か周波数標準がないと不便であることも事実ではないかと思います。
もちろん校正されたルビジウムがあれば1桁狂ってもmHZ台だと思いますので全く問題はないでしょう!
ただし校正されていることが前提となります。
ルビジウムも調整トリマがついており数十mHzは平気で動かせます。
ダブルオーブンのOCXOもたまたま開放で初期値は良かったのですが外部端子で数Hzは動きます。
どのくらいの精度があったのかは今では知る良しもありませんが、昔秋月からカラーバースト信号を基準にした10MHzの基準信号源がありました。実は当局も買っていたのですが、作らないうちにアナログTV放送がなくなってしまいました(笑)
XTALを使った周波数カウンタをいくつか作りましたが、こうしてみると作ったカウンタの基準を正しく合わせられないと何を測っているのかわからなくなります。
昨年、高精度病に罹っていったのはここに原因があったわけです。
周波数カウンタを合わせるのに、カウント桁数の多い周波数カウンタを購入して、それの基準周波数がかなりいい加減でこれを合わせるのにルビジウムをお借りして合わせて、それでもどんどん変化するので結局ルビジウムを購入して、カウンタも12桁まで読めるものだから100μHz台の変動が気になってしまってという泥沼です。
もし、購入した周波数カウンタが10mHzまでしか読めなかったらこれほど酷くはならなかったのではと思っています(笑)
購入した周波数カウンタでそこそこの安定度が得られても、実は正しく測っているとは限らないということもわかりました。
例えば、1秒間のサンプリング(ゲートタイム)で半分が15MHz、半分が5MHzであっても周波数カウンタの表示は10MHzとなるのです。
これを繰り返していた場合、カウンタはずっと10MHzを表示し続けます。

MDAはこの動きを観測できるのです。もちろん、MDAであってもサンプリングタイムには限界がありますから同じようなことが起きていると思います。周波数カウンタにも標準偏差を測定計算する機能があるのですが、一致しません。どちらも目安と思って使用するべきではないかと。
要は、使う側が理解して使わないと一喜一憂してしまうということだと思います。
当局はそれを知りました。

いずれにせよ、アナログTV放送がなくなった後の現在、基準に使える信号が見当たらず困っている局も多いのではないかと思いますが、ルビジウム精度を求めるのでなければ(0.1Hzが合わせられる)、比較的安く入手できる便利なものを見つけました。それが、aitendoで見つけたNEO-6MというGPSモジュールです。

通常GPSモジュールは1Hzの基準信号が出力されていることが多いのですが、このモジュールはスペック外ですが〜10MHz間での信号を出力することができます。
この信号はセシウムを基準とした周波数制御が行われているGPS制御で生成される信号なので基準信号になるのではと思ったのです。

サイト検索をすると当然既に検討された方が多くいらっしゃいます。このモジュールは内部基準が48MHzで動いているので整数分の一ではない10MHzはジッターが多くて使えないとの評価でした。逆に整数分の一の周波数なら使えるのではないかと思いました。例えば、8MHz、6MHz、4MHz、1MHzなど。
それで実施した実験での測定結果が以下の通りとなります。

(7)NEO-6M 8MHz

NEO-6M 8MHz.jpg
そこその周波数精度が出ています。


20秒間の観測では±50mHz程度の安定度です。

NEO-6M 8MHz MDA 50Hz.jpg
スパン50Hzでのヒストグラムです。なんと標準偏差約3Hzです。3σで15Hzの変動幅となります。
GPS制御されていますので中心周波数は6mHz程度のずれですが、基準に使うには変動幅が大き過ぎます。

NEO-6M 8MHz オシロ CLKOUT.jpg
出力クロックは、整数分の一でそれなりに安定しているようには見えるのですが....

NEO-6M 8MHz オシロ.jpg
先のクロックを2じのBPFを通して正弦波化した観測波形です。綺麗な正弦波になっています。

(8)NEO-6M 6MHz

周波数カウンタの写真を撮るの忘れました。


20秒間の動画では、±100mHz以内で変動しています。

NEO-6M 6MHz MDA 50Hz.jpg
これもスパン50Hzでのヒストグラムです。標準偏差2.6mHzを超えています。中心は16mHzのずれですが。

NEO-6M 6MHz オシロ.jpg
同じく、2じのBPFを通した波形です。

(9)NEO-6M 1MHz

NEO-6M 1MHz.jpg
1MHzです。


±20mHz以内の変動に見えます。周波数カウンタの校正用には使えるかもしれません。

NEO-6M 1MHz MDA 5Hz.jpg
スパン5Hzのヒストグラムです。標準偏差490mHzです。中心は2mHzのずれですが、周波数が1MHzということを考えると大きな変動幅だと思います。

NEO-6M 1MHz オシロ CLKOUT.jpg
BPFを作らなかったので出力波形のみです。矩形波です。

(10)NEO-6M 10MHz

IMG_0215.jpg

NEO-6M 10MHz.jpg
10mHz台が観測できます。


最大で±80mHzの変動といったところでしょうか!

NEO-6M 10MHz MDA 500mHz.jpg
スパン500mHzのヒストグラムです。標準偏差は約100mHzとこれまでの中では一番安定しています。3σは300mHzということになります。
中心周波数のずれも129μHzとなっています(たまたまだと思います)

NEO-6M 10MHz オシロ CLKOUT.jpg
クロックアウトです。同期が取れません。これまでの評価でジッターが多いというのはこのことだと思います。基準クロック48MHzで、約1/5でしかも整数分の一ではないためDDSの原理から複数の周波数が見れているのだと思います。しかし、サンプリングの定理からすればちゃんとしたBPFを通せば正弦波は得られるはずです。

NEO-6M 10MHz オシロ.jpg
2次のBPFを通した波形です。BPFはaitendoの10.7MHzのコイルを2つ使いました。
しっかりとした正弦波が出ています。出力も約1.5V(50Ω終端)出ています。

波形だけ見れば8MHzや6MHzのほうがよさそうですが、3σの値でHzオーダーで動いているのを見てしまうと中心周波数はそれほどずれていないので多分大丈夫だとは思うのですが、なんとなく気分が良くありません。

10MHzは、直接出力波形だけを見ると使えないと思うのですが、チャンとフィルタリングしてやれば3σで300mHzしか動いていませんし、中心周波数もかなりの精度となっていますので、周波数カウンタ合わせの基準信号としては100mHzいや10mHz台まで校正できる基準として使えるのではないかと思います。
このGPSモジュールは、aitendoで1980円しかしませんし1個50円のコイルが2個とコンデンサが1個、インバータロジックICが1個、抵抗が4個全部で基板を入れても2500円もかからないでしょう!
GPSモジュールのパラメータ設定にUSB-シリアル変換モジュールがいるので持ってなければ後500円位かかりますが、いずれにせよ安価で手軽な周波数基準信号が手に入ることになります。

回路図は掲載しませんでしたが、希望の方がおられましたら送付したいと思います。

校正の必要は全くありませんので、ローカルさんがいなくてもいつでも基準信号が手元にあることになり便利だと思います。もちろんGPS方式ですから、アンテナは窓際か窓の外に出す必要がありますが、合わせるときだけですから、何とかなるでしょう。

しかし、何故10MHzだけが良い結果になったのかはわかっていません。GPSモジュールのメーカーの人だけが知る原理があるのかもしれません。

もっと精度の高い基準の検討も色々やって入るのですが、まだこれといった結果が出ていないのでもうしばらく病気は続くのかもしれません。
早く治らないと、次の自作もできないし、ここしばらくOnAirもできていないのでとか思いつつ2015年もあと少しとなりました。
ここまで読んでいただいた方々には、かなりの長文でしたのご苦労をおかけしました。
御礼を申し上げます。
来年は長文にならないようにもう少しBLOGのアクティビティもあげられればと思います。
2015年、大変ありがとうございました。
来る2016年も宜しくお願い申し上げます。

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2015年09月30日

9月も終わり

DSC01608.jpg

明日は、あっという間の夏が終わって、秋の気配の10月です。
Wifi IoTから何もやってなかったかというと、逆に色々やってはいたのですが、なかなか成果の上がるものはありませんでした。
その中で、自作はやっていますよ!という証明でとりあえずケースまで入った自作品を2つ掲載します。
一つは、ウクライナ製VFD管を使用した、GPS同期時計です。
1秒のくるいもありませんし、停電しようが、昼間電源を切っていようが、電源をONすれば数十秒ですぐに自動で正しい時刻を表示してくれます。
シャックの標準時計として作りました。



もう一つは、タッチパドルです。
去年のハムフェアで試作品が、今年のハムフェアでは製品が販売されていたタッチパドルをaitendoで売っているタッチ用ICを使用して作ってみました。デザイン的にも製品を意識したものにしてみました。

DSC01610.jpg

以上、8月、9月の自作品の一部です。中身がなくてすみません。
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2015年08月09日

ESP-WROOM-02 & Blynk

技適を取得したWiFiモジュールは先日紹介しましたが、これが結構人気のようで、aitendoだけでなく秋月でも販売が開始されたようです。
最初に販売されたショップよりも安く販売され(aitendo¥580、秋月¥550)今日の時点では、秋月のショップでは既に売り切れでした。一方、aitendoでは秋月対抗なのか、レジのところで¥500で売っていました。こちらは在庫が沢山あったようです。
秋月での型名(正式型名)は、ESP-WROOM-02(以前同じ型名で技適未取得のものが他で売られていたので要注意)です。
問題は、モジュールのピッチ変換でaitendoでは基板だけ売られています。AタイプとBタイプがあり、ブレッドボードではAタイプが使い安いのですが、今日の時点で売り切れでした。Bタイプは以前からあるESP8266と同じ配列なんでしょう、ブレッドボードでは使いにくく在庫がありました。

DSC01367.jpg

 さて本題です。温湿度センサーからのデータ取り込みWEBでの表示については参考にさせていただいたサイトオーナーashiyuさんからの支援で何とか使えるようになりました。
 自宅内ではこれでもいいのですが、最近はIoTという言葉とともにデータを外部のクラウドサーバにおいて、iPhoneやAndroid等の端末でどこからでもデータを見れたり逆に制御をしたりすることがはやっているようです。
実験用に無料で提供しているところもいくつか見られます。また、端末側のグラフィカルな表示やボタンなども簡単にできるアプリも提供されています。
今回は、その中で「Blynk」というものを使ってみました。

http://www.blynk.cc/
https://itunes.apple.com/us/app/blynk-control-arduino-raspberry/id808760481?ls=1&mt=8

参考になるサイトも紹介されており、端末側のアプリもマニュアル無しでもとりあえず作れました。

DSC01366.jpg

写真のような情報を外出先から見ることができます。On/Offボタンなども作れるので、外からエアコンなどのOn/Offとか、植物の水遣りとか色々応用が考えられているようです。

以下、このWiFiモジュールに書き込んだプログラムです。
GPIO13に温湿度センサー、GPIO12にWifi接続確認用のLEDを接続しています。
殆どがサイトで紹介されているプログラムでオリジナルは殆どありませんが、実験されるかの参考になればと思って掲載しました。
※実験用でごみプログラムもありますが、それらは全てコメント処理しています。

/**************************************************************
* Blynk is a platform with iOS and Android apps to control
* Arduino, Raspberry Pi and the likes over the Internet.
* You can easily build graphic interfaces for all your
* projects by simply dragging and dropping widgets.
*
* Downloads, docs, tutorials: http://www.blynk.cc
* Blynk community: http://community.blynk.cc
* Social networks: http://www.fb.com/blynkapp
* http://twitter.com/blynk_app
*
* Blynk library is licensed under MIT license
* This example code is in public domain.
*
**************************************************************
* This example runs directly on ESP8266 chip.
*
* You need to install this for ESP8266 development:
* https://github.com/esp8266/Arduino
*
* Change WiFi ssid, pass, and Blynk auth token to run :)
*
**************************************************************/
#define BLYNK_PRINT Serial // Comment this out to disable prints and save space
#include
#include
#include
#define DHTTYPE DHT22
#define DHTPIN 13

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE,11);
float humidity, temp_f; // Values read from sensor

// You should get Auth Token in the Blynk App.
// Go to the Project Settings (nut icon).
char auth[] = "1f5088a7bda5*******1e5ca97d9e8";

void setup()
{
Serial.begin(115200);
Blynk.begin(auth, "****", "****");
dht.begin(); // initialize temperature sensor
pinMode(12, OUTPUT);
// digitalWrite(12, HIGH );

}

BLYNK_READ(1)
{
temp_f = dht.readTemperature(false);// Read temperature as Celsius
int value=temp_f*10;
String str;
char result[5];
result[0]=(value/100)+'0';
result[1]=((value/10)%10)+'0';
result[2]='.';
result[3]=(value%10)+'0';
result[4]='\0';
str +=result;
str +="℃";
//char buf[str.length()+1];
char buf[8];
str.toCharArray(buf,sizeof(buf));
Blynk.virtualWrite(1,buf);
}
BLYNK_READ(2)
{
humidity = dht.readHumidity(); // Read humidity (percent)
int value=humidity*10;
String str;
char result[5];
result[0]=(value/100)+'0';
result[1]=((value/10)%10)+'0';
result[2]='.';
result[3]=(value%10)+'0';
result[4]='\0';
str +=result;
str +="%";
//char buf[str.length()+1];
char buf[8];
str.toCharArray(buf,sizeof(buf));
Blynk.virtualWrite(2,buf);
}

void loop()
{
Blynk.run();

if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
// コネクション確立済み以外のステータスなので
// 無線LAN接続NG LED消灯
digitalWrite(12, LOW);
} else {
//コネクションOKなので、点灯
digitalWrite(12, HIGH );
}
// delay(1000);

// delay(1000000);
/*
//1:μ秒での復帰までのタイマー時間設定 2:復帰するきっかけの設定(モード設定)
ESP.deepSleep(30 * 1000 * 1000 , WAKE_RF_DEFAULT);

//deepsleepモード移行までのダミー命令
delay(1000);
*/

}


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2015年07月12日

Arduino用Wifi

DSC01256.jpg

またしても、Arduinoネタです。
Arduino用のWifi基板(シールド)は非常に高くWifiを実験するにはコスト的に敷居の高いものとなっていました。一方で海外ではESP8266というICを使用した基板が非常に廉価で販売されており、使用例も沢山見つけることができています。
しかし、これらは技適を取得していないため国内での使用は問題がありました。
今年に入って技適の審査中である情報が散見されるようになっていましたが、ついに発売になり、当局も早速入手し実験してみました。
この基板はCEREVOというところが販売開始したもので、販売開始は7月7日で初日に注文し入手しました。
基板そのものはまだ在庫があるようですが、変換基板付きはすでに品切れのようです。
検索するとアマゾンでも、いくつか販売しているところが見つかり価格も殆ど同じくらいです。

入手して色々検索で調べていて、驚きました。
なんと、このESP8266はArduinoIDEで直接プログラム開発ができつまり、いわゆるArduino基板(UNOやNANOなど)は必要ありません。
Prominiやaitendoのあちゃんでいいのと同じように書込みにUSBシリアル変換が必要なのと、一般的に使用しないRTSの信号が必要になるのが課題ではありますが。

DSC01257.jpg

DSC01259.jpg

入手した基板の半田付けも終わったので、書き込み用のUSBシリアル変換基板の改造を行いました。
Prominiやあちゃんでいいのは、先日入手していた変換基板で問題はなかったのですが、RTS信号が必要なためICの端子から直接取り出し、もともと端子として出力されていたCTS端子のパターンをカットし接続しました。
書込みだけだとこれでいいのですが、デバッグするのにシリアルを使用する場合は、このRTS信号とDTR信号を切り離す必要があり、実際にやってみると確かにこの2つの線をはずさないとシリアル通信ができません。
いちいちつけたりはずしたりも不便なのでスイッチ基板を追加しました。

DSC01263.jpg

参考にしたのは、以下のサイトです。
http://tech-blog.cerevo.com/archives/859/
まずこちらで、自宅のWifiと接続できることを確認しました。

http://ashiyu.cocolog-nifty.com/blog/2015/07/esp8266exarduio.html
次にこちらで、ArduinoIDEのスケッチサンプルでWEBサーバー機能を確認しました。
ちゃんと自宅のWifiネットワーク二接続され、WEBサーバーとして動いています。

DSC01262.jpg

最終的には、電池駆動で温湿度データをWifiで送れるようにしたいと思って始めたのですが、温湿度データをシリアルで出力しデータとしてはセンサーとして動作していることは確認できたのですが、WEBサーバーのデータとして送り込むことができていません。この部分が自分で作成しているところなので難儀しています。
今日は時間切れになりました。
しばらく掛かりそうですが、ここがうまく行けばいろんなアプリケーションが作れそうです。
気長にやって行きたいと思っています。



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2015年07月05日

あちゃんでいいの

DSC01243.jpg

昨日、秋葉原での懇親会がありその前にaitendoに寄ってきました。
以前より売り切れになっていたArduino簡易版「あちゃんでいいの」が大量に入荷していたので購入してきました。
最初に売っていたのはどうも試作版のようで、色々変更になっています。
まずリセットボタンが追加になったのと、どうもDTRからリセット端子に行く信号をコンデンサでカットされていなかったようで、コンデンサが追加になっているようです。
これで、USBシリアル変換との接続で安心して使えるようになったのだと思います(推測ですが)
この基板で残念なのはプログラムの書き込みに使用するUSBシリアル変換のPinの並びと、「あちゃんでいいの」のPinの並びが違うことです。
aitendoの写真でもUSB-シリアル変換 [USB2RS-340G]が使われているようですが、DTRの信号が反対側になります。
このUSB-シリアル変換 [USB2RS-340G]は現在在庫切れのようで新製品としてUSB-TTL変換 [U2TL340-6P]が販売されていますが、これもUSB-シリアル変換 [USB2RS-340G]と同じPin配列ですので接続は注意しなければいけません。
前のモデルは500円で、新製品はリセットボタンと5V-3.3V切り替えスイッチが省かれているのに590円と値上げになっています。(この話題と関係ありませんが)
これらの変換基板と「あちゃんでいいの」との接続は下記の写真のようになります。

DSC01252.jpg

先週、当局が自作した「あちゃんでいいのもどき、XBYバージョン」はPin接続はDTRを反対側に入れ替えなくてもいいようにパターン設計しています。
俗に売られている、Arduino Pro、ProminiのPin配置も上記USBシリアル変換のPin配列と同じなので、何で同じにしなかったのかな?と疑問に思っています。
下記は「あちゃんでいいの」と「あちゃんでいいのもどき、XBYバージョン」を比較した写真です。

DSC01250.jpg

それから、あちゃんでいいのの製作で接続するLEDは基板上13番端子がLOWの時点灯する設計なっており、UNOなどとは論理が逆となっているため、パターンカットと接続を行い論理を反転し13番端子がHIGHの時点灯するように改造してあります。

いずれにせよ「あちゃんでいいの」¥166とUNOブートローダ書込み済マイコン¥350とUSBシリアル変換¥590の合計¥790で ArduinoUNOとほぼ同じ様なことが楽しめるようになり、コスト的な壁はものすごく低くなったのではないかと思います。(UNO用のシールドはそのまま接続できなくて配線しなければならないのは面倒ですが)
5月の連休から突然はじめたArduinoですが、これまでのBASCOM-AVRで当局が作れなかったものも作れるライブラリが世の中に沢山存在し、不得意なC言語をベースにしたツールではありますが、このツールの使いやすさが不得意部分を補佐してくれるので、非常に便利なAVR用プログラム開発ツールであると実感しました。
下記は、これまでに入手した、また自作したArduino基板群です。

DSC01254.jpg

左から、Arduino UNO、NANO、Promini、あちゃんでいいの、あちゃんでいいのもどきXBYバージョン旧、新 です。
posted by ja6irk at 12:22| Comment(2) | TrackBack(0) | AVR&Arduino

2015年06月14日

ISPでArduinoを楽しむY

DSC01236.jpg

先週は、aitendoで売り切れの「あちゃんでいいの」基板のもどき互換基板を作ったが、よく考えたらAVRマイコン幅で作れることに気づき作り直してみました。
また、先週の基板はUSB-232C変換基板との接続端子を「あちゃんでいいの」とおなじに順序にしたのですが、これに使用するUSB-232C変換基板の出力と同じ順序にすれば、書き込み用接続線を入れ子にする必要もなくストレートに接続できるためここのパターンも変更しました。
ICソケットに使用したのはリードの長いラッピング用の丸ピンソケットです。実は、これが意外と高く、また、最近はラッピングする人もいないのか入手困難でしたが、なんとか見つけて使ってみました。価格的には、ATmega328の値段より高くなっています(¥300)。

DSC01239.jpg

でもスマートにできたからOKとしました。ブレッドボードでの開発用ですから。
お決まりのLEDチカチカを書き込んで動作が確認できました。

DSC01240.jpg

ソフトの方は、ATmega168や328だけでなく、ATtiny2313や古いATmega8、ATmega48、88、8PinのATtiny45,13などを使えるように色々テストしていました。
サイト検索で実施例が沢山見つかるのですが、殆どが古いArduinoIDEのバージョン用(1.0.*)で最新の1.6.*やARMも対応した1.7.*ではなかなかうまく動いてくれません。
1.6.*でAttiny45を動かしているサイトを見つけ、そのファイルを参考にATtiny2313、4313やATmega48、8等はなんとか書き込みとLEDチカチカの動作まで確認ができました。
しかし、それぞれのAVRがもっている機能がどこまでプログラムできるのかは???の状態です。
実際に使ってみて確認するしかないかと思っています。

posted by ja6irk at 19:19| Comment(0) | TrackBack(0) | AVR&Arduino