Psoc4とTCXOを使い、GPSで確認する周波数カウンタ作成

前回、GPSの1ppsを使ってカウンタを作成しましたが、ジッタがありました。
この原因を確認すべく、TCXOのみでカウントし、GPSを補助でTCXOの周波数ズレを表示するように変更しました。

前回の回路と比較して、GPSの1ppsの8ビットカウンタが、ハードタイマーのPWMに変更しています。また、BASIC COUTERを5ビットから6ビットに変更しています。これは200MHZが計測できるように1ビット増やしました。あと、GPSの1ppsを12.8MHZで連続にカウント状態にしたカウンタのキャプチャー端子につないでカウント状態にするように回路変更しています。PSOC4は簡単に回路変更できるのでこういう面でも使いやすいですね。

下の結果からみると、前回の周波数ズレの原因はGPSのジッタという結論となりました。
ただ、TCXOは200MHZを測定していると時間とともに温度で周波数がドリフトしていく。って、NWT4000の方も自己発熱でドリフトしていく。そのため、1時間以上放置してから測定したので自分の消費電流の発熱は安定してから測定しています。

使用しているTCXOは秋月の12.8MHZのVCTCXOなので、今回は手動で周波数を調整して12.8MHZになるように、多回転VRを調整してあわせました。補助でGPSとのずれを1秒毎と、10秒毎、80秒毎の3つ同時にLCDにズレ時間を表示して、VRで調整すれば100秒までほぼ0にできます。1秒ずつカウント値の±値を合計して表示すると、最新の秒数でのズレが表示されます。このことからGPSは1回毎にはジッタがあるけど、合計すればほぼ0になることを示していると思います。そのため十分にカウンタに使えることがわかりました。

これを見ると、単純にGPSの1ppsだけでもジッタはあっても周波数は正確なのでそのままでも悪くはないけど、OCXOにして、自動校正にGPSって線がベストですね。これなら温度の影響やGPSのジッタは影響しなくなるし、OCXOの誤差はGPSで補正できる。やはり高精度を求めると最終的にはこの構成か。

10MHZの中古のOCXOならヤフオクかEBAYで手に入りそうです。10MHZの場合、2の分周では収まらないけど、PSOC4はCOUNTERの設定でN分周設定できるので16ビットカウンタ(TCPWM)でPWM作った場合、GATE時間 0.1秒、1秒、10秒はいけますね。ただ、100秒は1段では無理なので80秒となりそう。
完成形が見えたので、後日感光基板で最終形を作ってGPSの1ppsをつかったカウンタも完了予定です。

▼NWT4000のRF出力200MHZ測定時
前回のGPSのみで測定したときと比べるとジッタがほとんどない。このことより、PSOC4のロジック回路の変動要素は少なそうで、カウンタに使えることがわかります。
200MHZ出力設定を測定したときの偏差(HZ)。
1秒 +9 +9 +9 +9 +8 +8 +9 +9 +9 +8
10秒 +8.6 +8.7 +8.6 +8.7 +8.7 +8.7 +8.6 +8.8 +8.7

■TCXO 12.8MHZでPWM時間(0.1秒/1秒/10秒/80秒)をプログラムで書き込みカウントする回路ブロック
画像
















■OCXO自作編につづきます
 OCXO自作編(その1) 
 OCXO自作編(その2) 
 OCXO自作編(その3) 

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