周波数カウンターの精度向上（VCTCXOを使う）

GPSDOを手に入れて手持ちの周波数カウンターの校正を行ったが、Nationalの古い物は安定度が悪く、1時間くらいで２４Hzもドリフトしていた。

　今、GPSDOを作ろうと思い、VCTCXOには秋月電子の12.8MHzの物を使う事にして設計を行っている。このVCTCXOを周波数カウンターのクロックに使えば安定度が1ｐｐｍとなるはずである。

　Nationalの周波数カウンターはVP4052Aと言う物で、昔ながらの装置構成であった。つまり、クロックに１０MHｚの水晶発振を使い、分周し１秒や0.1秒などのゲート信号（測定間隔）を作っているのです。
　ところで秋月のVCTCXOは12.8MHｚなので、チョイと加工が必要となる。
　10MHzを１秒まで文周するには1/10のカウンターが7個必要である。つまり1/10毎にICより信号が出力されている。
　12.8MHzは1/128すると100KHｚとなる。なので、この1/128した信号を周波数カウンターの100KHｚに入れてあげれば完了であす。しかも、MOS-ICの4040は分周専用のICで1個で100KHｚを作ることが出来そうだ。

　ここで問題は、IC_4040が12.8MHｚで使えるかと言うことだ。一般にMOS-ICは動作周波数が低いので不安があった。
　実際にTC4040を使って分周したが全然使えなかった。動作しない、信号が出てこないのである。
そこで、ネットで分周用のIC（プリスケラー）を探していたら、74HC4040と言うICを発見。なんと70MHｚまで使えそうであった。これなら、当初の予定通りIC1個で分周し100KHｚが作れる。

　マルツパーツのネット店で注文し手に入れた。ついでに、74HC390と言う1/10カウンターが２個入った物も手に入れておいた。

　バラックで組立て動作検証を行ったので、実際に組込む事を考えた。
　このカウンターはロジックICを使っているので、基板に実装されたICの上に実装する方法として調査したら、なんと16PINのICを実装できるスペースがあるではないか。ブラボーである。昔の設計では、製品化した後に発生する瑕疵に備え、対策するスペースを確保していたものである。
　今は、集積度が高いので無理な話だが・・・・

この部分にHC4040を実装し、VCTCXOは増設ICの２階とした。
【ICを取付ました】

ICの拡大画像

実装したIC_74HC4040の上にVCTCXOを取り付けました。

この取付方法は以外と簡単にできました。
74HC4040は16PinでVCTCXOは14PinのICと電源・アースが同じです。
そこで以下のようにしてみました。

4040　　　　　　　VCTCXO
　16　-------　　14　　　（VCC）
　　8　-------　　7　　　　（GND)　VCTCXOのピンを曲げて16Pinの8番のポイントに加工
　10　-------　　8　　　　（信号）　VCCを基準にすると丁度真上になります）
　11　-------　　　　　　　（CL⇒Gへ）
　　4　-------　　　　　　　（100KHｚ出力　10ｋΩの抵抗で動作ポイントを2.5Vにします）

VCTCXOの出力はACで200ｍVくらいしかありませんので2.5V±0.2Vとします。

既設カウンターの100KHｚ信号出力のパターンをカットして、100KHｚの信号をカウンターに接続し完了です。
GPSDOの10MHｚを測定すると丁度10.000000となりました。

今回使用した12.8MHｚのVCTCXOの出力を測定しました。
1.1Hzズレテいますが、調整は止めておきました。1ｐｐｍの範囲内なんですよ。

これで古いカウンターも精度が高くなりました。費用はVCTCXOが0.6K、ICが0.1Kです。
12.8MHｚのVCTCXOと74HC4040の組み合わせによる周波数精度向上は無事完了です。この方法は使えそうですね。

あとこのカウンターにGPS受信ユニットを入れてゲート１秒で1×10＾12の精度にしようかなとも思いましたが、分解能が1Hzなので此のままでも十分ですね。