【パワーメーター2019】水晶発振器と分周カウンタICいじる<SPEC通りにならない>

アナログ回路は苦手なので、避けてきたのですが、測定精度確保のためには、触らないといけないのでいやいやながらいじってみました。

●目的
「左右クランクとSeatTube上死点波形の位相がそれぞれ合わない対策」
本日:「水晶発振器から分周ICを使って、数msec台の基準波形をつくる」
明日以降:測定で使っている怪しげなCPU STM32F103T8C6の割り込み周期を入れてあげて位相ズレが改善されるかを確認します。

●やった事
①±1ppmの超高精度水晶発振器 VM39SG5で分周したときの時間精度を測定する
 =>秋月にあったので買ってみたけど、使うのが大変そうです。

参考サイト:
http://seppina.cocolog-nifty.com/blog/2015/02/vctcxovm39s5g–.html
秋月:http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-07275/

=>この発振器出力電圧が±0.6Vしかでなくて、トランジスタとかアンプで増幅しないと分周ICが動かないので、トランジスタで回路組んでみたら、ノイズが大きくなって、波形のブレが止まらなくなって、精度測定ができませんでした。いくら高精度を誇っても、周辺回路でノイズをくらえばもとの黙阿弥なので、この発振器は
使わないほうがいいと判断しました。

➁±20ppm程度の発振器SG8002DCで分周測定
これは、EPSONの水晶発振器です。DOCUMENTがしっかりしていて安心です。
https://www5.epsondevice.com/ja/products/crystal_oscillator/sg8002dc.html
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-04538/

 

分周は、東芝のTC4020BP 14段のカウンタICを使いました。
仕様:https://toshiba.semicon-storage.com/info/docget.jsp?did=16649&prodName=TC4020BP

※このIC RESETピンがついているので、GNDにおとしておかないと動作しません。気づかずに1時間無駄しました。

●水晶クロックと分周ICの計算と測定結果
スペックが±20ppmですが、実際回路で組んで分周して測定すると
64ppmに悪化してました。波形がぶれていて、ノイズがのっているし電圧波形もばらつきた大きくて、結局時間精度といっても、電圧ばらつきやノイズをもろくらうので、回路全体の低ノイズ化、定電圧精度をあげないと時間精度も出ないということが分かりました。分周については、当たり前すぎてあまり解説がないので、ICの仕様をみる以外にありませんでした。


①SG8002DBから分周カウンタICへの入力波形 相当ブレます。

➁この波形を分周して最大の14段目です。12.8MHzが781Hzまで2^14分周した結果です。

③定電圧電源の5Vの波形ですが、P-Pで720mVもでていたので、精度のよい3端子のほうがよかったです。この電圧精度がもろ発振器の精度にきいてくるので、時間精度を得るには、電源対策が重要です。

●以後
 オシロ測定では、あまり良い精度ではありませんが、実際にCPUの割り込みタイミングに使ってみて
 内蔵クロックでの割り込み精度と外部水晶発振器での割り込みタイミング精度を比較実験してみます。
それで、64PPMでも効果があるなら、本格的に測定システムに入る、外部クロック基板を作ります。

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