Kmitočtový normál 10MHz synchronizovaný GPS v2

Tento článek navazuje na výchozí konstrukci kmitočtového normálu 10MHz. Jelikož jsem nebyl zcela spokojen s chováním prvního modelu, tak jsem delší dobu přemýšlel o jeho úpravě. Hlavním problémem bylo použití oscilátoru RAKON IVT110R, který měl přes napájecí napětí 5V, měl řídící napětí v rozsahu 0,25 - 2,75V. Toto se negativně projevilo při stabilizaci kmitočtu, kdypři napájení logiky 5V byla střední hodnota výstupního napětí kolem 2,5V a pohybovali jsme se na horní hranici regulačního rozsahu. Aby bylo možné dosáhnout zaregulování, byl nalezen kompromis hodnot integračního článku za PLL, kde kondenzátor byl snížen z hodnoty 1μF na 100nF a odpor zvýšen z hodnoty 82kΩ na 100kΩ. Dále bylo potřeba odsranit stabilizační článek 12kΩ a 100μF, což negativně ovlivnilo stabilizaci kmitočtu. Jelikož vývoj probíhal po večerech a s vyrušováním nemluvňat, tak jsem si příliš tohoto neduhu nevšimnul, ale časem se začal drobně projevovat. Bylo zajímavé, že se neprojevoval při prvních prototypech, ale pak jsem si uvědomil, že pro prvotní vývoj jsem použil jiný oscilátor - a to s napětím regulace kmitočtu 0-5V, kde bylo původní zapojení integrátoru RC 82kΩ a 1μF a i pomocného filtru 12kΩ/100μF. Pokusy s R/R děličem naptěí za integrátorem se nejevily jako životaschopné takže bylo potřeba přijít s jiným řešením.

Shodou náhod mě oslovili zájemci o stavbu této konstrukce, zda-li by nebylo možné vyrobit DPS a poskytnout některé komponenty. Jelikož jsem již tou dobou věděl o výše uvedených nectnostech, chtěl jsem je před výrobou odstranit. To mě zpět přivedlo k této konstrukci a při úpravě mě napadlo, že by bylo možné výstupní amplitudu na výstupu PLL omezit zenerovou diodou, stejně tak jak je provedeno u přizpůsobení komunikace s GPS modulem. Někdy ta nejjednodušší řešení nevidíme, ani když je již používáme. Proto byla za odpor intergátoru R1 doplněna pozice pro zenerovu diodu D2, s tím, že pokud bude použit třeba již zmiňovaný oscilátor RAKON IVT 110R může zde být osazena právě zenerova dioda 2V7, která omezí výstupní amplitudu a přizpůsobí regulační smyčku pro daný typ oscilátoru. Současně bylo potřeba upravit hodnotu odporu R1 z původních 82kΩ na hodnotu v rozmezí 18-22kΩ (jednoduše se na odpor R1 přiletuje ještě jeden s hodnotou 27kΩ). Další změnou bylo doplnění původně odstraněného filtru R13 a C13 12kΩ/100μF a doplnění tlumivek 10μH (L1 - L3) do napájení oscilátoru, ARDUINA a obvodů úpravy signálu z oscilátoru. Dále jsem doplnil možnost osazení oscilátoru v kovovém pouzdru DIL14/4 pro zvýšení variability DPS a pájecí propojku SJ1 pro možnost přímého propojení výstupu oscilátoru s výstupem 5V. Další proměnou bylo použití oboustranné desky což umožnilo změnu děličů a tvarovačů z vývodového provedení na SMD montáž a dále pak změnu umístění obvodů pro tvarování signálu z oscilátoru a smyčky fázového závěsu. Dále pak byly upraveny konektory pro displej tak, aby se lépe připojoval - použil jsem  dva šestipinové konektory se zámkem vedle sebe, a upravil jejich zapojení aby šly vodiče pro připojení LCD ve správném pořadí pro daný konektor displeje. Z tohoto důvodu byly zaměněny některé vývody arduina a je nutné použít jinou verzi programu, která je ke stažení zde. Konečné schéma zapojení je na obrázku 1., na obrázcích 2. a 3. jsou návrhy DPS, osazovací plány pak na obrázcích 4. a 5.

  GPSII Osc MAIN

GPSII Osc MCU

obr. 1.  Schéma zapojení
GPSII brd BOT GPSII brd TOP
obr. 2. DPS strana spojů obr. 3. DPS strana součástek
gpsII osaz bot gpsII osaz top
 obr. 4. osazovací plán strana spojů obr. 5. osazovací plán strana součástek

Pro případ, že by se někdo sháněl po BNC konektorech použitých v konstrukci, jedná se o konektory z eBay například z následujícícho odkazu (platný k 12.7.2017).

No a jelikož se nakonec ozvalo více zájemnců nechal jsem DPS vyrobit profesionálně s nepájivou maskou a servisním potiskem, viz následující obrázky:

DPS FINAL TOP DPS FINAL BOT

Použité zdroje:
[1] http://radio.ok1cjb.cz/index.php/mereni/185-01430 (funkční 12.7.2017)
[2] http://www.quartz1.com/price/techdata/CSX-1%26CSX-1L%5BSMD07050C2%5D.pdf - Strana 78-79 (funkční 12.7.2017)
[3] http://www.w1ghz.org/small_proj/A_Flexible_VCXO_Locking_Board.pdf (funkční 12.7.2017)