Tento článek se věnuje miniaturizované verzi kmitočtového normálu, určeného především pro použití jako časové základny v čítači. Principiálně vychází z konstukce kmitočtovéo normálu 10MHz synchronizovaného GPS a kmitočtového normálu synchronizovaného GPS v2, ve ktrých je blíže popsána činnost GPS normálu jako takového. Kvůli snadné zástavbě do finálních přístrojů, a v neposlední řadě i snížení pořizovacích nákladů, modul neobsahuje displej pro zobrazování času a počtu přijímaných družic, ale je zde jen jedna dioda LED, která indikuje fixaci přijímače GPS.

Mininormál opět využívá ověřeý GPS přijímač U-blox NEO7M. Pro nastavení správné funkce GPS příjmače je potřeba počítače nebo mikrokontroléru, který odešle prostřednictvím sériového rozhraní UART potřebné informace. Oproti předchozím verzím jsem nepoužil modul ARDUINO, ale s výhodou jsem sáhnul po mikrokontroléru ATMEL ATtiny841, který svým pouzdrem SO-14 dokonale minimalizuje rozměry celého zařízení. Tento mikrokontrolér má k dispozici rozhraní UART a také 3 nezávislé čítače. Rozhraní UART, se po zapnutí napájení postará o odeslání konfigurační sekvence pro GPS příjmač, a dále se vypne, protože již není potřeba zpracovávat žádné informace z GPS příjmače. Poté jsou čítače mikrokontroléru nastaveny tak, aby pracovaly autonomně a generovaly požadované výstupní kmitočty tj 1 MHz, 100 kHz, 10 kHz a 1 kHz. Aby bylo použití čítačů co nejjednodušší, je celý mikrokontrolér taktován kmitočtem 10MHz z oscilátoru VC-TCXO a čítače jsou nastaveny tak, aby jako zdroj kmitočtu používaly taktovací signál procesoru. Pomocí mikrokontroléru, který by jinak zahálel, je tak vytvořena 4x dělička desíti a tím se ušetří minimálně dva integrované obvody 74HC390.

Pro výběr požadovaného výstupního kmitočtu je použit multiplexor. Na základě zkušeností z provozu byl dále realizován budič výstupního signálu tak, aby byl normál schopen dodávat signál 5V CMOS do 50R zátěže bez nekorektního přetěžování výstupních hradel. Toto je zabezpečeno šesticí paralelně spojených hradel 74HC14, jejichž výstupy jsou přes odpory 300R přivedeny na RF konektor. Dále je zde samostatně vyveden kmitočet 10MHz pomocí oddělěného výstupu, pro nezávislé použití základního kmitočtu.

Jako základní oscilátor je použit VC-TCXO typu CTI CETC VT5A2D12, který je napájen 5V. Jeho výstupní signál je HCMOS 5V a ladící napětí je v rozsahu 1-4V. Tento VC-TCXO je možné na eBay zakoupit kolem 150,- Kč a pro potřeby meřícího přístroje v laboratoři bohatě vyhoví. Pro náročnější uživatele je pak možné použít i vhodný VC-OCXO, jeho výhod se využije pouze v podmínkách s výraznou změnou teplot, ovšem při výrazně vyšší pořizovací ceně.

obr. 1. Schéma zapojení MINI normálu

obr. 2. DPS strana spojů (rozměr 69,8 x 32,4 mm)

obr. 3. DPS strana součástek

obr. 4. Osazovací plán strana spojů

obr. 5. Osazovací plán strana součástek

Konektory pro připojení periferií je možné použít dle vlastních zkušeností a možností, já osobně používám konektory se zámkem, které nedovolují otočení konektoru a tím případné zničení či poškození. Jako VF konektory je možné použít SMA nebo MCX konektory s roztečí 5x5mm. V případě stálého zabudování je také možné použít pouze naletovaných vodičů. Pro přenos kmitočtu 1MHz z GPS, doporučuji použít tenký koaxiální vodič do průměru 1,3 mm, který však uzemňujeme pouze na jedné straně (příklad provedení propoje na GPS modulu).

Výše popsaný MINI normál, je vhodným doplňkem pro čítač, kde přesnost časové základny určuje přesnost měření. Dále je možné s výhodou použít výstup, jako jednoduchý generátor přesného kmitočtu pro různá měření, nebo jako referenční signál apod. Jeho kompaktní rozměry jej předurčují pro zabudování do nově konstruovaného zařízení jako samostatný blok, případně pro doplnění do již vyrobeného či profesionálního přístroje.