周波数カウンターのクロック交換

先日ヤフオクでTEKTRONIXのCMC251を5,000円で落札しました、切替スイッチの接触不良も無いし妥当な価格で買えたと思っています
そこで10MHzの基準信号発振器を使って表示させたら47Hzほどズレているようなので筐体を開けてTCXOを調整してズレを修正しました。

翌日に再度確認してみました、スイッチオン直後から3時間ほど観察してみてみると±8Hz程度の範囲でふらついています
仕様書には±1ppmと書かれているので規格内といえばそうなんでしょう。

そこで思い出したのが数年前にAmazonで買った8桁LED式の周波数カウンタ（2,000円程度）の事です、あれはどうなんだろうと思い試してみたら170Hzくらい（はっきりと覚えていません）ズレていた気がします
それで調整用のボリュームが付いていたので回してみると変化範囲が追い付かず60Hzくらい追い込めませんてした
基板の配線を追いかけ抵抗を1本交換することで誤差を0にできました
驚いたことに、これはスイッチオン直後から1Hzくらいしか動きません、しかも2時間以上観察しましたがとても安定しています。

Amazonを見たら今でも売っていますね、IFのオフセットもできる仕様です。

安定度についてCMC251は既に時代遅れということです、周波数を測定するために何時間も前にスイッチを入れて安定した頃に使うという古典的な方法は時間の無駄です。

廉価な中華の周波数カウンターと比べてCMC251の優位性はフロントエンドの信頼性です、カウンター回路に入る前の部分がCMC251はそれなりに優れているため
基準クロックが改善されたなら便利で信頼できるToolの一つになります。

中華製の周波数カウンタに搭載されている5032サイズのTCXOが思った以上に性能が良いようです
このTCXOには「13.0 D KSS336」と書かれています、回路構成から判断して正しくはVCTCXOですね、一説にはむかし京セラがガラケー用に大量生産した部品らしいです
それで10MHzのVCTCXOを買って必要な周辺回路を追加してCMC251のTCXOと交換すると使い物になるのではと思いました。

CMC251のケースを開けるとTCXOの場所はすぐにわかります、シールド版はネジ3個で固定されているので取り外し下側のケースも外して配線経路を確認しました

基板を確認したら本来は不要な47Ω（R45）の抵抗がpin35とpin36の間に取り付けられています
カウンターICのICM7226のpin25とTCXOの5Vラインの近くに47μF（C118）のコンデンサが入っています
TCXOとR45は外します、C118のコンデンサは外して220μFのOS-CONに変更しました。

今回作った基準発振器はケーブルでCMC251のメイン基板から少し離して取り付けることにしました。

実際に作った基準発振回路は以下のようにシンプルなものです

出力は2系統出していて1つはICM7226へ接続し、残りは外部に出せるように、元々の外部クロック入力用のBNC端子は不要になったのでこれを利用します。
基板サイズは30mm×20mmにしました、基板を小型にするため回路はできるだけ省略して最小限にしているため心残りはありますがCMC251のような周波数カウンタには十分だろうと思います。

バッファ用に74VHCT04を使っています、74VHC04だと発振器の出力はLVTTLなのでH・Lの判定ができないため必ずT付きのHCTである必要があります、このICでレベルコンバートしてICM7226に接続します
当時のロジックICは5Vのものが多いですしCMC251も5Vが基本電圧です、そのためICM7226を直接3.3V動作の発振器で動かすことはできません。

Vcon用電圧の可変範囲はデータトートの記載に合わせて最初は0.3Vから3Vとしましたが電圧調整がデリケートすぎるので1.18Vら2.22Vの可変範囲にしました、新品の発振器なので水晶や周辺回路のエージングをするためにCMC251に取り付けてカウンターとして使える状態で1週間ほど電源を入れたままにして馴染ませてから周波数調整をします、もちろん筐体は元通り蓋をして内部の温度が上がり実環境と同じにしておく方が良いです。
水晶発振子のことを調べると最も初期変動が大きいのは最初の1週間くらいらしいです。

Vconの基準電圧は1/2Vccの1.65Vですから発振周波数を測る前にVCTCXOの1番ピンは1.65Vにセットしておきます。

周波数カウンターのスイッチ入れて10MHzの基準信号を測ってみたら1から2Hz程度のズレでした、正式な調整はオシロをXYモードにして周波数調整をしました、周波数カウンターのゲート時間を長くして0.1Hz台までの表示に切り替えて調整をしてもいいのですがオシロを使った方が快適に調整できます。
いずれにしても安定度はたかが±0.1ppmの発振器ですから多くは期待できませんが周波数カウンターには十分なものだと思います、新品の発振器なので通電したまま1週間ほど放置し水晶のエージングをしてから調整しました。

これで目標のスイッチオン直後から信頼して使える周波数カウンターになりました。経年変化もありますし買った調整済みのOCXO方式の基準発振器も校正が必要ですから遠くない時期にGPSDOを買うことにしました。