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ルビジウム原子時計が狂う

 面白半分で作ったFE-5680のルビジウム原子時計がなぜか狂います、それも4日で3秒も進むのです。もしルビジウムの発振周波数がこんなに狂っているのが原因なら大問題なのでいろいろと調べてみました。

▼なんちゃって原子時計
なんちゃって原子時計
 ルビジウムオシレータの箱はものすごく発熱するので、PC用の12cmファンを背負わせています。

 ルビジウムの周波数が合っているか確認するといっても、我が家には適当な周波数源がありません。ならば、ということで、GPSロガーのGT-730FL/SのLEDから信号を引き出してルビジウムの1PPS信号と位相変化の測定とか、いろいろやっていたら、原因が判りました。

 どうも外来ノイズが原因のようで、部屋の蛍光灯や測定器の電源をON/OFFした瞬間に時計が1秒進んじゃいます。

 ルビジウムからの1秒パルスはArduinoの外部割り込みで検出していますが、ここにノイズが混入しているようです。この信号にノイズが乗るとヤバイのでペア線で配線しているのですが、どうもその程度の対策ではダメみたいです。FE-5680Aの回路図を見ると送信側はちゃんとしたドライバで信号を送っているので、受信側でテブナン終端してやればノイズに強くなるはずなのですが、Arduinoの基板にはそんな細工をする場所はありません。また、チップのプルアップ抵抗を有効にして入力インピーダンスを下げると多少は誤動作の発生頻度が減るのですが、完全な対策にはなりませんでした。

 少し冷静に考えると、割り込みの検出は信号の立ち上がり検出で行っていてCPUのクロックは16MHzなのでノイズのパルス幅が30nSくらいあれば、入力回路のラッチに楽々ひっかるはず。ということは、nSオーダーのノイズ対策しないと危ないということになります。

 そういう目で見ると、ルビジウムとArduinoは別の電源アダプタで駆動していて、両者のグラウンドを接続しているのは、信号のペア線のグラウンド側だけ。これでは高速の信号伝送を安全に行うことは難しいなー。ということで、、

▼グラウンド接続を強化
ノイズ対策のためにグラウンド接続強化
 ルビジウムとArduinoのグラウンド間を銅シートで接続。

 これで誤動作しなくなりました。
 ちなみに、銅シートは厚さ0.1mm程度で、ダイソーの園芸コーナーにあった「ナメクジ除けシート」。高周波回路を作る時にあれば便利だろうと思ってストックしておいた物ですが、買っといて良かった!

 ちなみに、Arduinoにシールドを重ねて使うような使い方なら相互のグラウンドはがっちり接続されるので問題は起こり難いのでしょうが、外部の機器と接続する場合は注意が必要です。
 Arduinoの基板のグラウンドに太い線で簡単に接続出来るようなパターンが準備されていると便利なのですが、UNO R2にはそんなパターンは無い。ということで、今回はACアダプタのコネクタ付近に銅テープをハンダ付けしちゃいました。こんな改造すると、他のことする時に面倒になっちゃうんですが背に腹は換えられません。

 ということで、ルビジウム原子時計は快調に動くようになりました。ルビジウムオシレーターの周波数がとんでもなく狂ってはいなかったようなので一安心です。

 なお、調査の過程でGPSロガーのGT-730-FL/Sとルビジウムのタイミング比較を行いましたが、ちょっと面白い?データが取れています。これは近日中に別の記事で紹介したいと思います。
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まとめteみた.【ルビジウム原子時計が狂う】

面白半分で作ったルビジウム原子時計がなぜか狂います、それも4日で3秒も進むのです。もしルビジウムの時計ルビジウムオシレータの箱はものすごく発熱するので、PC用の12cmファンを背負わせています。ルビジウムの周波数が合っているか確認するといっても、我が家には適当...

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うーむ。

φ(.. )メモメモ。

専門外故、言われていることがよく分かりませんが、ノイズ対策がシビアであるということはわかりました。
30ナノセカンドのオーダレベルでのノイズ対策って…。

ってか、近所にアマ無線する人がいて、巨大なアンテナがあがってんですけど…
スペクトラムアナライザのGigaStキットも買って調べてみないと…
鉛壁の部屋はあるので(笑)、最後はそこに入れ込めば…。

Sunday Gamerさん、今晩は

まあ、nSレベルの対応と言っても、仕事でやっているわけではないので、あくまでも自分が基準で、いいかげんなものです。

それと、Sunday Gamerさんに買っていただいた物の周波数も大きく狂ってはいないはず、ということが判って良かったです。
まだまだ周波数の精度の追求は続けるので、続編にご期待下さい。といっても次がいつになるかは判らないです。

あと、スペアナですか。私も欲しいですーーー

誤差といっても…

うちの周波数測定器の精度から言えば、誤差すらわからないということになりますね(笑)つまり、大きく外れないように、キャリブレに使えるということですね(笑)

いただいた、電源を回路図と付き合わせて、みてます。
熱収縮チューブで、うまいこと空中配線になっているので、勉強になりました。
LEDを点灯させるためにトランジスタでスイッチにとかの処理とかも。

Sunday Gamer さんおはようございます

収縮チューブの中のハンダ付けですが、本当は線を撚ってからはんだ付けするといいのですが、面倒なので線を添わせてハンダ付けしています。まあ、こうしておいた方が後で配線の修正が簡単になるので・・・・

それと、空中配線した部分は、小型のハーモニカ端子を使うと綺麗な配線が出来るはずなのですが、適当な物が無かったので・・・・
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