手近な部品で周波数カウンタを作る企画の8回目です。
今までの各回の概略です。
1 siliconvalley4066 さんの「STM32F103C8T6で192MHz周波数カウンタ」を見て、この企画がスタート。TTL レベルで 66 MHzまで計測
2 市販品のアンプ(20 dBm 程度)をつないで 53 Mhz まで
3 手持ちの部品でブレッドボード上に作ったアンプで 24 MHz まで
4 自作基板でプリスケーラの機能確認(1/256、1/512)
5 おじさん工房さんの RFC-5 を組み立てる。測定周波数は ~ 1.3 GHz(プリスケーラあり)
6 RFC-5 のアンプ(120 MHz まで計測可能)と他の MCU(20 Pin)で動作確認
7 カウンタの入力を切り替える実験(40 MHz 程度までは切り替え可能)
前回の記事は、下のリンクから確認してください。
今回は、実際にプリント基板をオーダーして「おじさん工房さんの RFC-5 周波数カウンタ」を作ってみるための事前確認を行います。
内容はプリアンプとプリスケーラの接続方法の検討です。
RFC-5 の実力
おじさん工房さんの RFC-5 周波数カウンタは、STM32G031 を MCU に使用した素晴らしい性能のカウンタです。
実際に製作された方の書き込みを拝見すると、FET 1段の簡単なアンプで 200 MHz 程度まで計測できるようです。
本体の設定画面で分周比が設定できて 1/256 まで選択できるので、プリスケーラ用 IC を使えば数 GHz まで測定できる超小型周波数カウンタを製作することが出来ます。
今まで実際にブレッドボードなどで簡易試験を行ったところ、素人の私でも再現することができました。
プリアンプ + デジタル部
プリアンプはオリジナルの RFC-5 で使用している FET(GF862)が手に入らなかったので、代替品(2SK2394)を使用していますが、試作基板上で ~ 120 MHz 程度までカウント出来ました。
ここではオリジナルの回路図どおりにアンプの出力を STM32 の入力端子へ接続しています。
プリスケーラ + デジタル部
次に、高い周波数まで計測するためにプリスケーラを接続しました。
プリアンプを外して、直接、プリスケーラの出力を STM32 の入力端子へ接続しています。
なお、プリスケーラ IC には MB506 を使用し ECL – TTl 変換 IC には MAX961 を使っています。
プリスケーラの基板は、HMC363 を1段目に使う予定で製作した基板をバイパスした改造基板ですが、測定出来た周波数は 70 MHz ~ 1.3 GHz でした。
プリスケーラ + プリアンプ + デジタル部
最後に、オリジナルのプリアンプを外さずにアンプの先にプリスケーラを接続してみました。
今回はプリスケーラ基盤に MAX961(ECL – TTL 変換 IC)は取り付けていません。
測定出来た周波数は 120 MHz ~ 1.3 GHz でした。
最低測定周波数は、プリスケーラを直接接続した場合より 50 MHz ほど上からしかカウントしませんでした。
しかし、プリアンプ単体での動作上限が 120 MHz 程なので、何とか途中が抜けることなく計測出来そうです。
一応、ECL – TTL 変換の MAX961 を付けたプリスケーラ基板でも試してみましたが、測定できる周波数範囲は変わりませんでした。
周波数カウンタの完成形
現在のところ、SOP-20 の STM32G031F6P6 上で RFC-5 の機能を動作させることは出来ていません。
つまり、RF 信号を切り替えるのではなく、オリジナルの RFC-5 に必要に応じてプリスケーラを取り付ける形になります。
それらを検討した結果、周波数カウンタの完成形はこんな感じを目指そうと思います。
1 デジタル部・プリアンプ・充電回路を乗せたメイン基板(入力端子 BNC)
2 プリスケーラ基板(入力:SMA、出力:BNC)
3 スイッチ回路基板
メイン基板はオリジナルのプリアンプ以外に、実装する部品で「20dB 低雑音アンプ」仕様も選べるようにします。
プリスケーラと本体は BNC コネクタで接続し、位置合わせをした電源端子も結合するような「合体型」に出来ないかな?
最終的には 3D プリンタでケースを作ります。
次回の予定
周波数カウンタ完成形の方針が決まったので、次は KiCad でプリント基板を作ってオーダーします。
簡単に部品を配置した限りでは、RFC-5 周波数カウンタとプリスケーラ基盤を配置してもオーダー基板の通常サイズの 10 cm X 10 cm の半分程度の面積で出来そうです。
それなら、オリジナルの RFC-5(SOP-8)と実現していない RFC-5改(SOP-20)を同一基板に配置してオーダーしたいと考えています。
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