JJY受信機/電波時計用クリスタルフィルターの設計

タイトルには“設計”と書いていますが、いろいろパラメータをいじってシミュレーターを動かしていたらこんな結果が得られましたというだけで自分じゃ何にも考えていないわけですが....

対象は秋月電子通商さんで買ってきた私の持っている40kHz水晶発振子ですがこれから作ろうという方にも少しは参考になるかもしれません。

周波数標準用を考えていますので電波時計にはちょっとシャープ過ぎるかもしれません。時刻標準用にこんなのを使うとすべてがぶちこわしになります。

それとスカート特性はあんまりよくないのでそこは“要件”に応じて対処する必要があるでしょう。



いちばん右のRは50kでシミュレーションしています。これを大きくすると損失は減りますがあんまりシャープじゃなくなります。
左下のRはダミーです。500Mにしてあります。これなしじゃシミュレーションができなくて....

シミュレーションには 「ＪＡ９ＣＤＥ自作を楽しむホームページ  - クリスタルフィルタ設計製作1 」 に紹介されていた Filter Design というのを使っています。ソフトとしての挙動が今一つあやしいところが気になりますが、結果は正しいと信じたいです。なお ＪＡ９ＣＤＥ  さんの記事は（後続の記事を含め）クリスタルフィルターを作るときの考え方・目の付け所という面でたいへん勉強になりました。

「クリスタルフィルターの効果を目と耳で確かめる - JJY受信機を作る」 を書いたとき下図の“クリスタルフィルター(2)”はマネしないでくださいと書いたのですが、意外といい線を行っていたようです。要するに私の計算が間違っていたわけです (^^;;
コンデンサーの容量を少し増やす方向で実際の特性を調べてみたいと思います。



今回使った水晶振動子の等価直列抵抗は数十kΩのはずなので(1)のR3、(2)のR5はちょっと大きすぎるようです。
(2)の方のピークの周波数はC3、C5、C6の容量を大きくすると下へ、小さくすると上に移動します。下とか上とか言ってもほんの数Hzの話です。

その後シミュレータで得られた定数にしてみたのですが、受信結果（PLLのロック状況）はあんまりよくありません。上の図にあるクリスタルフィルタ(2)の定数の方がいい結果が得られています。水晶振動子の特性をもう一度調べなおした方がよさそうです。

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関連

　　「JJY受信機/電波時計の製作記事を集めてみた」

　　「JJY受信機で作る高精度発振器と時刻標準 - はじめに」
　　「JJY受信機を作る - JJYの電波がつかめた！」
　　「JJY受信機を作る - アンテナとプリアンプ」
　　「JJY受信機を作る - 続・アンテナとプリアンプ」
　　「JJYの電界強度と受信機/電波時計の必要利得（増幅率）」
　　「JJY受信機を作る - すでに40kHzのキャリア（連続波）を検出できてるっぽい」
　　「標準電波JJY - 変調波振幅の「最大100%、最小10%」の意味」
　　「JJY受信機を作る - 40kHz/60kHzクリスタルフィルターの功罪」
　　「音で聴くJJY受信機 - プロダクト検波による復調」
　　「クリスタルフィルターの効果を目と耳で確かめる - JJY受信機を作る」
　　「標準電波・長波JJYが停波するとき」
　　「JJY搬送波の周波数をGPS/1PPSで測ってみた」
　　「標準電波にVCTCXO・VM39S5GをPLLで同期してみた - 長波JJY受信機の製作」
　　「高精度発振器の作成に向けて - VCTCXO・VM39S5GをPLLでJJYにロックする」
　　「JJY受信機/電波時計用クリスタルフィルターの設計」
　　「JJYに同期した高精度発振器用PLLの過渡特性」

　　時刻
　　「時刻標準について」

　　JJY
　　「JJYの報時信号の送出方法」
　　「JJYの受信法」
　　「JJYを受信したい（要旨）」

　　参考 「NICT 情報通信研究機構 - 電磁波計測研究所 - 時空標準研究室
　　　　　　　　 - 日本標準時グループ 」

　　PLL
　　「高精度発振器をGPS受信モジュールとPLLで作る - はじめに」

　　アナログ乗算器
　　「四象限アナログ乗算器(マルチプライヤー)EL4083の使い方 - 1」

　　アンテナ
　　「JJY受信機を作る - バーアンテナとその特性」

　　参考 「RFワールド - ラジオで学ぶ電子回路
　　　　　　　　 - 第1部 ラジオのための基礎 第1章 ラジオの電波 」

　　クリスタルフィルタ
　　参考　「ＪＡ９ＣＤＥ自作を楽しむホームページ  - クリスタルフィルタ設計製作1 」

　　状態変数型フィルタ
　　「JJY受信機を作る - 状態変数型フィルタの周波数特性」

　　参考　「群馬大学 KobaLab@JP - 発振を利用したアナログフィルタの テスト・調整 」

　　JJY受信機
　　参考 「JR7CWK - 長波JJY受信機の制作」

補足

　　電波時計モジュール
　　「JJYを受信する（訂正あり）」
　　「電波時計モジュールを使ってみた（１）」
　　「電波時計モジュールを使ってみた（２）」
　　「電波時計モジュールが「使えない」理由」

　　「GPS受信モジュールあれこれ」