一定時間暖気運転すると分布範囲は2uS程度、sigmaは500ns程度に改善されたが依然として特性は良くない。

基準周波数出力を観測してみると、これがどうも不安定だ。

周期が500ns前後なので2MHzなのだろうけども、基準周波数にしては変動範囲が80ns程度と大きい。sigmaもその半分の40ns。普通の高安定基準発振器は分布範囲が数百ps、sigmaは数十psなので３桁も桁違いに悪い。周期が500nsなのに変動が数十nsはさすがに無いだろうと。これではPLLもくそもあったものではない。

さすがにおかしいと思って基準周波数出力をオシロで観測してみた。なんだこれは？



単現象のはずが正弦波が２つ表示されているように見える。しかも周波数は50Hz。掃引速度を上げるとデジタルオシロで良くあるようなエイリアスのような表示が現れる、更に掃引速度を上げて1us/DIVぐらいになると本来の出力波形が見えてくる。



1MHzの矩形波だが、50Hzの低周波でオフセットが上下しているのでMAX及びMINレベルが変動している。こんな波形は初めてみた。トリガーレベルの設定によってはオフセット電圧が一番高い時の矩形波と、一番低い時の矩形波が綺麗に見える。

中を開けてみてみた。



ほとんどがデジタル回路で74シリーズのノーマルタイプが使われている。右上にオーブンタイプの高安定基準発振器が見える。



やはり出力にハムが乗っている。これは酷い。



こちらは8MHzの出力が出ているがオフセットが50Hzで変動している。これではまともな安定した周波数は出ないだろう。

もともと使われている高安定基準発振器のピン仕様が不明だが、電圧を測ってもどうも釈然としない値を示す。電源のリップルが多いのだろうか？　もともと直流電源なのかどうかも謎だ。

これが周波数の安定度が悪い原因だろう。

クリスタルオシレーターのピンを調べるとどうやら+15Vと-15VとそのCOMMONのピンはわかるが、出力ピン以外のもう１ピンの電圧がどうも釈然としない。ロジックレベルにしては低すぎる電圧である。もともとハムが乗っているのは+15Vの電源ピンがリップルが観測されるものの綺麗なハムではない。

となるとどこかで誘導されているのだろうか。左端に大きな電源トランスと二次タップの出力が基板に接続されているのが気になる。これはアナログ電源用だろうか。本来の5V電源は裏側のタップから出てくるものをブリッジダイオードで整流して平滑したのちレギュレーター回路を通してロジックICに供給されている。



これはたまたま基板上で見つけた出力周波数まで分周されたデジタル出力。ゆがんでいるのはカメラのせいではなく、出力電圧が50Hzで振れているのである。

何故だ。と思ってもう一度クリスタルオシレーターのアナログ電源のCOMMONをグランドとしてオシレーターの出力を観測してみた。今度はハムは乗っていない。綺麗な矩形波が観測された。

とするとリファレンスクロック出力の波形ななんだったのか。

原因が判明した。筐体が電源グランドと絶縁されていたのである。BNCコネクタのグランドは筐体に接続されはおらず絶縁されていたのである。

となるとそもそも安定度が悪いのはやはりクリスタルオシレーターの性能だったということになる。もっとまともな安定度のオシレーターにすれば良くなるのかもしれない。ということで諦めよう。

と思ったのだが、諦めずに調べてみると、ジッターカウンターに基準クロック出力を接続するとインピーダンス不整合により波形が汚くなることを発見。ジッターカウンターのトリガーレベルをヒゲが出るあたりを避けて設定すると誤った短い周期とかが計測されることはなくなりだいたい1MHzの周期で安定する。

その時点での分布は2ns未満でありオーブン型のクリスタルオシレーターとしてはまあまあなところ。sigmaも200ps前後と良くなり、これなら致し方ないかという程度。

このWavetekのシンセサイザーはPLLなのか疑問になってきた。単純に8MHzを分周して低周波パルスを生成し、それを整形してフィルターにかけて正弦波として出力しているような気がする。というのもVCOに相当するものが見あたらないのでそういう結論に達する。だとすると分周による誤差が蓄積して1kHzの時に2uSの変動があってもおかしくはない気がしてきた。1MHzの基準クロックの変動分布が2ns程度だとすれば、それを1000分周した1kHzで1000倍の変動範囲である2uS程度の分布が生じるのは当然である。