マゾ向け電波時計作り方その4 - 電波受信ユニット

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電波受信ユニットについて

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マゾ向け電波時計の電波受信ユニットは、本体とは別の基板にあります。このユニットは非常にノイズに対してデリケートで、LED付近の回路が極めてノイジーなこのマゾ向け電波時計では、電波受信ユニットは本体近くにおいてはまともに電波を拾うことができません。そのため、ケーブルを介して少し離して配置することができるようになっています。

U7の取り付け

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一番最初に取り付ける必要があるのがU7、このユニットの心臓部、小さな小さな電波受信ICです。

very small SSOP

大きさは5.1×6.4mm、ピンの間隔は0.65mmです。まずはこの小ささに萌えてください。

これを基板に仮止めする必要があります。いきなり基板にハンダ付けすると、はんだの表面張力に引っ張られて、まず間違いなく部品がずれます。ピンとピンの隙間は0.5mm以下ですから、ちょっとでもずれると隣のピンとショートしてしまいます。

仮止めには接着剤を用います。瞬間接着剤はまずいです。置いた瞬間に接着され、動かなくなります。これでは微調整ができません。合成ゴム系の、完全に固まる前にネチョネチョの状態になるものが適しています。僕はボンド ペットボトル用を用いました。

rubber paste

U7のシルク印刷中央部に少量をつけます。つけすぎてピンにかかるとハンダ付けに支障がでますので注意してください。

paste injected

位置をぴったり合わせます。下の写真ではちょっと左にずれちゃってます。

position adjusting

指でぐにぐにしてもずれない程度にまで接着剤が固化するのを待ってください。

さて、それではハンダ付けします。あなたの腕の見せ所です。あなたのありったけのテクニックを駆使しまくってピンをハンダ付けしてください。

soldering failed

自分の力量ではピンが全部つながってしまうことに落胆したら、というか最初からべたーーっとはんだを乗せてしまって構いませんが、次はおもむろにはんだ吸い取り線を取り出してはんだを吸い取ります。

cleaning solder

この時、はんだごてや吸い取り線を押し付けないようにしてください。軽く当てる感じで、はんだを吸い上げる感じで吸い取ります。

綺麗にはんだが乗りました。

SSOP soldering completed

C10の取り付け

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C10は0.5μFですが、容量はこれ前後であればどれほどでも構わないため、安価な部品を使えるよう、いろいろな部品が取り付けられるようになっています。基板パターンは以下のようになっています。お花みたいなマークはべたパターンへの接続を意味しています。つまり、お花みたいなマークはぜんぶ導通しています。

C10C10 no silk

適当に手持ちの部品を0.5u付近になるようにつけてください。僕は100個100円で売っていた0.1μFの積層セラミックチップコンデンサを5個つけました。なれてないので汚い!

C10

クリスタルの取り付け

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U8とU9は水晶発振子です。発振子といっても今回は発振させるために使うのではなく、その鋭い共振のピークを利用して、40kHzあるいは60kHzの信号のみを取り出す目的に使われます。

基板上のパターンにはC18,C19,R57,R58といった部品がありますが、これらはこの共振のピークを微調整するための部品です。今回は特に必要ないので、すべてこれらは抵抗の足などでショートして(ジャンパーして)ください。

XTAL adj

水晶振動子は足が細く背が高いので、寝かして取り付けるとよいでしょう。

XTAL

C11とC12の取り付け

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C11とC12はアンテナのLC回路用のコンデンサです。バーアンテナの製作時に調整したコンデンサをとりつけます。

C11とC12のすぐ脇には蛇の目パターンがあり、複数のコンデンサでC11あるいはC12を構成する場合に、ここに組み合わせを実装することがあります。

僕の場合はC12は直列に、C11は並列にコンデンサを接続する必要がありました。

LC capacitors

LC capacitors back

その他の部品の取り付け

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その他のコンデンサ類をとりつけてください。

LC capacitors back

アンテナの取り付け

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バーアンテナをとりつけます。

バーアンテナのポリウレタン線は細くてすぐに切れるため、いったん被覆付きの撚り線に接続し直し、それをバーアンテナに固定してから線を引き出したほうがよいです。

bar antenna connected

そうしたら、基板の穴に結束バンドなどを用いてくくりつけます。

bar antenna secured

なお、上の写真にはCONN5にケーブルがついていますが、これは短すぎます。次のトピックで説明します。

ケーブルの取り付け

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電波受信ユニットと本体の間はケーブルで接続します。ケーブルは4芯分の3.3V、10Hz程度の信号を伝えられるものであれば、どのようなものでも構いません。ぶっちぎれているなどは論外ですが、安価なステレオ音声用ケーブルなどで十分でしょう。手元では3メートルの長さでも正常に動作しましたが、おそらく6メートルぐらいまでは平気かと思われます。

残念ながらLED駆動回路及びLEDとそれにつながる配線から強力なノイズが放射されるため、本体からは最低でも50cmは離さないと正常に受信できないと思います。ケーブルはそれを考慮した長さにしてください。

僕は、電波受信ユニット側のCONN5からは直接線を引き出しました。本体側はCONN4の裏面にオスをつけ、ケーブルの先端にメスをつけました。

通常使用時に抜き差することが前提のコネクタのため、逆刺しができない構造の物がいいでしょう。

CONN4 male

CONN4 female

テスト

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アンテナと本体を接続し、アンテナを水平に置き、送信局の方向に向けてください。アンテナは上から見たとき、下の図の矢印の方向に送信局がある場合にもっとも感度がよくなります。

antenna direction

本体の電源を入れ、受信画面になり、5分以内には電波の強度に追従し、受信ができるようになります。

マトリクス右下の横の16ドットは、右から左にスクロールします。これは受信信号の履歴を表していて、もっとも右側が新しく、もっとも左側が古い信号となっており、16ドットで2秒間を表しています。

正常に受信が始まると、ここに約1Hzの信号が見えるはずです。しばらくするとステータスがSからPに変わります。これは、秒信号をとらえることができたことを表します。引き続き、受信を続けて見てください。

いつまでたっても信号がこない場合(右下の16ドットに変化がない場合)、おそらく配線ミスです。テスターなどでしつこくチェックしてください。

信号がくるけど、1Hzにはおよばなく1になったり0になったりを頻繁に繰り返している場合は、同調が狂っているか、あるいはアンテナの近くにノイズの発生源があるのかもしれません。チェックしてください。

箸ケースにいれてみた

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百均で売っていた箸ケースにいれてみました。電解コンデンサは背が高いので寝かせ、バーアンテナもコイル部分が盛り上がって入らなかったので、紙の代わりにセロハンテープを貼り、幅を広げて細くなるように巻き直しました。

箸ケースの長さは18cm、基板の長さは10cm、アンテナの長さは6cmなのでぴったり収まる計算になります。実際にぴったりと収まり、しかも厚みもぴったりなので接着剤などとくに使わなくても中で移動しないぐらいぴったりです。

いろいろな箸ケースが売ってるので実物合わせが必要かもしれませんが、ケースとしておすすめかも。

chopstick-case open

chopstick-case close