PLLオシレータ回路改造に必要なクロックジェネレータについて

2000.3.29〜2000.4.14

マザーボードのPLLオシレータ回路を改造するためには，通常3種類の固定クロックを用意しなければならない（マザーボードによって2種類の場合もある）。このページでは，一般的なパーツを使ったクロックジェネレータ基板の製作方法を解説している。なお，2000年3月30日発売のソフトバンクパブリッシング刊「最新マザーボードチューニング超マニュアル」パート３(p.128)も参照してほしい。ただし，記事内容から，仕様変更しているので注意してください。

使用パーツ類

写真1

これは，キンセキ社製水晶発振器（クリスタルオシレータと呼ぶ）"EXO-3"で，電源（5V）を接続すると定められた周波数のクロックを簡単に得られる。価格は，\500〜\800程度で電子パーツショップから入手できる。今回のクロックジェネレータ基板には，14.318MHzの製品を使用する。（48.00MHzを出力する製品はリリースされていない）

図1

EXO-3のピンレイアウト図を図1に示した。目的のクロックを得るためには，3ピン，8ピンを+5Vとして4ピン，5ピン，6ピン，7ピンをグラウンド（GND）と結線すれば良い。なお，出力は1ピンから取り出せる。パラメータ表は，こちらから。

写真2

これも，キンセキ社製のクリスタルオシレータ"JXO-7"で，外見はマザーボードに使用されている水晶振動子（X'tal）とよく似ているが，ピン・リードが3本足である。価格的には，写真1のオシレータと同等（\500〜\800）であり，サイズが小型なので利用価値が高い。ピンレイアウトは，本体上部のペイントマーク側ピン・リードからDC，GND，OUTである。DCピンに+5Vを供給してGNDピンをグラウンドに接続するとOUTピンからクロックを得られる。なお，写真2の製品では，48.000MHzを出力する。他の発振周波数を出力する製品もある。

写真3

この素子は，74F74という品番のTTL-ICである。74F74は，2組のFF（フリップ・フロップ）がワンパッケージされた素子で，今回は，片方のFF回路だけを使用し無調整で48.000MHzを1/2の24.000MHzに分周する。したがって１ピン〜6ピンは使用しない。10ピン，13ピンと14ピンに+5Vを接続する。7ピンはグラウンドに接続して8ピンと12ピンだけをジャンパすれば良い。この回路で，11ピンに入力したクロックを元に9ピンから1/2の周波数のクロックを取り出せるのだ。 注意！「最新マザーボードチューニング超マニュアル」の製作記事と実装方向を逆にして使用している点に注意して欲しい。

写真4

クリスタル・オシレータ以外にコンデンサや固定抵抗を使用する。写真4は，積層セラミック・コンデンサで0.1マイクロファラッドの容量がある。主にクリスタル・オシレータの電源ピンとグラウンドピン間に接続して高周波ノイズ除去などの目的に使用する。このパーツに極性は無いので接続に際してどちらの向きに配線しても構わない。なお，耐圧50Vの製品で良い。価格は，\30〜\50程度で購入できるだろう。

写真5

クリスタル・オシレータで生成されたクロックをマザーボードに注入する際，ダンピング抵抗として写真5の固定抵抗を使用している。1/4W〜1/6Wタイプのカーボン抵抗で十分だ。価格は，\10〜\20程度で入手できる。10，22，33オームの各抵抗値を数本づつ用意しておくと良いだろう。これら以外に，ターミナル代わりに使用するヘッダーピンやユニバーサルプリント基板と耐熱電線が必要である。

クロックジェネレータの製作

写真6

これは，マザーボードのPLLオシレータ回路を改造する際に必要なUSBクロック（48.000MHz）とFDCクロック（24.000MHz）を1個のクリスタル・オシレータから生成する回路とREFクロック（14.318MHz）を供給するオシレータを搭載した基板である。なお，「最新マザーボードチューニング超マニュアル」で解説したオシレータ基板に14.318MHzのクリスタルオシレータを追加搭載した拡張タイプであるが，74F74の実装方向が異なる。写真を参考にして忠実に組み立てて欲しい。もし，間違えて組み付けると確実にマザーボードを壊してしまうので厳重に。

図2

それでは，基板の組み立て方法を説明しよう。プリント基板は，6×13ドット分を確保してカットする。プリント基板の部品面へ図2の通りのジャンパ配線を最初に施す。配線材料は，太さ0.26mmの耐熱電線を使用すると良い。

図3

ジャンパ配線が完了したなら，写真6の基板と図3を参考にしてパーツを実装する。高さの低い小さなパーツから固定すると良いだろう。筆者は，クリスタル・オシレータ，74F74，積層セラミック・コンデンサ，ICソケット，固定抵抗，ヘッダーピンの順に実装した。ここで注意する点は，クリスタル・オシレータと74F74の実装方向を確かめて実装する事である。ヘッダピンには，この基板で生成した14.318MHz，48.000MHzと24.000MHzのクロック出力及び，電源端子を配している。そして，マザーボードと結線するためのターミナルとしている。なお，48MHzラインのダンピング用固定抵抗のリードに太さ05mmの耐熱電線から剥き取った被覆を通してJXO-7と接触しないように絶縁している。また，JXO-7は，2.54mmピッチのICソケットを介して実装した。

表1

ダンピング抵抗の抵抗値を表に示した。なお，P3B-Fのリビジョンによって実装されているPLL-ICの品番が異なっている。またＲ５は，P3B-Fから摘出したチップ抵抗を使用してハンダ面に固定する（図4参照）。

図4

パーツを実装した基板のハンダ面だが，忠実に各ドット間を配線していただきたい。点線で部品面の様子を書き表している。ドット間の配線は，耐熱電線の心線や，積層セラミック・コンデンサなどの切除したリード線を使うとよい。なお，ハンダを盛りつけて隣同士のドットを接続する方法は，あまり関心できない。また，ハンダブリッジ（隣のドットとハンダでショートしてしまう事）に注意して作業しよう。A4-B4ドット間に実装するチップ抵抗（Ｒ５）は，P3B-Fのクロックラインを分断するために取り外した10Ωを使用する。したがって，このジェネレータ基板をP3B-Fに実装する段階で固定すると良いだろう。

写真7

図4で示した回路図通りに配線した基板のハンダ面である。コンパクトに納めるために最小限のサイズでパーツのレイアウトと配線を考えた。少々ハンダ付けに難儀するかも知れないが，小型のハンダごてを駆使して頑張っていただきたい。ハンダ付けが完了したなら，もう一度，回路図と照らし合わして誤配線がないか確かめておくと良いだろう。特に，隣の別回路とタッチしていないか，ルーペや虫メガネなどで拡大して点検すると安心だ。

この基板は，回路図通りに組み立てれば無調整で動作する。もし，動作確認を実施するなら，基板のターミナルに電源（DC5V）を接続して各，クロック出力を周波数カウンターで測定するのが確実だ。しかし，周波数カウンターの無い場合は，テスターのDCレンジで両方のクロック出力ターミナルを測定してみるしかない。ただし，目安としての出力確認方法であり正しい測定とは言えない。

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