Benutzer:Graealex/DCF77
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Einführung
Dieser Artikel betrachtet verschiedene Konzepte zum Empfang und der Demodulation des DCF77 Zeitzeichensignals, das auf der Langwellenfrequenz von 77,5 kHz von Mainflingen aus mit einer Reichweite von etwa 2000 km ausgestrahlt wird.
Der Artikel beleuchtet hauptsächlich den analogen Teil des Empfängers, die Verarbeitung der Zeitzeicheninformationen ist vor allem beim Einsatz von Microcontrollern eher trivial. Informationen zum genauen Format sind in Hülle und Fülle im Internet vorhanden, zusammen mit vielen Beispielen in Assembler, C und BASIC.
Für den Analogteil reicht das Wissen, dass es sich um ein 77,5 kHz Trägersignal handelt, dessen Amplitude alle Sekunde für 100 oder 200 ms auf 25% abgesenkt wird, bis auf die 59. Sekunde, bei der diese Absenkung zur Ankündigung des Minutenbeginns ausbleibt. Die Länge der Absenkung bestimmt die Bedeutung einer 0 oder einer 1. Ein Rufzeichen wird seit 2004 nicht mehr mitgesendet, was die Signalqualität (Signal-zu-Rausch-Abstand, SNR) verbessert hat.
Die gleichen Informationen werden zusätzlich phasenmoduliert über eine Pseudozufallsfolge (PZF/PM) übertragen. Dieses Verfahren erlaubt eine weit größere Genauigkeit bei der Erkennung des Beginns einer Sekunde, enthält jedoch keine zusätzlichen Informationen.
Anforderungen
Die Anforderungen an einen Empfänger sind einfach zu beschreiben. Er muss eine hohe Dynamik aufweisen, da Empfänger im Abstand von wenigen km zur Sendeanlage genauso funktionieren sollen, wie in etwa 2000 km Entfernung. Die benötigte Dynamik lässt sich praktisch nur durch eine variable und automatische Verstärkungseinstellung (AGC, Automatic Gain Control) umsetzen. Eine manuelle Abstimmung darf nicht nötig sein.
Der Empfänger muss eine hohe Trennschärfe aufweisen, da zum einen TV-Geräte in unmittelbarer Nähe auf der 5. Oberwelle der Zeilenfrequenz mit 78.125 Hz strahlen, andererseits insgesamt im Wohnbereich sehr viele schlecht geschirmte Störer existieren. Es sollte möglich sein, die Empfangsstärke zu erkennen, und ggf. in Form eines Pegels anzuzeigen. Die Auswertung hat insgesamt eine hohe Bedeutung, da hier durch Plausibilitätskontrollen auch Zeitfenster von täglich wenigen Minuten störungsfreiem Empfang zur Synchronisation genutzt werden können.
Für eine professionelle, massengefertigte DCF-Uhr ist natürlich ein niedriger Stromverbrauch und eine hohe Integration der Bauteile wichtig. Dieser Artikel zielt jedoch auf Bastler und Elektronik-Amateure ab, daher ist eher der Preis, die Verfügbarkeit und eine hohe zulässige Toleranz der Bauteilwerte wichtig. Die Spannungsversorgung beträgt 5 Volt, wobei der Stromverbrauch keine Rolle spielt.
Module
Fertige Empfangsmodule inklusive abgestimmter Antenne sind für etwa 10 EUR bei div. Elektronikversendern erhältlich. Die Module haben hervoragende Empfangseigenschaften, einen weiten Spannungsbereich von 2 bis 15 Volt, niedrige Stromaufnahme und können einfach an verschiedene Microcontroller und auch Computer angeschlossen werden. Trotz dieser Eigenschaften können die Module jedoch nicht uneingeschränkt empfohlen werden, da verschiedene Szenarien bereits zu Problemen geführt haben. So hat teilweise schon das Verändern der Betriebsspannung des Moduls um +/- 0,5 Volt Empfangsprobleme behoben, obwohl dieses eine eigene Spannungsstabilisierung mittels Zener-Diode realisiert.
Für den Bastler ist es außerdem schwierig, Probleme beim Empfang zu beheben, da die hohe Integration der Bausteine eine Diagnose bzw. einen Eingriff schwierig macht. Außerhalb eines kommerziellen Umfelds wird auch die Hilfestellung durch den Hersteller begrenzt sein. Ein Eigenbauempfänger hingegen erlaubt die präzise Erkennung von Problemen mittels Oszilloskop durch Signalverfolgung durch die gesamte Schaltung. Die gleichen Probleme gelten für fertige Empfangs-ICs, die außerdem häufig nicht einfach beschaffbar sind. Prominentes Beispiel ist der UE2125.
Es existieren auch höherwertige Module, die bereits die Dekodierung des Signals enthalten, und neben DCF77 auch WWVB, JJY40, JJY60, MSF und HBG empfangen und auswerten können. Dies kann je nach Anwendungszzweck eine gute Alternative sein.
Unabhängig davon will der Bastler natürlich keinen fertigen Empfangsbaustein benutzen, sondern verstehen, wie der analoge Frontend funktioniert.
Antennen
Die mit Abstand wichtigste Komponente eines Empfängers stellt die Antenne dar, die zugleich auch das wichtigste Filter ist. Selbst eine herkömmliche Stabantenne blendet zuverlässig Wellenlängen ober- und unterhalb des eigentlichen Empfangsbereiches aus, auch wenn diese Eigenschaft bei Breitbandempfängern teilweise störend wirkt.
Aufgrund der großen Wellenlänge sind Dipol- und Drahtantennen für Langwelle praktisch nur schwer umzusetzen, insbesondere in kompakten Geräten. Während grundsätzlich Rahmenantennen zum Empfang geeignet wären, fallen auch deren Dimensionen bei derart niedrigen Frequenzen recht klobig aus, so dass Ferritantennen die einzig sinnvolle und auch überwiegend umgesetzte Option darstellt. Diese dienen aufgrund der hohen Induktivität auch als Schwingkreis hoher Güte, und übernehmen somit den wichtigsten Teil der Selektion. Einfache Empfängerdesigns benötigen außer der Antenne keine weiteren Filter, auch wenn diese Variante natürlich sehr störanfällig ist.
Ferritantennen bestehen aus einem üblicherweise stabförmigen, elektrisch nicht leitenden Ferritkern und einer von der Empfangsfrequenz abhängigen Zahl von darauf aufgebrachten Windungen mit einem normalerweise lackbeschichteten Kupferdraht. Parallel hierzu wird eine Kapazität geschaltet, deren Wert zusammen mit der Induktivität der Wicklung einen auf die Empfangsfrequenz abgestimmten Schwingkreis ergibt. Aufgrund des hohen Quellwiderstands und der durch eventuelle Bedämpfung reduzierten Güte darf dieser nur minimal belastet werden. Üblich sind aktive Designs, bei dem die Spannung mittels FET mit fast unendlich hohem Widerstand verstärkt wird, insbesondere bei abgesetzten, externen Antennen.
Ferritantennen haben eine ausgesprochen hohe Selektivität bei Empfangsrichtung und -polarisation. Die höchste Feldstärke erreicht die Antenne in horizontaler Lage und 90° gedreht zur Sendeanlage. Ein Empfänger muss eine fehlende Ausrichtung zum Sender jedoch auf jeden Fall verkraften, insbesondere an Wanduhren, da hier eine anderweitige Montage oft nicht möglich ist. Die vertikale Ausrichtung der Antenne verhindert einen korrekten Empfang hingegen zuverlässig. Diese Eigenschaft kann bei der Prüfung von Empfängern ausgenutzt werden, da hiermit durch den Empfängerkreis verursachte Rückkopplungen und das tatsächliche Signal der Sendeanlage zuverlässig und einfach unterschieden werden kann.
Die korrekte Ausführung der Antenne hat eine hohe Bedeutung. Dabei haben bestimmte bauliche Unterschiede große Auswirkungen bei der Empfangsstärke. Die Güte des entstehenden Schwingkreises wird durch den ohmschen Widerstand, die Induktivität und die Kapazität bestimmt. Erzielt werden soll ein niedriger ohmscher Widerstand, eine hohe Induktivität und eine niedrige Kapazität. Induktivität stehen über die Thomsonsche Schwingungsgleichung mit der Frequenz in einem Verhältnis. Eine hohe Induktivität erlaubt eine niedrige Kapazität und somit eine höhere Güte. Diese wird jedoch in aller Regel durch eine höhere Zahl von Wicklungen erreicht, die wiederrum einen längeren und oft dünneren Draht erfordert, der seinerseits die ohmschen Widerstände und parasitären Kapazitäten erhöht, und dadurch die Güte wieder reduziert. Weiterhin bestimmen Abmessungen und Material des Ferritkerns die Induktivität sowie die empfangene Feldstärke. Damit lassen sich die erwünschten Faktoren eingrenzen:
- Großer Ferritkern für hohe Induktivität und Feldstärke
- Hoher Leiterquerschnitt der Wicklung für niedrigen ohmschen Widerstand
- Große Zahl an Wicklungen für hohe Induktivität, ohne durch ohmsche Widerstände und parasitäre Kapazitäten die Güte wieder zu reduzieren
Periphäre Faktoren sind:
- Mögliche Baugröße (v.a. in kommerziellen Uhren begrenzt)
- Material- und Herstellungsaufwand (= Kosten)
- Temperaturabhängigkeit der Kapazität
Bei Antennen mit hoher Induktivität sind weiterhin Kapazitäten der Zuleitung und der ersten Verstärkerstufe problematisch, da diese den Schwingkreis verstimmen können. Die größe der Auswirkung ist umso größer, je größer die Induktivität und somit je kleiner die Kapazität ist.
Kommerzielle Antennen
Den einfachsten Weg, eine DCF77-Antenne zu beschaffen, stellt der Kauf eines fertigen Empfangsmoduls dar. Zu Prüfzwecken kann die dort angeschlossene Antenne abgelötet und mit einem kurzen, koaxialen Kabel und kleinen Steckern versehen werden. Fertige Antennen sind mit einem aufgebrachten Kondensator bereits auf die Empfangsfrequenz von 77,5 kHz abgestimmt. Die Empfangsstärke reicht jedoch oft nicht aus, um bereits ohne Verstärkung auf einem Oszilloskop ein Signal zu erkennen. Typische Abmessungen sind 50 mm Länge bei einem Durchmesser von 8 mm. Die Wicklung ist mehrlagig und erreicht eine Induktivität von etwa 0,57 mH. Der angebrachte Kondensator hat laut Aufdruck eine Kapazität von 6,8 nF, was eine Frequenz von etwa 80,8 kHz ergeben würde. Da es sich jedoch um eine abgestimmte Antenne handelt, weicht wahrscheinlich die Kapazität aufgrund von Bauteiltoleranzen von diesem Wert ab und dürfte zur Erreichung der richtigen Frequenz von 77,5 kHz etwa 7,4 nF betragen. Der Gleichstromwiderstand der Wicklung beträgt etwa 2 Ohm. Parasitäre Kapazitäten klammern wir aus, da wir diese bei einer Spule nicht ohne weiteres ermitteln können.
Eventuell kann eine entsprechend groß dimensionierte, stabförmige Entstördrossel zum Einsatz kommen. Die Empfangsstärke fällt dann allerdings relativ klein aus, so dass eine hohe Verstärkung erforderlich wird.
Selbstgewickelte Antennen
Das manuelle Wickeln mag ein aufwändiger und zeitraubender Vorgang sein, jedoch erlaubt es uns einerseits die Wahl eines "besseren" Ferritkerns, andererseits können wir experimentell verschiedene Methoden untersuchen und dabei eine Antenne mit sehr hoher Empfangsstärke bauen, die uns beim Basteln vorneweg einen gewaltigen Vorteil verschafft, da wir das Signal von Anfang an ohne jegliche Verstärkung auf dem Oszilloskop beobachten können.
Im Grunde wird zwar außer einem Ferritstab, Draht und einem passenden Kondensator nichts benötigt, in der Praxis sind allerdings mehrere Geräte nötig, um die Antenne abzustimmen. Für den dauerhaften Einsatz ist außerdem eine größere Auswahl an Kondensatoren nötig. Ideal ist die Verfügbarkeit eines Oszilloskop mit FFT-Funktion. Ein LCR-Messgerät ist auf jeden Fall nötig, da die Berechnung der Induktivität einer Drahtwicklung auf einem Ferritstab praktisch kaum möglich ist. Weiterhin sollte ein Drehkondensator mit möglichst großem Abstimmbereich (z.B. 30 bis 600pF) und ein Funktionsgenerator zur Verfügung stehen.
Der gewählte Ferritstab hat eine Abmessung von 90x10 mm und stellt einen guten Kompromiss zwischen Größe und möglicher Feldstärke dar. In Anwendungen, bei denen der Platzbedarf keine Rolle spielt, können natürlich auch Stäbe mit 140 oder gar 200 mm verwendet werden. Falls der Stab nicht gänzlich bewickelt wird, sollte sich die Wicklung möglichst in der Mitte befinden. In diesem Fall kann eine Abstimmung durch Verschieben der Wicklung erfolgen, falls diese auf einem eigenständigen Träger wie z.B. einem Papier aufgebracht wurde.
Theoretisch kann der Draht direkt auf dem Ferritkörper aufgewickelt werden. Zum Schutz des Draht ist es jedoch sinnvoll, den Ferritkörper vorher isolierend zu umwickeln. Dies kann mit Isolierband, Papier, Lack oder auch Schrumpfschlauch erfolgen. Auch höhere Wandstärken haben keinen negativen Einfluss auf die Induktivität.
Die Wicklungen erfolgen gleichmäßig und eng aneinander. Die höchste Induktivität wird beim Bewickeln des gesamten Körpers erreicht. Sinnvolle Drahtstärken liegen zwischen 0,15 und 0,30 mm. Zwar steigt der ohmsche Widerstand durch dünneren Draht an, jedoch steigt gleichzeitig die Induktivität im Quadrat der Windungszahl. Bei dünnerem Draht lassen sich mehr Windungen bei gleichem Raumbedarf unterbringen. Dickerer Draht vereinfacht jedoch das Handling und kann ggfs. auch mehrlagig gewickelt werden. Hierbei sollte jedoch entweder jede Lage einzelne Anschlüsse erhalten, oder der Draht am Ende jeder Lage wieder zurück zum Anfang geführt werden. Die Induktivität zweier gleich großer, gegensinnig gewickelter Spulen hebt sich auf und beträgt annähernd null. Die Anschlüsse einzeln auszuführen ermöglicht die Verwendung einer Mittenanzapfung.
Der mit 0,15 mm Draht bewickelte Ferritkörper erreichte eine Induktivität von 10,3 mH bei 16,6 Ohm, die Drahtlänge beträgt demnach gut 17 m bei etwa 570 Windungen. Hier der Vergleich zwischen der kleineren kommerziellen Antenne und der selbstgefertigten. Das Signal ist im Falle der Selstbauantenne bei einem Abstand von etwa 20 km zum Sender in Mainflingen auf dem Oszilloskop deutlich zu erkennen. Da die Antenne wegen der hohen Induktivität sehr empfindlich auf patrasitäre Kapazitäten reagiert, ist eine Abstimmung mit Drehkondensator bzw. Trimmer in der Zielschaltung unvermeidbar, um die bestmöglichste Empfangsqualität zu erreichen.
Die Simulation in LTSpice erlaubt die Beurteilung der Faktoren Ohmscher Widerstand und Induktivität vor der Bewicklung. Feldstärke und Größe des Ferritkerns können jedoch nicht Berücksichtigt werden.
Die Abstimmung erfolgt einerseits durch Messen der Induktivität und Berechnen der benötigten Kapazität mittels Schwingungsformel, andererseits durch einen Drehkondensator und Beobachtung auf dem Oszilloskop. Für die letzte Abstimmung erfolgt der Anschluss des Oszilloskops jedoch nach der ersten Verstärkerstufe, bzw. dem FET der aktiven Antennenschaltung, um durch die Eingangskapatität des Tastkopfs nicht den Schwingkreis zu verstimmen.
Ist die Entfernung zum Sender zu groß oder die Antenne zu klein, kann das Signal über einen Funktionsgenerator und eine Drahtspule, in den der Kern vertikal eingesteckt wird, eingekoppelt werden.
Aktive Antennen
Eine aktive Antenne beeinflusst mittels elektronischer Schaltung mit eigener Stromversorgung (=aktiv) die Eigenschaften einer Antenne. Aus Sicht der eigentlichen Empfängerschaltung ist jedoch prinzipiell kein Unterschied zu erkennen.
Häufig dient hier ein FET der Impedanzanpassung und Vorverstärkung, insbesondere bei abgesetzten und/oder außen montierten Antennen. Die Stromversorgung kann in diesem Fall direkt über die zweiadrige, symmetrische Antennenleitung erfolgen und beträgt üblicherweise 5 oder 12 V. Neben der höheren Signalleistung, die über längere Kabelstrecken transportiert werden kann, wird auch die Beeinflussung des Schwingkreises durch Kapazitäten der Zuleitung verhindert. Zu beachten ist jedoch, dass auch der FET eine Gate-Drain-Kapazität besitzt und somit den Schwingkreis verstimmt, insbesondere wenn dieser eine hohe Induktivität und eine niedrige Kapazität aufweist.
Diese Lösung steht im Gegensatz zu externen und meist wetterfesten Antennengehäusen, die zusätzlich zur Ferritstabantenne schon einen kompletten Empfängerbaustein enthalten und ein fertig demoduliertes Digitalsignal ausgeben.
Die Notwendigkeit einer aktiven Antennenschaltung kann teilweise durch eine zweite, getrennte Wicklung bzw. eine eigene Anzapfung umgangen werden. Da der Bipolartransistor jedoch immer höhere Steuerströme als ein FET benötigt, und hierdurch der Schwingkreis unnötig belastet wird, nutzen wir in allen Beispielen die aktive Antennenschaltung mit BF256.
Rückkopplung / Entdämpfung
Ein Problem eines gut abgestimmten Empfangskreises ist die Neigung zur Selbstschwingung. Im Falle eines Geradeausempfängers mit einer Verstärkung von 1000 reicht bereits eine Rückkoppelung von 1/1000 in die Antenne, um das eigentliche Signal zu überlagern.
Gleichzeitig reduzieren schmalbandige Filter die Genauigkeit der Erkennung der Sekundenmarke, die durch eine Trägerabsenkung des AM-Signals signalisiert wird. Durch das Nachschwingen wird diese später erkannt, als sie tatsächlich stattfindet. Bandbreiten im Bereich von wenigen Hertz lassen sich durch mehrere hintereinandergeschaltete Filter oder ein 77,5-kHz-Quartz erreichen.
Daher wird bei genauen Uhren eher mit breitbandigen Filtern gearbeitet. Durch Reduktion des Q-Faktors wird die Schwingfähigkeit reduziert -- die Trägerabsenkung kann genauer erkannt werden.
Empfangskonzepte
Geradeausempfänger
Das einfachste Konzept, DCF77 zu empfangen, ist die stufenweise Verstärkung des Eingangssignal, bis dieses die gewünschte Amplitude erreicht hat. Eine Demodulation des Signals kann dann durch eine einfache Diodenschaltung erfolgen. Auch bei dieser einfachen Schaltung muss eine AGC die durch die unterschiedlichen Distanzen zum Sender auftretenden Amplitudenunterschiede ausgleichen. Gleichzeitig besteht das Problem, die letzten Stufen der Verstärkung in die Sättigung zu treiben, und wie bereits ausgeführt das verstärkte Signal unabsichtlich in den Empfängerkreis einzukoppeln. Da es sich hierbei nicht um das eigentliche Nutzsignal handelt, verringert dies den SNR des eigentlichen Signals.
mit LC-Gliedern/abstimmbaren Filtern
Hierzu existieren im Forum eine Reihe von Vorschlägen. Die hohe Zahl an Bauelementen und die Schwierigkeit, alle Filter zuverlässig auf die gleiche Frequenz abzustimmen, machen diese Lösung für den Bastler eher uninteressant, auch wenn sie recht einfach mit Bauteilen aus der Bastelkiste hergestellt werden kann. In der Praxis muss vor allem die Antenne von den einzelnen Verstärker-/Filterstufen abgeschirmt werden.
mit Quarz
Eine einfache, elegante Lösung, die einen sehr schmalbandingen Filter ohne abgestimmte LC-Glieder produziert. Der Filter ist dabei derart schmalbandig, dass der Q-Faktor des Quartz sogar reduziert werden muss. Problem ist lediglich, dass ein Quartz mit entsprechender Frequenz aufgetrieben werden muss.
mit aktiven Filtern
Entsprechende Operationsverstärker vorausgesetzt, kann auf diesem Wege das Signal in einer nachvollziehbaren und im Vorfeld berechenbaren Größe verstärkt und gleichzeitig gefiltert werden.
mit Softwarefiltern
Die Lösung der Wahl, um dem Thema "Mikrocontroller" gerecht zu werden. Hierbei werden möglichst viele Vorgänge von analogen Komponenten wie LC-Gliedern und Opamps in den Mikrocontroller verlagert. Ohne hochgetakteten 32-Bit-MC ein schwieriges Unterfangen, aber mit genügend Assemblertricks durchaus möglich.
Demodulation
Diodendemodulation
Das mit Abstand einfachste Verfahren, ein AM-Signal in eine Gleichspannung zu verwandeln, die durch einen nachgeschalteten Mikrocontroller ausgewertet werden kann. Voraussetzung sind natürlich genügend hohe Amplituden, und eine funktionale AGC, um Verstärkungsstufen nicht auszusteuern.
PZF/PM
Das DCF77-Signal trägt neben der per AM-Modulation bzw. Trägerabsenkung kodierten binären Informationen sowie der Sekundenmarken im Träger auch ein Pseudozufälliges Phasenrauschen, das annähernd die gleichen Informationen transportiert.
Diese Informationen zu demodulieren ist aufwändiger, der Vorteil liegt jedoch in der höheren Selektivität gegenüber Störsendern, die zwar auf naheliegenden Frequenzen stören, jedoch nicht das korrekte Phasenrauschen enthalten. Hierzu wird anhand eines durch Schieberegister erzeugten, im Mittel symmetrischen, binären Signals die Trägerwelle entweder um +/- 13° umgetastet. Ein zu übertragendes Symbol 0 bzw. 1 wird durch invertieren dieses Rauschzyklus dargestellt. Durch Kreuzkorrelation kann diese Phasenmodulation detektiert werden. Bei höherer Trägerfrequenz wäre es sogar möglich, Boden- und Raumwelle voneinander zu unterscheiden, in der Praxis ist dies jedoch nicht möglich. Praktisch wurde das Verfahren eingeführt, um die Genauigkeit von Funkuhren zu erhöhen, da der Sekundenbeginn nicht mehr durch das Ausschwingen des Trägers markiert wird, sondern anhand des PZM/PM korreliert werden kann.
Superhet
Die meisten modernen Empfänger werden als Superhet (Überlagerungsempfänger) ausgeführt. Die Vorteile liegen in der einfacheren Realisation eines abstimmbaren Filters mit einer über den gesamten Empfangsbereich gleichbleibenden Bandbreite, und der generell einfacheren Herstellung von Verstärkern und Filtern bei niedriger Frequenz. Daher wird in aller Regel herabgemischt, d.h. die Frequenz wird reduziert. Die Vorteile für den Empfang einer festen Frequenz von z.B. 77,5 kHz sind hingegen begrenzt. Vereinfacht wird dort vor allem die Demodulation des Signals, insbesondere in Verbindung mit Microcontrollern. Außerdem sind Verstärkung und Filterung mittels Operationsverstärkern bei niedrigen Frequenzen einfacher. Auch ist die Rückkopplungsneigung niedriger als beim Geradeausempfänger, da nach dem Mischen nicht mehr die eigentliche Empfangsfrequenz sondern nur noch die Zwischenfrequenz verstärkt wird.
Größter Nachteil des Überlagerungsempfängers ist der Empfang einer Zweitfrequenz, der sog. Spiegelfrequenz. Bei entsprechender Auslegung der Zwischenfrequenz kann jedoch ein einfacher Bandpass die unerwünschten Frequenzen entfernen, bevor diese in den Mischer gelangen.
Die Wahl der LO(Local Oscillator)-Frequenz ist aufgrund der Zahl der Bauteile und der niedrigen Empfangsfrequenz begrenzt. Abstimmbare Empfänger enthalten zumeist eine PLL mit Quarz als frequenzerzeugendes Bauteil. Durch Mischung (Multiplikation) des Empfangssignals mit der Mischfrequenz wird die Zwischenfrequenz erzeugt, die anschließend gefiltert, verstärkt und demoduliert wird. In Direct-conversion Empfängern wird direkt in das NF-Band gemischt.
Eine übliche LO-Frequenz beim Empfang von DCF77 ist 78.125 Hz (5^7), da es sich einerseits um die 5. Oberwelle der Zeilenfrequenz von TV-Geräten handelt, und diese andererseits relativ einfach aus 5 Mhz bzw. einem vielfachen davon binär geteilt werden kann. 78.125 Hz minus 77.500 Hz ergibt 625 Hz. Die 625 Hz können wiederrum aus 78.125 Hz durch Teilung durch 125 (5*5*5) erzeugt werden. Letztere ist allerdings seit Verschwinden des Logikbausteins 74LS56 diskret nicht mehr ganz einfach zu bewerkstelligen. Eine Erzeugung mittels PLL aus der Netzfrequenz von 50 Hz ist aufgrund der großen, regelmäßigen Abweichungen nicht empfehlenswert.
Nachteilig an der LO-Frequenz von 78.125 Hz wirkt sich jedoch der niedrige Abstand zur Empfangsfrequenz aus, weshalb die Spiegelfrequenz bei 78.750 Hz genauso stark empfangen werden kann. Diese Problematik lässt sich nur durch ein sehr steiles, eingangsseitiges Filter lösen, oder durch einen alternativen Mischeransatz mit Spiegelfrequenzunterdrückung.
Bei der ZF (Zwischenfrequenz) von 625 Hz fallen bei LC-Gliedern mit annehmbarer Güte die Spulen sehr unhandlich aus. Stattdessen können Aktivfilter mit RC-Gliedern und Operationsverstärkern hohe Güten erreichen. Bei derartig niedrigen Frequenzen erreichen selbst billigste Bausteine hohe Verstärkungen. Weiterhin kann die ZF direkt mit dem A/D-Wandler eines Microcontrollers gesampelt werden, und anschließend mittels schmalbandigem Softwarefilter oder Korrelation detektiert werden. Auch hier ist jedoch ein Tiefpassfilter nötig, um Aliasing zu vermeiden. Ansätze mit einem Tondekoder wie dem NE567 scheitern jedoch an der fehlenden Amplitudenauswertung, die für die Dekodierung des DCF-Signals erforderlich wäre.
Der LO (Local Oscillator)
Die Erzeugung der benötigten Frequenz von 78.125 Hz erfolgt durch einen Quarzoszillator bzw. ein Schwingquarz mit Oszillatorschaltung bei 5, 10 oder 20 Mhz, und anschließender binärer Teilung durch 64, 128 bzw. 256. Steht ein Microcontroller zur Verfügung, so kann dieser statt mit den üblichen 3,6864, 8 oder 16 Mhz mit 5, 10 oder 20 Mhz getaktet werden, und dieses Taktsignal - teilweise schon heruntergeteilt auf 78.125 Hz - auf einem Pin ausgegeben werden.
Ohne Microcontroller kann ein Logic-IC 4040 die Teilung übernehmen. Der 4060 enthält neben dem binären Teiler auch eine Oszillatorschaltung, mit der Schwingquarze angesteuert werden können.