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Forum: HF, Funk und Felder Frequenzstabiltät von SDR-Upconverter


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Autor: Vancouver (Gast)
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Moin,

ich habe einen Upconverter für den RTL-SDR (nicht den HamItup, sondern 
einen billigeren vom Chinesen). Das Teil funktioniert halbwegs gut, hat 
aber ein Problem: Die Freqenzstabilitat im Upconverter-Betrieb ist 
lausig. Das Bild oben zeigt einen Screenshot des 
FLDIGI-Waterfalldisplays, etwa die ersten 90sec nach dem Einschalten des 
Upconverters. Die beiden Linien im Spektrum sind vom DWD-RTTY auf 
4581kHz. Es dauert etwa10-15min, bis die Frequenz einen Wert erreicht 
hat, bei dem sie dauerhaft stabil ist.
Da das Problem nur beim Upconverterbetrieb auftritt, vermute ich, dass 
der 100MHz-Oszillator am Mischer nicht wirklich temperaturstabil ist. 
Auf der Platine sitzt ein Quarzoszillator mit der Aufschrift "TXC BAU2A 
*100.000". Leider schweigen sich Google et al zu dem Teil aus, ich weiß 
nicht, ob der temperaturkompensiert ist.

Was meint ihr, kommt die Instabilität wirklich im Mischer-Oszillator, 
oder bin ich da auf dem Holzweg? Macht es Sinn, den gegen einen besseren 
auszutauschen? Die kosten ja nicht die Welt. Bin dankbar für jeden 
Hinweis (außer wegwerfen und neu kaufen, das ist keine Option)

Autor: Jonas (Gast)
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> ... ich habe einen Upconverter für den RTL-SDR ...

Link?

Autor: Vancouver (Gast)
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Jonas schrieb:
> Link?

Leider nur den aus der Bucht:

Ebay-Artikel Nr. 282837555021

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Mein Konverter ist selbst gebaut. Der XO driftet deutlich weniger, als 
der Takt des Frontends R820T. Daneben sitzt ein Quarz mit 28,8 MHz. Das 
Frontend wird relativ warm, sobald der Empfang läuft. Der dicht daneben 
sitzende Quarz wird dadurch beheizt. Dieser Quarz kann durch einen 28,8 
MHz TCXO ersetzt werden.

Wichtig wäre, die Ursache einzugrenzen. Einfach mal 1 Sekunde lang den 
Lötkolben an den Quarz halten und einmal an den Oszillator, dann dürfte 
es klar sein.

: Bearbeitet durch User
Autor: Baum (Gast)
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Ebay:
> It can be used to test signals >receiving from VHF/UHF bands
>Cannot be used to receive HF signal band.

Temperaturdrift weil ser im inneren befindliche sdr (ist ja ein gehäuse) 
warm wird?

Ist das tatsächlich ein quarz oder ein SMD TXCO/VCO?

Autor: Baum (Gast)
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Autor: Vancouver (Gast)
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Baum schrieb:
> Temperaturdrift weil ser im inneren befindliche sdr (ist ja ein gehäuse)
> warm wird?

Das Gehäuse wird deutlich warm im Betrieb. Wenn ich den Upconverter nach 
1h Betrieb kurz ausschalte und wieder starte, ist der Frequenzversatz 
nur klein  und es dauert nur ein paar Sekunden bis die Frequenz stabil 
ist. Sieht sehr nach einem Temperaturproblem aus.

> Ist das tatsächlich ein quarz oder ein SMD TXCO/VCO?

Es ist ein Quarzoszillator in einem flachen SMD-Package, wie in dem 
Datenblatt das Baum verlinkt hat.

> Das datenblatt dürfte ja fast hinkommen ;)

Genau so sieht er aus.

Jetzt ist die Frage: Ist es sinnvoll, den auszutauschen? Ist der 
Oszillator wirklich die Ursache für den Drift, oder etwas anderes?
Ich werde mal den vorgeschlagenen Lötkolbentest machen (oder lieber 
Kältespray, das ist gefühlt nicht ganz so brutal)

Autor: Baum (Gast)
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Vancouver schrieb:
> Ich werde mal den vorgeschlagenen Lötkolbentest machen (oder lieber
> Kältespray, das ist gefühlt nicht ganz so brutal)

Geht beides.

Vancouver schrieb:
> Genau so sieht er aus.
> Jetzt ist die Frage: Ist es sinnvoll, den auszutauschen?

Hm, auf meinem ham it up (V1.30b4 - 2016 hergestellt) ist ein NSK EB3Ca 
mit 125Mhz, da gäbe es ein modul das du versuchen könntest.
http://www.nooelec.com/store/ham-it-up-125mhz-0-5ppm-tcxo-upgrade-module.html

Ich finde grundsätzlich spricht nichts dagegen die Stabilität zu 
verbessern.
(Machen ja anscheinend einige wenn sie den TCXO als modul anbieten)

Autor: Baum (Gast)
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Vancouver schrieb:
> Ist der Oszillator wirklich die Ursache für den Drift, oder etwas
> anderes?

In vielen Fällen ja. Genaueres kannst du mit dem lötkolben/kältespray 
ermitteln.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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upgrade to rtl-sdr receivers:
Ebay-Artikel Nr. 253559296638

Autor: Baum (Gast)
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B e r n d W. schrieb:
> upgrade to rtl-sdr receivers:
> Ebay-Artikel Nr. 253559296638

Hm... ja stimmt. Sind ja zwei.

Teste den zweiten (also den am SDR Stick selbst) mal auf die gleiche 
Weise wie den des Upconverter.

Dann siehst du welcher von beiden es ist.

Autor: Vancouver (Gast)
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Baum schrieb:
> Dann siehst du welcher von beiden es ist.

Das schräge Verhalten sehe ich nur beim Upconverter. Wenn ich z.B. einen 
UKW-Sender bei 102.9MHz ohne Upconversion einstelle, bleibt alles von 
Anfang an stabil. Ich lasse auch manchmal über Stunden oder Tage einen 
AIS-Receiver (160.2MHz) laufen, ohne erkennbare Frequenzdrift. Daher 
habe ich den Mischer-XO im Verdacht.

Ich werde die Temperaturmessung machen und die Ergebnisse berichten.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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> UKW-Sender bei 102.9MHz
> AIS-Receiver (160.2MHz)

Beide sind FM-Moduliert. Es ist fraglich, ob

1. eine Drift von 300Hz überhaupt auffallen würde.
2. die AFC aktiv ist und somit der Träger "einrastet".

Autor: Baum (Gast)
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Vancouver schrieb:
> Ich werde die Temperaturmessung machen und die Ergebnisse berichten.

Ich werde gespannt warten während ich die Abgründe von Blue VNA weiter 
zusammen mit dem entwickler ergründe ;)

Autor: Vancouver (Gast)
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B e r n d W. schrieb:
> Beide sind FM-Moduliert. Es ist fraglich, ob

Da hast Du natürlich recht. Müsste mal eine Airband-Frequenz 
ausprobieren. Dann hätte es auch mal einen Vorteil, nahe am Flughafen zu 
wohnen. Das ist Plan B wenn die Temperaturmethode nichts bringt. 
Notfalls müssen dann beide Quarze ihren Platz räumen.

Autor: Vancouver (Gast)
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Also denn: Es hat sich gezeigt, dass beide Quarze einen fetzen 
Temperaturgradienten haben. Aber:

- Der 100MHz-Oszillator vom Mischer tanzt beim Abkühlen mit einem 
vereisten Q-Tip kurz aus der Reihe, geht aber nach wenigen Sekunden 
wieder auf seine nominale Frequenz. Vermutlich ändert der Schwingquarz 
kurz seine Charakteristik, wenn er einseitig runtergekühlt wird und 
normalisiert sich wieder, wenn er durchgekühlt ist. Ich dachte erst, 
dass das Kältespray schnell verdunstet, aber der Oszillator wird nicht 
merklich warm und die Vereisung bleibt eine Weile erhalten.

- Der eigentliche Übeltäter ist der 28.8MHz-Quarz des Receivers. Beim 
runterkühlen verschiebt sich die Frequenz ins Nirwana und bleibt dort, 
bis die Kühlung aufhört. Zwischen gekühltem und ungekühlten Betrieb 
liegen im Wasserfall-Spektrum fast 600Hz Frequenzoffset.

Hätte ich nicht erwartet, ich war überzeugt, dass der Mischeroszillator 
den Unsinn veranstaltet. Man lernt nie aus.

Ich sag mal danke für Eure Hilfe!

Autor: Markus W. (dl8mby)
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@Vancouver,

versuch eine kleine 3V/(20-40mA) Glühbirne (Kleinstformat)
zu besorgen, und falls genug Platz in Gehäuse ist,
klebe diese mittels Zwei-Komponenten-Kleber auf den
Quarz. Versorgung durch +5V USB. Damit wirst Du das
Frequenzverhalten bis zum Einpendeln der Temp. etwas
beschleunigen und eventuell danach stabiler halten können.
Eine Einlaufzeit bleibt aber trotzdem.

Als erster Versuch der Frequenzstabilisierung ist diese
Methode etwas einfacher, als den SMD Quarz zu wechseln,
zumindest wenn man keine entsprechenden Werkzeuge hat.

Markus
DL8MBY

Autor: Vancouver (Gast)
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Der 28.8MHz-Quarz ist kein SMD, sondern bedrahtet. Das wäre kein 
Problem, den auszulöten, aber die RTL-Platine stammt anscheinend aus 
einem USB-Stick und wurde mit Drahtbrücken auf die Trägerplatine mit dem 
Upconverter gelötet (eine Sternstunde chinesischer Ingenieurskunst). 
Zwar sind unter den Lötstellen des Quarzes Löcher in der Trägerplatine, 
aber da kommt man trotzdem schlecht ran. Außerdem finde ich keinen 
bedrahteten 28.8 MHz-Quarz mit 0.5ppm. Vielleicht also doch mit 
Glühlampe....

Autor: Baum (Gast)
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Vancouver schrieb:
> Das wäre kein Problem, den auszulöten, aber die RTL-Platine stammt
> anscheinend aus einem USB-Stick und wurde mit Drahtbrücken auf die
> Trägerplatine mit dem Upconverter gelötet (eine Sternstunde chinesischer
> Ingenieurskunst).

Könntest du ein Foto davon machen und hier hochladen?

Das klingt nach interessantem bildmaterial ;)

Such mal nach einem 28,8Mhz TCXO, quarze alleine (ohne heizung) werden 
das wohl nicht erreichen.
(Oder nur teuer, Selektierte und vermessene quarze)
Ansonsten bau dir deinen TCXO selbst, der tipp mit der Glühbirne ist da 
sehr gut.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Die Glühlampe würde nur bei einem Ofenquarz helfen, in den Bereich mit 
dem geringsten Temperaturgradienten zu kommen. Bei Quarzen für 
Raumtemperatur verschärft sich das Problem. Je größer der 
Temperaturunterschied, desto größer die Drift.

Eher würde eine Verbesserung eintreten, wenn der Quarz thermisch vom 
R820T entkoppelt werden würde. Also den Quarz auf ein kleines 
Lochrasterplatinchen umlöten und mit dünnen Drähtchen zu den alten 
Lötpunkten verbinden. Natürlich dürfen die Verbindungsdrähte nicht zu 
lang werden.

Eine weitere Maßnahme wäre, dem R820T einen kleinen aufgeklebten 
Kühlkörper zu spendieren.

Autor: Baum (Gast)
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Diese kombination funktioniert recht gut, auch wenn sie deutlich teurer 
ist.

Der Stick führt die wärme schön über das gehäuse ab, funktioniert auch 
an einem OTG tauglichen Android Gerät mit SDR-Touch.

Für die RTL-SDR Sticks gibt auch noch OpenWebRX, das funktioniert ganz 
brauchbar.
https://github.com/simonyiszk/openwebrx

Ich hätte noch einen (Defekt, der E4000 haz die hufe hoch gerissen. Weiß 
der Geier wie!) Hama Nano mit 28,8Mhz SMD Quarz. Ich weiß nicht wie 
gut/schlecht der ist. Aber den klnnte ich dir abgeben gegen porto falls 
du interesse hast.

Autor: Baum (Gast)
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Baum schrieb:
> (Defekt, der E4000 haz die hufe hoch gerissen. Weiß der Geier wie!)

Uuuuups! IRRTUM. Der funktioniert noch.
Habe eben mal die platine aus dem gehäuse befreit und bemerkt das nur 
ein SMD bauteil auf der platine sich gelöst hatte. Nachgelötet und 
funktioniert wieder.

Autor: Baum (Gast)
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B e r n d W. schrieb:
> Die Glühlampe würde nur bei einem Ofenquarz helfen, in den Bereich mit
> dem geringsten Temperaturgradienten zu kommen. Bei Quarzen für
> Raumtemperatur verschärft sich das Problem. Je größer der
> Temperaturunterschied, desto größer die Drift.


https://hackaday.com/2010/09/28/building-a-crystal-oven/

Ich würde es versuchen! Ist ja nicht das erste mal das es "Etwas" 
bringt.

Autor: Markus W. (dl8mby)
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@Bernd,

>Die Glühlampe würde nur bei einem Ofenquarz helfen, in den Bereich mit
>dem geringsten Temperaturgradienten zu kommen. Bei Quarzen für
>Raumtemperatur verschärft sich das Problem. Je größer der
>Temperaturunterschied, desto größer die Drift.

Im Prinzip richtig, kann man aber nicht pauschal sagen.
Hängt vom Quarz-Schnitt ab.

Siehe dazu:

http://www.electronicdesign.com/analog/minimize-frequency-drift-crystals

Es gibt Quarze mit einem parabelförmigem aber auch welche mit einem 
qubischem
Verlauf der Drift zur Temperatur. Wir betrachten hier auch nur die 
Kurzzeit-
drift, die im Minuten/Stunden Bereich liegt, d.h. die nach dem 
Einschalten
der Schaltung zu einem Frequenz-Weglaufen führt.

Die Frequenzdrift bleibt ja nach einer gewissen Einlaufzeit, wenn die
Umgebungstemperatur halbwegs konstant ist auch auf einem bestimmten Wert
stehen. Die Empfindlichkeit an diesem Punkt gegenüber kleinen 
Schwankungen
der Umgebungstemperatur hängt von der Steilheit der Temperaturkurve ab.
Wenn man das Glück hat einen Quarz zu haben, der bei 40°C/50°C oder 60°C
ein weiteres lokales Plateau im Temperaturverlauf besitzt, kann die
Glühlampenmethode durchaus gute Resultate bringen.

Da muss man etwas rumexperimetieren um das Verhalten des Quarzes zu 
bestimmen.
Ein Lötkolben ist Durchaus das Mittel der Wahl. Mann muss ja den Quarz 
damit
nicht foltern. Eine Annäherung der Lötspitze an den Quarz bringt 
Durchaus
Einen Temperaturanstig bis 60°C oder mehr zustande.

In dem Wasserfalldiagramm mit konstanten Zeitabständen sieht man dann 
genau
die Quarzdrift und kann eventuell schon daraus ableiten, welche Methode
der Stabilisierung am geeignetsten für diesen Quarz ist und ob es 
überhaupt
Sinn macht.

Markus
DL8MBY

Autor: Baum (Gast)
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B e r n d W. schrieb:
> Eher würde eine Verbesserung eintreten, wenn der Quarz thermisch vom
> R820T entkoppelt werden würde. Also den Quarz auf ein kleines
> Lochrasterplatinchen umlöten und mit dünnen Drähtchen zu den alten
> Lötpunkten verbinden. Natürlich dürfen die Verbindungsdrähte nicht zu
> lang werden.
> Eine weitere Maßnahme wäre, dem R820T einen kleinen aufgeklebten
> Kühlkörper zu spendieren.

Ich habe das (Siehe bild) vor langer zeit mal genau anders herum gelöst.
Ich habe die thermische kopplung aller relevanten bauteile verbessert 
und damit eine bessere ableitung der gesamt anfallenden wärme zum 
gehause hin.

Das hat bei mir eine verbesserung gebracht. Auch wenn das Pad ziemlich 
'Dick' ist.

Autor: Vancouver (Gast)
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@Baum

Ich habe noch zwei RTL-Sticks, trotzdem danke für das Angebot.

Fotos kann ich mal machen heute Abend.

Kann man eigentlich den Quarz einfach durch einen Oszillator ersetzen? 
Klar  dann mit Stromversorgung, und der Ausgang muss vermutlich auf 
einen der Quarzanschlüsse, aber auf welchen, oder ist das egal? Und was 
geschieht mit dem anderen? Auf GND?

Ich fürchte nämlich mit passenden Quarzen in 0.5ppm sieht es recht 
finster aus...

Autor: Baum (Gast)
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Vancouver schrieb:
> Kann man eigentlich den Quarz einfach durch einen Oszillator ersetzen?
> Klar  dann mit Stromversorgung, und der Ausgang muss vermutlich auf
> einen der Quarzanschlüsse, aber auf welchen, oder ist das egal? Und was
> geschieht mit dem anderen? Auf GND?

Out und ~Out müssen an die Pins vom Quarz. Beide wohlgemerkt.

Wenn du in das Datenblatt das ich vor den anderen Quarz verlinkt hatte 
schaust siehst du diese als Pin 4 und 5 am Baustein.

Du wirst aber (die brauchen einen C möglichst kurz an der Versorgung) um 
eine Adapterplatine nicht Rum kommen.

B e r n d W. schrieb:
> upgrade to rtl-sdr receivers:
> Ebay-Artikel Nr. 253559296638
So einen mit Platine ;) Wäre genau das was du suchst.

Autor: B e r n d W. (smiley46)
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Der Ausgang des Oszillators kommt an den Eingang am R820T, das ist Pin8. 
Beim Pin9 würden zwei Ausgänge gegeneinander arbeiten, was zu 
Kurzschlussströmen führt. Du kannst zur Sicherheit mal durchklingeln, ob 
der Quarz auf die Pins 8 und 9 geht.

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