Forum: HF, Funk und Felder Projekt: DCF-Disziplinierung eines OCXO - mal ein anderes, digitales Konzept


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von Michael M. (michaelm)


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Ich weiß, das ist der gefühlt 397te (?) Aufriss zum dem Thema, ich bin 
jedoch der Ansicht, dass offenbar viele Mitleser (Forumsssuche: 
2019+2020 = 19 DCF-Themen) immer noch Interesse an einem DCF-geführten 
Oszillator haben. Teilweise zwar nur, um die digitale Zeit zu 
perfektionieren aber auch, um eine „genaue” Referenz-Frequenz zu haben.

Angeregt von der Entwicklung einer rein digitalen PLL von Ralph Berres 
aus den 90ern verfolge ich das Thema; vielleicht verfolgt es auch mich 
:-)).
Grund: Ich wollte nach fast 20 Jahren Inaktivität meinen damals gebauten 
DCF-Empfänger samt Auswertung ein wenig modernisieren. Außerdem war der 
Reiz da, dass das „doch einfacher als mit ca. 40-50 ICs zu realisieren” 
sein müsste…
Ist das möglich? Ich meine ja.

Immerhin lässt sich mit einiger Sorgfalt auch ein durch DCF geführter 
Oszillator auf eine Genauigkeit von mindestens wenigen 10^(-9), evtl. 
sogar 10^(-10) (entsprechend 1/1000 Hz @ 10,0 MHz-Oszillator) bringen, 
was für den reinen Hobbybereich durchaus ausreichend ist. Das Konzept 
sieht ganz bewusst vom Einsatz eines uC ab; es sollen möglichst (in 
jedem Bastlerladen oder Internet) erhältliche HC- und AC-MOS-ICs 
verwendet werden.
Eine Adaptierung auf andere Referenzquellen ist trotz fehlenden Rechners 
relativ einfach möglich; es braucht nur der DCF-Teiler angepasst werden.
.
.
Konzeptbeschreibung

Voraussetzungen sind:
a) ein DCF-Empfänger, der den 77,5 kHz-Takt, den Sekunden-Startimpuls 
und eine Senderausfall-Erkennung zur Verfügung stellt,
b) mindestens ein TCXO, wesentlich besser OCXO mit 10,0 MHz, der eine 
grundsätzliche Genauigkeit von 10^(-8) oder besser erwarten lässt und 
hinreichend (= über einige Stunden) kurzzeitstabil ist.
c) Die Ausführungen zu einer möglichst unterbrechungsfreien 
Stromversorgung von Ralph besitzen natürlich nach wie vor Gültigkeit.
.
.
Mittels der vom DCF (recht ungenau) gelieferten und nach „Regeneration” 
präzise erzeugten Sekundenmarke (= nicht der Beginn der Sekunde !) wird 
der Mutter-Oszillator auf den letzten drei Dezimalstellen ausgezählt. 
Die Abweichung vom Sollwert in digitaler Form wird dann nach Umsetzung 
in einen analogen Wert als Korrektursignal genutzt. Parallel dazu wird 
für den Proportionalwert eine Abtastung der momentanen Phasenlage 
ermittelt.
Die Teilerkette des DCF-Signals erzeugt die dazu nötigen „Tor-" und 
Steuersignale.
.
.
Aufbereitung des Integralwerts

Je nach absoluter Größe der Abweichung (Ergebnis der Auswerte-Einheit) 
wird die Zählung mit 1, 10, 100, 1000 oder 10000 Sekunden stetig 
wiederholt. Auf diese Weise erhält man die geforderten langen 
Integrationszeiten und so den I-Wert für die Regelspannung.
.
.
Generieren des P-Regelwertes

Parallel dazu wird das OCXO-Signal mit einem 12-Bit-BInärzähler plus DAC 
in eine Rampenspannung umgeformt. Nach 400 us (f = 2500 Hz) wird ein 
analoger  Momentanwert (Sample) gezogen.
Diese Analogspannung stellt den P-Korrekturwert für den OCXO dar, der 
später in einem Summierer mit dem Integralwert zusammmengeführt die 
Korrektur des OCXO bewirkt.
.
.
Zu Voraussetzung a)

Beim Einschalten starten die Zähler nach einem x-beliebigen nur einmalig 
benötigten Sekundenstart-Impuls des DCF. Da bekanntermaßen
1. der Sekundenstart von DCF mit erheblicher Unsicherheit (us-Bereich) 
behaftet ist und
2. die Pseudo-PM nur während der 100%-Trägerphase auftritt,
wird der Start dieser Zählerkette um ein paar ms nach dem erkanntem 
Sekundenbeginn verzögert.
Zunächst wird das DCF-Signal durch (die berühmten) 31 geteilt, um mit 
2500 Hz eine Referenz für den Phasenvergleich zu gewinnen.
Nach weiteren Teilern/Zählern -durch 2500 und im Folgenden jeweils durch 
10- erhält man:
Einen exakten Puls pro 1 s, 10 s, 100 s, usw. Exakt deswegen, weil die 
77.500 Perioden genau ausgezählt sind, dieser Puls auch in der Sekunde 
Nr. 59 vorhanden ist und nach weiterer Teilung in allen längeren 
„Torzeiten” ebenfalls.

Die Pseudo-PM während der 100%-Trägerphase mittelt sich ja innerhalb 
derselben Sekunde aus. Der Start sowie die daraus abgeleiteten Marken 
dieser Zählerkette liegen außerhalb des Pseudo-PM-Bereichs (also in der 
Träger-Absenkphase). Daher wirkt sich die PM des DCF grundsätzlich nicht 
mehr aus.
.
.
Zu Voraussetzung b) bzw. dessen Verarbeitung zum Integralwert

Das OCXO-Signal erfährt in drei BCD-Zählern eine Teilung durch 1000. 
Diese drei Zähler repräsentieren nach einer (von a) gelieferten) Torzeit 
von einer Sekunde die 100 Hz-, 10 Hz- und 1 Hz-Stellenwerte des OCXO.
Weitere Zähler für die höheren Dekaden sind nicht notwendig, da wir ja 
„wissen”, dass diese Stellen sowieso nur entweder 9999 oder 10000 
enthalten können bzw. müssen.

Das Ergebnis der Zähler wird in 12 D-FFs bis zur nächsten Aktualisierung 
(gegebenenfalls bei DCF-Senderausfall entsprechend länger) gespeichert.
Die Auswertung (= Inhalt der FFs) entscheidet, ob nach Reset der Zähler 
mit derselben Torzeit weitergezählt wird oder (bei kleiner Abweichung) 
eine Verlängerung möglich bzw. (bei großer Abweichung) eine Verkürzung 
der Torzeit nötig ist.
Durch Umschalten der Messzeit verändert sich die Auflösung entsprechend 
je um eine Dekade. Bei z.B. 1000 Sekunden Torzeit entspricht die letzte 
Stelle dann 10^(-10).

Nebenbei: Auf einfache Weise ist so mit drei zusätzlichen BCD-Dekodern 
möglich, die aktuelle tatsächliche Abweichung des Oszillators 
anzuzeigen. ;-) Das war ursprünglich gar nicht das Ziel der ganzen 
„Übung” und rein zufällig aufgefallen….. :-D
.
.
DA-Umsetzung im Integralteil

Die BCD-Werte werden mit einfachen 4-Bit breiten R-2R-Netzwerken zu 
analog gewandelt, entsprechend der Dezimalstelle gewichtet und analog 
summiert. Danach folgt eine zusätzliche Integration mit kurzer 
Konstante.
Vier Bit je Dekade sind von der erforderlichen Genauigkeit her mit 
R-2R-Netzwerken noch sehr sicher zu realisieren.

Mit relativ einfach Gatterlogik lässt sich dann entscheiden, ob die 
Torzeit geändert werden muss.
Die Torzeit-Umschaltung selbst ist mit fünf RS-FFs aufgebaut. Per 
Einzelpuls wird das nächstfolgende FF („auf- wie auch abwärts”) für die 
neue  erforderliche Torzeit in den SET-Zustand gebracht und aktiviert 
die Torzeit über ein Gatter.
.
.
P-/I-Regelspannung

In klassischem Verfahren werden P- und I-Anteil summiert und dem OCXO 
als Regelwert zugeführt.
.
.
Verhalten bei DCF-Signalausfall

Ein Ausbleiben des DCF-Signals führt zum sofortigen Unterbinden des 
Speicherimpulses (in b) und Sperren des DAC-Taktes (P-Wert), so dass der 
letzte gültige Regelspannungswert eingefroren und erhalten bleibt. Bis 
zur Rückkehr der DCF-Impulse läuft der Mutteroszillator konstant mit 
diesem letzten Korrekturwert weiter.
.
.
Nur der Vollständigkeit halber ein paar Grundsätze, denn das Ganze steht 
und fällt u.A. mit der Qualität der beteiligten Komponenten.
Jitterarme Digitalsignale erhält nur bei ausnahmslosen Einsatz von 
synchron-arbeitenden Zählern und möglichst konstanten 
Betriebsbedingungen.
Der DCF-Empfänger KANN NUR ein schmalbandiger, vom Typ „geradeaus” sein, 
also ohne Mischung/Überlagerung.
Der Spannungsversorgung an den kritischen -besonders analogen- Stellen 
(DAC, Aufbereitung des Regelwertes) ist hinsichtlich Konstanz und 
Rauschen besondere Beachtung zu schenken.
___________________________________________________________


Literaturliste

Mein Dank geht an die vielen „Mitwirkenden”, die mit ihren 
Veröffentlichungen für viele Teil-Lösungen Pate gestanden haben 
(Reihenfolge ohne Wertung):

Ulrich Bangert DF6JB
Jörn Bartels DK7JB
Ralph Berres DF6WU
P. E. Burkhardt
Norbert Friedrich DK6RX
Peter Hetzel und L. Rohbeck, PTB Braunschweig
Jochen Jirmann DB1NV
Friedrich Krug DJ3RV
Roland Küng, ZHAW FH Rapperswil
Jörg Logemann DL2NI

sowie diverse Datenblätter der Hersteller und fast unzählige Artikel zum 
Thema DCF im Internet.

Besonders erwähne ich hier noch einmal Ralph, der (meines Wissens) die 
allererste digitale Lösung entwickelt hatte und mich mit viel Geduld per 
Mail und Telefon unterstützt hat.

: Bearbeitet durch User
von ZF (Gast)


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Hallo Michael,

da Du Dich schon mit dem Thema beschäftigt hast, sind Dir die 
Herausforderungen der Langewellenausbreitung, besonders wenn der 
Empfänger nicht dicht am Sender ist, wahrscheinlich bekannt.

Wichtig wäre, welche Allan Deviation Du bei welchem Tau erreichen 
willst. Tom van Baak hat da einiges zu geschrieben, natürlich nicht zu 
DCF, er lebt nicht im Einzugbereich des Senders.
http://leapsecond.com/
Besonders heraus zu heben: http://leapsecond.com/ptti2003/index.htm

Zum Thema Phasenrauschen von Digitalbausteinen findet sich etwas hier ab 
Seite 22: http://www.ham-radio.com/sbms/LPRO-101.pdf

Dennoch: Die größte Herausforderung dürfte die Langwellenausbreitung und 
die Findung dazu passender Disziplinierungs-Zeitkonstanten sein.

von Michael M. (michaelm)


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Hallo ZF,
danke für deinen Beitrag und die Links.

ZF schrieb:
> da Du Dich schon mit dem Thema beschäftigt hast, sind Dir die
> Herausforderungen der Langewellenausbreitung, besonders wenn der
> Empfänger nicht dicht am Sender ist, wahrscheinlich bekannt.
....
> ...Die größte Herausforderung dürfte die Langwellenausbreitung und
> die Findung dazu passender Disziplinierungs-Zeitkonstanten sein.

Das ist wahrhaft die größte Herausforderung für das Empfangsteil. Meine 
Entfernung zum Sender beträgt ca. 500km, also genau in der Zone, wo 
Boden- und Raumwelle "sich die Hand geben".
Ich bin selbst gespannt, wie schmal/breit mein Quarzfilter sein wird und 
muss, um die Träger-F. sauber zu verarbeiten. Die Versuche gehen in den 
nächsten Tagen da hin...

Die Integrations-Konstante wird abhängig von der ermittelten Abweichung 
angepasst, jeweils um eine Dekade.


> Wichtig wäre, welche Allan Deviation Du bei welchem Tau erreichen
> willst....
Kleiner 10exp(-10) über 1000s wäre schon super.


> Zum Thema Phasenrauschen von Digitalbausteinen findet sich etwas hier ab
> Seite 22: http://www.ham-radio.com/sbms/LPRO-101.pdf
Das Papier enthält -nach dem ersten Querlesen- sehr wertvolle Hinweise. 
Danke.

von W.S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Konzeptbeschreibung...

...von mir: Das Konzept besteht aus viel zu vielen Teilern.

So klappt das nie und nimmer, denn du kriegst die Regel-Ereignisse viel 
zu selten, um in sinnvoller Zeit auf Frequenzablage richtig reagieren zu 
können.

Wenn du überhaupt den DCF77 benutzen willst, dann versuche, möglichst zu 
jeder Periode des DCF77 (also so oft wie nur möglich) einen analogen 
Vergleich zu machen und summiere dann die Differenzen auf, um daraus 
deine Regelspannung zu generieren.

Ich würde dafür wahrscheinlich mit einem CDCE913 aus dem 
Referenzoszillator die DCF77-Frequenz machen.

W.S.

von Michael M. (michaelm)


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W.S. schrieb:
> ...von mir: Das Konzept besteht aus viel zu vielen Teilern.
>
> So klappt das nie und nimmer, denn du kriegst die Regel-Ereignisse viel
> zu selten, um in sinnvoller Zeit auf Frequenzablage richtig reagieren zu
> können.

Hmm, ich denke, dass 2.500 Mal in der Sekunde für den P-Wert schon 
ordentlich schnell ist ;-)

> und summiere dann die Differenzen auf, um daraus
> deine Regelspannung zu generieren.
Das macht der digitale Integrator doch. Anfangs mit 1 Sek. Zeit 
(Auflösung 1Hz), und dann schrittweise (10,100, ...) länger integriert.

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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W.S. schrieb:
> Ich würde dafür wahrscheinlich mit einem CDCE913 aus dem
> Referenzoszillator die DCF77-Frequenz machen.

Ähhmm, die Referenz IST der DCF. ^^ Nicht der OCXO!

Vielleicht versteh ich nicht ganz, was du damit meinst.

von W.S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Vielleicht versteh ich nicht ganz, was du damit meinst.

Der TO hat einen Referenz-Oszillator, den er per DCF77 disziplinieren 
will. Das ist doch eigentlich leicht verständlich. Und da dieser zumeist 
10 MHz ausgibt, braucht es ein wenig Schaltung, um damit auf ein schön 
symmetrisches Signal von 77.5 kHz zu kommen.


Michael M. schrieb:
> Das macht der digitale Integrator doch. Anfangs mit 1 Sek. Zeit
> (Auflösung 1Hz), und dann schrittweise (10,100, ...) länger integriert.

Bei 100 Sekunden bist du bereits unter 1 Referenzpunkt/Minute und gar 
bei deinen obengenannten 1000 Sekunden hast du nur noch 1 Referenzpunkt 
pro (reichlicher) Viertelstunde. Gibt dir das denn nichts zu denken?

W.S.

von Michael M. (michaelm)


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W.S. schrieb:
> Der TO hat einen Referenz-Oszillator, den er per DCF77 disziplinieren
> will. Das ist doch eigentlich leicht verständlich. Und da dieser zumeist
> 10 MHz ausgibt, braucht es ein wenig Schaltung, um damit auf ein schön
> symmetrisches Signal von 77.5 kHz zu kommen.

Stop.....

1. Der TO bin nebenbei ich. ;-)
2. Der 10MHz-OCXO ist nicht die Referenz, sondern ER soll mit Hilfe des 
DCF nachgeregelt werden.

Die DCF-Frequenz ist Referenz.
Bei -ich denke- ausnahmslos allen DCF-Konzepten wird der Phasenvergleich 
mit max. 2500Hz gemacht, weil das (77.500/31) einfach handlich für die 
Verarbeitung ist.

W.S. schrieb:
> Bei 100 Sekunden bist du bereits unter 1 Referenzpunkt/Minute und gar
> bei deinen obengenannten 1000 Sekunden hast du nur noch 1 Referenzpunkt
> pro (reichlicher) Viertelstunde. Gibt dir das denn nichts zu denken?

Nein, es gibt mir nichts zu denken, weil jeder Phasenvergleich mit sehr 
kleiner Auflösung NUR über sehr lange Integrationszeiten machbar ist.
Siehe U. Bangert in seinen Ausführungen zu der Allan-Deviation.

: Bearbeitet durch User
von Volker M. (antennensimulation)


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Michael M. schrieb:
> Der 10MHz-OCXO ist nicht die Referenz, sondern ER soll mit Hilfe des
> DCF nachgeregelt werden.

Ist das nicht egal, soweit es den PFD betrifft? Mir leuchtet es ein, den 
Phasenvergleich bei einer möglichst hohen Frequenz durchzuführen.

von Joggel E. (jetztnicht)


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> Die DCF-Frequenz ist Referenz.
Bei -ich denke- ausnahmslos allen DCF-Konzepten wird der Phasenvergleich
mit max. 2500Hz gemacht, weil das (77.500/31) einfach handlich für die
Verarbeitung ist.

Eher nicht. Der DCF gibt die Sampling Zeitpunkte vor, bei welchen der 
10MHz Zaehler gelatcht wird. Diese Werte wirft man in eine Liste, und 
kann dann die Differenz ueber wieviel auch immer Werte rechnen. 
Vielleicht 1 mal pro sekunde, 1 mal pro 1000 sekunden, 1 mal pro 100k 
sekunden...

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

> Konzeptbeschreibung

Ist das erstmal nur Planung, oder funktioniert das
schon?

von Egon D. (egon_d)


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Joggel E. schrieb:

> Der DCF gibt die Sampling Zeitpunkte vor,

Und das geht deshalb, weil gottseidank auf einem
Funkkanal nie Störungen auftreten?

von Ralph B. (rberres)


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Egon D. schrieb:
> Und das geht deshalb, weil gottseidank auf einem
> Funkkanal nie Störungen auftreten?

Über diese Leiter würde ich eher nicht gehen.

Ralph Berres

von Egon D. (egon_d)


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Volker M. schrieb:

> Ist das nicht egal, soweit es den PFD betrifft?

Was ist ein "PFD"?


> Mir leuchtet es ein, den Phasenvergleich bei einer
> möglichst hohen Frequenz durchzuführen.

Naja, ich wüsste nicht, was dagegenspricht, den Phasen-
vergleich auf 77'500Hz vorzunehmen.

von Ralph B. (rberres)


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Egon D. schrieb:
> Naja, ich wüsste nicht, was dagegenspricht, den Phasen-
> vergleich auf 77'500Hz vorzunehmen.

Die Tatsache das 10MHz /77,5KHz eine gebrochenes Teilerverhältnis ist, 
welches eine Phasenmodulation des runtergeteilten 10MHz Signales 
verursacht.

Ralph Berres

von Gerhard O. (gerhard_)


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Ich befasse mich auch schon seit vielen Jahren mit der 
Langwellensynchronisierung bzw Vergleich mit lokalen Standards mittels 
WWVB auf 60kHz (NIST) in Fort Collins, Colorado.

Die Feldstärke ist bei uns in Edmonton ganzjährig verläßlich sehr 
konsistent und gut. Was man aber beachten muß, ist, daß es während der 
Dämmerung und Sonnenaufgang immer starke Ausbreitungsanomalien durch 
temporäre Veränderung des Ausbreitungsmodus gibt die 
Langzeitsynchronisierung erschweren bzw. entsprechend miteinbezogen 
werden müssen.

Ich verwende zwei Spectracom 8164 und 8161 WWVB Geräte. Beide mußten 
wegen der von NIST eingeführten FSK Modulation zur Uhrensynchronisation 
modifiziert werden die den synchronen Empfang im Originalzustand 
unmöglich machten. Der 8164 hat eine SW Disziplinierung des eingebauten 
OCXO und hält die Frequenz im Bereich einiger Teile von 10E-9 ein. 
Während der Dämmerung und Sonnenaufgang gibt es starke 
Phasenverschiebungen die die FLL miteinbeziehen muß und sehr lange 
Integrationszeiten erforderlich machen. Der 8161 eignet sich gut zum 
Vergleich von Oszillatoren und erlaubt Langzeitbeobachtungen eines 
lokalen Standards mittels Streifenschreiber. Mit dieser Anordnung 
vergleiche ich und korrektiere Langzeitabweichungen meiner Rb85 
Standards. Um den Rb85 Standard genau genug charakterisieren zu können 
ist ein mehrtägige Beobachtung notwendig. Ich habe auch noch eine 
militärischem Rb85 Standard mit einer Driftrate von unter einigen Teilen 
in 10E-11 die den Vergleich sehr schwierig machen. Das geht dann nur 
noch über Streifenschreiberauswertung.

Auch im normalen Betrieb sind schnelle periodische Phasen Verschiebungen 
normal. Man kann das mit einem Oszi beobachten wenn man den lokalen 
Standard mit dem vom Spectracom gelocketen Standard vergleicht. Da 
jittert die Phase andauernd um die Referenzphase herum.

Prinzipiell ist Langwellen Frequenzvergleich recht nützlich, aber sehr 
zeitaufwendig und erfordert große Erfahrung in der Auswertung.

Günstiger wäre vielleicht Vergleich mit GPS Zeitmarken mittels eines 
hochwertigen GPS RX wie die für Timing optimierten Rockwell Jupiter GPS 
Empfänger mit sehr niedrigen Timing Jitter. Billige GPS Empfänger haben 
meist um den Faktor 10 wesentlich höheren Timing Jitter.

Für nicht zu übermäßig hohe Anforderungen eignet sich möglicherweise 
eine Anbindung eines PLL kontrollierten OCXO mit 10kHz mit denen manche 
GPS Empfänger ausgestattet sind. Solch eine Anordnung macht den Einsatz 
relativ einfach.

Bei mir verwende ich eine GPS Mastantenne mit Verstärker und einen 
internen im Haus angebrachten GPS Repeater um freie Aufstellung der GPS 
Geräte im Labor zu ermöglichen.

von Egon D. (egon_d)


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Ralph B. schrieb:

> Egon D. schrieb:
>> Naja, ich wüsste nicht, was dagegenspricht, den Phasen-
>> vergleich auf 77'500Hz vorzunehmen.
>
> Die Tatsache das 10MHz /77,5KHz eine gebrochenes
> Teilerverhältnis ist, welches eine Phasenmodulation
> des runtergeteilten 10MHz Signales verursacht.

Der Fakt stimmt -- aber wieso sollte das stören?

Wenn man von den 10MHz jeden 125ten Impuls unterdrückt,
erhält man 9'920'000 Impulse je Sekunden; das kann man
durch 32 Teilen und erhält 310'000 Impulse je Sekunde;
die gibt man auf einen Graycode-Zähler und erhält
77'500 Impulse je Sekunde, und zwar den I- und den
Q-Anteil.

Auf diesen 77,5kHz liegt ein Jitter von 100ns; das sind
ca. 360°*0.1µs/12.9µs = 2.8°. Die Phasenmodulation, die
das DCF-Signal mitbringt, beträgt meinem Gedächtnis nach
+/-13° -- dieser Phasenhub ist also ungefähr zehnmal so
groß wie der Jitter.

Man kann den Jitter auf der Referenz noch vermindern;
das kostet aber Aufwand.

Ich habe das noch nicht gemacht, sehe aber auch kein
ernsthaftes Problem.

von Egon D. (egon_d)


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Gerhard O. schrieb:

> Prinzipiell ist Langwellen Frequenzvergleich recht
> nützlich, aber sehr zeitaufwendig und erfordert
> große Erfahrung in der Auswertung.

Wenn es einfach wäre, würde es ja keinen Spaß mehr
machen! GPS ist unsportlich :)

von Michael M. (michaelm)


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Volker M. schrieb:

>> Der 10MHz-OCXO ist nicht die Referenz, sondern ER soll mit Hilfe des
>> DCF nachgeregelt werden.
>
> Ist das nicht egal, soweit es den PFD betrifft? Mir leuchtet es ein, den
> Phasenvergleich bei einer möglichst hohen Frequenz durchzuführen.

Ich finde, es ist nicht gerade egal. An einem ADC oder Voltmeter 
verwendest du ja auch eine hochgenaue "Referenz-Spannungsquelle". Diese 
ist in aller Regel genauer als das Teil, was du mit ihr vergleichen 
willst. Eben die Bezugsnorm, oder so ähnlich.

Möglichst hoch, ja. Wenn ich den Sender in Mainflingen sehen könnte, 
wäre das gut vorstellbar.
Unter meinen Empfangsbedingungen schätze ich mich glücklich, wenn ich 
erst einmal wegen Ausbreitungproblemchen keinen einzigen Nulldurchgang 
der Trägerschwingung verpasse. Das wäre schon ein Fehler von 1,3 x 10 
exp(-5). :-(

Deswegen die "Restaurierung" des Trägersignals, die zusätzlich andere 
Vorzüge mit sich bringt. Der originale Sekundenbeginn ist ja nicht zu 
gebrauchen. :-(
_________

Joggel E. schrieb:
>> Bei -ich denke- ausnahmslos allen DCF-Konzepten wird der Phasenvergleich
>> mit max. 2500Hz gemacht, weil das (77.500/31) einfach handlich für die
>> Verarbeitung ist.
>
> Eher nicht. Der DCF gibt die Sampling Zeitpunkte vor, bei welchen der
> 10MHz Zaehler gelatcht wird....
Hat nach meinen Recherchen noch niemand in der von dir beschriebenen 
Form  gemacht. Ein neues Projekt für dich... :-)
________

Egon D. schrieb:
> Ist das erstmal nur Planung, oder funktioniert das
> schon?
Derzeit letzte Phase Planung. Realisierung in Arbeit, d.h. der Empfänger 
entsteht gerade; mein verfügbarer Zeitrahmen dafür lässt jedoch noch 
Wünsche offen...
________

Egon D. schrieb:
> Was ist ein "PFD"?

Ich könnte mir "Phasen- und Frequenz-Diskriminator" vorstellen.

: Bearbeitet durch User
von Ralph B. (rberres)


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Egon D. schrieb:
> Auf diesen 77,5kHz liegt ein Jitter von 100ns;

Rechne mir doch bitte mal vor, wie du auf die 100nS Phasenjitter kommst

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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Egon D. schrieb:
> Wenn man von den 10MHz jeden 125ten Impuls unterdrückt,
> erhält man 9'920'000 Impulse je Sekunden; das kann man
> durch 32 Teilen und erhält ....
> .....
> Auf diesen 77,5kHz liegt ein Jitter von 100ns; das sind
> ca. 360°*0.1µs/12.9µs = 2.8°. Die Phasenmodulation, die
> das DCF-Signal mitbringt, beträgt meinem Gedächtnis nach
> +/-13° -- dieser Phasenhub ist also ungefähr zehnmal so
> groß wie der Jitter.
>
> Man kann den Jitter auf der Referenz noch vermindern;
> das kostet aber Aufwand.

Auch das, Egon, ist sicherlich ein schönes Konzept.
Bei mir brauche ich nur den 32. Impuls auszublenden. Das macht ein 
Rückwärtszähler, voreingestellt auf 31. Und schon bin ich am Ziel 
=2.500Hz.

Der Jitter durch die Pseudo-PM beim DCF mittelt sich innerhalb einer 
Sekunde aus, der in der Summe über alles symmetrisch vor und zurück 
schiebt.
Da mein sogenannter Sekundenbeginn (und folglich auch des Ende 
derselben) in der Trägerabsenkung liegt, habe ich immer eine 
"jitterfreie" Sekunde, was die PM vom DCF angeht.
Einzige Bedingung ist, dass ich keinen Nulldurchgang "verliere".
Bei Senderausfall startet es wieder mit Anfangsbedingungen, d.h. wenige 
ms nach Trägerabsenkung.
Damit habe soweit keine Kopfschmerzen. ;-)

von Egon D. (egon_d)


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Ralph B. schrieb:

> Egon D. schrieb:
>> Auf diesen 77,5kHz liegt ein Jitter von 100ns;
>
> Rechne mir doch bitte mal vor, wie du auf die 100nS
> Phasenjitter kommst

Die 100ns ergeben sich daraus, dass ich vom 10MHz-Takt
Impulse ausblende -- und 10MHz haben nunmal eine
Periodendauer von 100ns.

Der ABSOLUTE Jitter wird ja durch die folgenden Teiler
nicht verändert -- er macht nur RELATIV weniger aus,
weil der Bezugswert (die Periodendauer nämlich) um
den Frequenzteilerfaktor länger wird.

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

> Auch das, Egon, ist sicherlich ein schönes Konzept.

Ich wollte das gar nicht direkt als Gegenentwurf zu
Deinem Ansatz verstanden wissen -- ich wollte Ralph
nur erklären, warum ich bei meinem Ansatz kein großes
Problem sehe.


> [...]
> Einzige Bedingung ist, dass ich keinen Nulldurchgang
> "verliere".

Ja, genau das ist der zwar einzige, aber schwerwiegende
Punkt, der mir bei Deinem Ansatz Kopfschmerzen bereitet.
Kurzzeitige Störungen können ja jederzeit auftreten --
Blitze, vorbeifahrendes Moped...

von Michael M. (michaelm)


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Egon D. schrieb:
> Ja, genau das ist der zwar einzige, aber schwerwiegende
> Punkt, der mir bei Deinem Ansatz Kopfschmerzen bereitet.
> Kurzzeitige Störungen können ja jederzeit auftreten -- ....

Na, mal sehen, wie das Signal hinter den Quarzfiltern dann aussieht.
Ich könnte das zusätzlich mit einem Zeitfenster überwachen, wenn es 
nötig werden sollte. Sobald der Sek.-Puls dann da rausläuft, lasse ich 
ihn einen Neustart -wie beim Senderausfall- machen.
Die letztgültige Regelspannung bleibt ja im FF-Gedächtnis.

: Bearbeitet durch User
von Joggel E. (jetztnicht)


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Bei allen diesen gesampelten Systemen ist der Jitter eine Clockperiode. 
Er wird kleiner durch sukzessives samplen von vielen Perioden. ob man 
jetzt den 1 sekunden puls des GPS oder den 77.5kHz des Zeitsenders 
sampelt, ist dasselbe. Die Aussage, wie lange eine GPS Periode oder 
Zeitzeichen Periode ist, ist unwichtig. Eine GPS Periode mit einem 10MHz 
gemessen sind immer 10'000'000+-1, eine Zeitzeichen Periode waere dann 
(10'000'000/77500)+-1
Was wichtig ist, die Statistik hinter den +-1.

Und das macht man eben indem man mit den Messperioden den 10MHz Zaehler 
latcht und ausliest.

Wenn's passt ist der Fehler ueber bleiebige anzahl Perioden +-1, und 
aufsummiert auch.

: Bearbeitet durch User
von W.S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Nein, es gibt mir nichts zu denken, weil jeder Phasenvergleich mit sehr
> kleiner Auflösung NUR über sehr lange Integrationszeiten machbar ist.

Eine durchaus erstaunliche Ansicht.
Bedenke noch einmal, was du da eigentlich über so lange Zeiten 
integrieren willst: Gemessene Phase zwischen A und B oder Anzahl der 
Perioden von A und von B pro langer Zeiteinheit?

Und was ist, wenn dir im Laufe der Zeit mal hie und da per Moped eine 
deiner Zählraten nicht stimmt? Für's grobe mag so eine NF-Zählerei ja 
angehen, aber für das dich eigentlich Interessierende würde ich 
tatsächlich versuchen, den Phasenversatz zwischen deinem OCXO, TCXO oder 
was auch immer und der "Referenz", also in meinem Sinn dem 
Langzeitnormal zu bestimmen und auf einen gut handhabbaren Wert zu 
stabilisieren. Dabei ist klar, daß von Messung zu Messung der 
Phasenversatz deftig jittert - schließlich ist das Langwelle - aber 
dafür kann man eben diesen Phasenversatz hinter dem ADC weitaus besser 
handhaben als eine Zählrate, bei der man aufgeschmissen ist, wenn da mal 
ne Störung hereinrauscht. ADC-Werte kann man hingegen wegschmeißen, wenn 
man aus ihnen eine Störung erkennt.

W.S.

von Michael M. (michaelm)


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W.S. schrieb:
> Eine durchaus erstaunliche Ansicht.
> Bedenke noch einmal, was du da eigentlich über so lange Zeiten
> integrieren willst:......

Dann müsste ich die Ausführungen von U. Bangert, R. Berres, J. Jirmann 
u.a. allesamt in die Tonne werfen und einfach vergessen, die da nämlich 
genau von diesen Integrationszeiten sprechen.
Die Langzeit-Konstanz lässt sich NUR über diese langen I-Zeiten 
erreichen.

Falls du U. Bangert noch nicht gelesen haben solltest, kann ich 
diesbezüglich nur eine Empfehlung aussprechen. ;-)


W.S. schrieb:
> ....aber
> dafür kann man eben diesen Phasenversatz hinter dem ADC weitaus besser
> handhaben....

Du sprichst von einem ADC. Vielleicht in deinen Vorstellungen in Form 
eines anderen Lösungs-Ansatzes.

1. Ich habe in diesem Konzept keinen ADC, sondern nur DACs. ^^

2. Die Integrationszeit passt sich der ausgelesenen Abweichung an, 
vollautomatisch.
Zusätzlich ist da noch ein P-Wert, der immerhin 2.500 Male pro Sekunde 
seinen Beitrag leistet. Nicht 100% zielgenau (das kein ein P-Wert ja 
nicht), aber mindestens recht genau bis auf die naturgemäß verbleibende 
Regel-Abweichung. Der ist mit seiner Sprungantwort nach dem Störimpuls 
SOFORT mit dem notwendigen Korrekturwert da.

3. Falls eine Störung mehrere DCF-Perioden lang vorliegen sollte, greift 
die Senderausfallerkennung. Die im letzten Durchgang ermittelten 
Korrekturwerte bleiben gespeichert und es wird mit einem "Warmstart" 
wieder von Neuem gezählt.

4. Zur Beruhigung: Ich verwende keinen Pollin-, oder C-, oder 
XYZ-Empfänger oder eine der vielen, vielen anderen Design-Krücken (im 
Netz unschwer zu finden), sondern eine "eigene"** Entwicklung mit einer 
Bandbreite von max. einigen 10 Hz.

Ich habe zwar keine Erfahrung, wie breit der "Störnebel" eine Mofas oder 
Mopeds ist, jedoch ist dadurch die Wahrscheinlichkeit einer heftigen 
Beeinflussung schon drastisch gesunken.

Wenn ich denn -was ich nicht befürchte- tatsächlich solch schwerwiegende 
Empfangsproblem hätte, dann wäre es für mich ein Leichtes, das 
Empfängersignal für 12,8 us auf "absolut taub" zu gaten und ihm ein 
"gültiges Empfangsfenster" von 200ns zuzuweisen.

(**)
...bedeutet, ein Mix aus den besten (mind.) drei anständigen Designs....

von W.S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Dann müsste ich die Ausführungen von U. Bangert, R. Berres, J. Jirmann
> u.a. allesamt in die Tonne werfen...

Vorsicht!

Ich bin überhaupt kein Freund davon, sich hinter den Werken 
irgendwelcher Ikonen zu verstecken und deren Worte für das in Stein 
gemeißelte Evangelium zu nehmen. Der Grund dafür ist, daß die 
Randbedingungen, über die in vorliegenden Papieren die Rede ist, 
durchaus anders sein können als das gerade vorliegende Problem sie 
beinhaltet.

Also, um das ganze Problem nochmal in dürre Worte zu fassen:

1. Du willst dir einen Referenz-Oszillator bauen, der als solcher eine 
gute Kurzzeit-Stabilität besitzt und den du mit dem DCF77 als 
Langzeit-Referenz disziplinieren willst.

2. Du weißt, daß die Kurzzeit-Stabilität des DCF77 miserabel ist im 
Vergleich zu deinem Oszillator. Lediglich die Langzeitstabilität des 
DCF77 ist also wichtig und seinen Kurzzeit-Jitter mußt du irgendwie 
unterdrückt kriegen.

3. Du willst den Weg beschreiten, daß du eine hinreichend große Anzahl 
von Perioden deines Oszillators mit einer ebenso hinreichend großen 
Anzahl von Perioden des DCF77 vergleichst, um daraus das Regelsignal zum 
Nachsteuern deines Oszillators abzuleiten.

4. Dieses Zählen von Perioden ist von hause aus integer, also immer mit 
einer Unsicherheit von +/- 1 behaftet. Um also auf diesem Wege eine 
Differenz in der Periodenlänge (also eine Differenz in der Sollfrequenz 
deines Oszillators) überhaupt zu bemerken, brauchst du eine sehr lange 
Zeit (= viele Perioden), in denen dir Störungen widerfahren können, die 
du garnicht siehst.

Für das Erkennen einer Abweichung von 1E-9 brauchst du 1E9 Perioden, 
also 1'000'000'000 Perioden, salopp: 1 Zähltakt auf 1 Milliarde 
Zähltakte.
Das macht bei 2600 Hz Ereignisrate etwa 384615 Sekunden, macht 6410 
Minuten, macht 106 Stunden.

Bei 77500 Hz ergäben sich 12903 Sekunden, macht 215 Minuten, macht knapp 
4 Stunden.

5. Ergo ergeben sich bei deinem Weg des Zählens die Gelegenheiten, um 
deinen Oszillator nachzustimmen nur alle 106 Stunden (bzw. alle 4 
Stunden). ich halte das für nicht zielführend und deshalb dein Konzept 
für nicht tragfähig.

Selbst wenn du deine Ziele auf 1E-8 herunterschrauben würdest, wären die 
Zeiten noch immer unangenehm groß, so daß auch dieses nicht zielführend 
wäre.

Was also kannst du stattdessen tun?
Nun: Die Phasendifferenz zwischen dem DCF77 und deinem Oszillator 
messen. Dafür müssen beide erstmal auf einen gleichen Nenner gebracht 
werden, also entweder der DCF77 per PLL auf die Frequenz deines 
Oszillators oder umgekehrt, also dein Oszillator per PLL auf 77.5 kHz.

Dann kannst du den Phasenversatz zwischen beiden messen und ihn z.B. auf 
90° ausregeln. Da der DCF77 ja jittert (aber erwartungsgemäß weniger als 
eine halbe Periode), wirst du in der Lage sein, die gemessenen 
Phasendifferenzen per ADC zu digitalisieren und dann über eine größere 
Anzahl von Messungen den Mittelwert zu bilden, woraus du dann weitaus 
eher deine Nachstimmpunkte für deinen Oszillator gewinnen kannst.

Der Knackpunkt ist also, den Vergleich zwischen Oszillator und DCF77 
nicht in ganzzahligen Anzahlen von Perioden zu machen, sondern in 
ausreichend feinen Teilwinkeln des Phasenversatzes. Wie fein? Nun, sagen 
wir mal 10x feiner als der tatsächlich zu messende Jitter des DCF77. Auf 
diese Weise erhältst du hinreichend fein aufgelöste Zahlen schon nach 
dramatisch geringerer Anzahl von Perioden als wenn du rein integer 
arbeiten würdest.

Nochmal: für ein Ausregeln bis zu 1E-9 brauchst du eine Auflösung von 
besser als 1E-9 bzw. Zahlen mit mehr als 9 gültigen Stellen zum 
Vergleichen.

W.S.

von Michael M. (michaelm)


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W.S. schrieb:
> Vorsicht!
>
> Ich bin überhaupt kein Freund davon, sich hinter den Werken
> irgendwelcher Ikonen zu verstecken und deren Worte für das in Stein
> gemeißelte Evangelium zu nehmen. Der Grund dafür ist, daß die
> Randbedingungen, über die in vorliegenden Papieren die Rede ist,
> durchaus anders sein können als das gerade vorliegende Problem sie
> beinhaltet.

Wenn ich Informationen über ein bestimmtes Thema brauche, dann verwende 
ich Quellen, die mir vertrauenswürdig erscheinen. Das ist kein 
"Verstecken hinter Ikonen".
Ein Hr. Bangert schreibt keinen Unsinn (über die Allen-Dev.), sonst wäre 
das längst von anderen fachlichen Koryphäen widerlegt. Ein Hr. Jirmann 
(seines Zeichens immerhin akademischen Grades) veröffentlicht keinen 
Unsinn über eine digitale PLL. Auch er kann sich wohl kaum leisten, mit 
irgendwelchen unseriösen Hirngespinnsten in der cq-DL "aufzutreten". Er 
wäre dafür wohl in der Luft zerrissen worden.

Ich rate daher auch zur Vorsicht mit deinen Äußerungen, was dieses 
"Evangelium" angeht. Es ist keins.

Ich selbst habe weder E-Technik noch Elektronik studiert und besitze 
auch kein eigenes Profi-Labor. Aber ich kann meiner Einschätzung nach 
schon unterscheiden zwischen seriösen und unseriösen Veröffentlichungen. 
In der Literaturliste ist sogar eine (eher der letzteren Kategorie) 
davon enthalten; trotzdem nenne ich sie als "lehrreichen Hintergrund".
_____________

Danke an dieser Stelle für deine Einlassungen.

> 1. Du willst dir einen Referenz-Oszillator bauen, der als solcher eine
> gute Kurzzeit-Stabilität besitzt und den du mit dem DCF77 als
> Langzeit-Referenz disziplinieren willst.
Ja

> 2. Du weißt, daß die Kurzzeit-Stabilität des DCF77 miserabel ist im
> Vergleich zu deinem Oszillator. Lediglich die Langzeitstabilität des
> DCF77 ist also wichtig und seinen Kurzzeit-Jitter mußt du irgendwie
> unterdrückt kriegen.
Ja. Und das geht nur über den Faktor Zeit.

> 3. Du willst den Weg beschreiten, daß du eine hinreichend große Anzahl
> von Perioden deines Oszillators mit einer ebenso hinreichend großen
> Anzahl von Perioden des DCF77 vergleichst, um daraus das Regelsignal zum
> Nachsteuern deines Oszillators abzuleiten.
Ja.

> 4. Dieses Zählen von Perioden ist von hause aus integer,
Glücklicherweise... ;-)
> also immer mit
> einer Unsicherheit von +/- 1 behaftet. Um also auf diesem Wege eine
> Differenz in der Periodenlänge (also eine Differenz in der Sollfrequenz
> deines Oszillators) überhaupt zu bemerken, brauchst du eine sehr lange
> Zeit (= viele Perioden),...
Ja
> ....in denen dir Störungen widerfahren können, die
> du garnicht siehst.
Ich sehe sie (besser der P-Wert sieht sie), wenn du z.B. fehlende oder 
falsche Nulldurchgänge (Moped) meinst.

> Für das Erkennen einer Abweichung von 1E-9 brauchst du 1E9 Perioden,
> also 1'000'000'000 Perioden, salopp: 1 Zähltakt auf 1 Milliarde
> Zähltakte.
Richtig. In 100s Zähltakt sind 1.000.000.000 Perioden des zu 
disziplinierenden Oszillators durchlaufen.

> Das macht bei 2600 Hz Ereignisrate etwa 384615 Sekunden, macht 6410
> Minuten, macht 106 Stunden.
Hier verwechselst du etwas: Mit 2500Hz (DCF/31) wird nur der P-Wert der 
Regelung erfasst, indem ich alle 400us ein Sample/Momentanwert von der 
erzeugten Rampenspannung ziehe.

Die I-Wert-Aufbereitung passiert in der obersten Zählerkette mit den 
drei Dekaden. Nach 100s Integrationszeit ist dieser Punkt (s.o.) 
erreicht, so dass die letzte Stelle 1*exp(-9) repräsentiert, die 
vorhergehende Stelle 1*exp(-8).

> 5. Ergo ergeben sich bei deinem Weg des Zählens die Gelegenheiten, um
> deinen Oszillator nachzustimmen nur alle 106 Stunden (bzw. alle 4
> Stunden). ich halte das für nicht zielführend und deshalb dein Konzept
> für nicht tragfähig.
Absolut nein, s. Absatz vorher und meine Beschreibung im Eingangsbeitrag 
(unter "Voraussetzung 2").

W.S. schrieb:
> Nochmal: für ein Ausregeln bis zu 1E-9 brauchst du eine Auflösung von
> besser als 1E-9 bzw. Zahlen mit mehr als 9 gültigen Stellen zum
> Vergleichen.

Ich brauche nur 10s bzw. 100s Zeit, um (virtuell) 8 oder 9 gültige 
Stellen vor mir zu haben.
Wie bereits gesagt: Wenn ich schon in 10s Torzeit X*exp(-8) oder in 100s 
X*exp(-9) betrachte, dann >müssen< die höherwertigen Stellen fix 
entweder 1000000(0) oder 9999(9) sein.
Anderenfalls würde die Torzeit auf 1s heruntergesetzt und die letzte 
Stelle ist dann 1*exp(-7).

Eben weil sie (1*exp(-1) bis 1*exp(-4) einen von zwei möglichen, aber 
bereits bekannten Inhalt haben werden, vermeide ich nur den 
"überflüssigen" HW-Aufwand in der Zählkette.

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Korrektur: ...(unter "Voraussetzung b")...

von W.S. (Gast)


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bon voyage

W.S.

von Joggel E. (jetztnicht)


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Was W.S nicht ganz begriffen hat, dass man unter Zuhilfenahme von !0^9 
Perioden nicht nur alle 10^9 Perioden ein Korektur Signal ermitteln 
kann, sondern viel oefters, wenn man die Geschichte der Werte hat. Das 
Thema nennt sich Fraktional Zaehler. Wobei sich die Geschichte der Werte 
auf +-1 beschraenkt.

von Egon D. (egon_d)


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Joggel E. schrieb:

> Was W.S nicht ganz begriffen hat, dass man unter Zuhilfenahme
> von !0^9 Perioden nicht nur alle 10^9 Perioden ein Korektur
> Signal ermitteln kann, sondern viel oefters, wenn man die
> Geschichte der Werte hat. Das Thema nennt sich Fraktional
> Zaehler. Wobei sich die Geschichte der Werte auf +-1
> beschraenkt.

Das ist prinzipiell richtig -- es gibt aber einen Haken:
Das gilt nur unter der Voraussetzung exakt identischer
Torzeiten. Genau DIESE Voraussetzung ist aber nicht
erfüllt, denn die "Zeitbasis" wird ja durch den DCF77-Träger
bestimmt, und dieser ist von Phasenfluktuationen überlagert,
die auf dem Funkweg auftreten.

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

>> Für das Erkennen einer Abweichung von 1E-9 brauchst du
>> 1E9 Perioden, also 1'000'000'000 Perioden, salopp:
>> 1 Zähltakt auf 1 Milliarde Zähltakte.
>
> Richtig. In 100s Zähltakt sind 1.000.000.000 Perioden
> des zu disziplinierenden Oszillators durchlaufen.

Das stimmt wohl erstmal.

Nach meinem Verständnis wird aber die Torzeit von 100s
vom DCF77-Signal bestimmt, und das Problem an diesem
Signal ist, dass ihm auf dem Funkweg Phasenfluktuationen
durch schwankende Ausbreitungsbedingungen aufgeprägt
werden.

77'500 Hz sind knapp 13µs Periodendauer; wenn wir mal
aus der Luft greifen, dass die 100s Torzeit am Anfang
und am Ende eine Unsicherheit von je 5µs haben, dann
sind die 100s nur auf 10µs genau bestimmt; das ist ein
relativer Fehler von 10^-7.

Du kannst die schwankende Laufzeit im Funkkanal nicht
einfach dadurch austricksen, dass Du die FREQUENZ des
angekoppelten Oszillators erhöhst -- denn das erhöht
nur die Zählerauflösung, nicht aber die Genauigkeit
der Zeitbasis.

von Joggel E. (jetztnicht)


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Aeh. Nein. die Messung ist ja, den LO (OCXO) mit dem DCF77 zu 
vergleichen. und dabei ist die Frequenz des OCXO ja konstant, naja, bis 
auf die 10^-10 eben. Die jittrige Flanke des DCF77 sampelt dann den 
Zaehler welcher vom OCXO laeuft.

von Egon D. (egon_d)


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Joggel E. schrieb:

> Aeh. Nein. die Messung ist ja, den LO (OCXO) mit dem
> DCF77 zu vergleichen.

Ja, klar.


> und dabei ist die Frequenz des OCXO ja konstant, naja,
> bis auf die 10^-10 eben.

Ja, auch klar.


> Die jittrige Flanke des DCF77 sampelt dann den Zaehler
> welcher vom OCXO laeuft.

Ja, richtig.
Genau deswegen -- wegen des Jitters -- können sich die
Zuwächse von Zählung zu Zählung um viel mehr als +/-1
unterscheiden, und die Sequenz sagt ÜBERHAUPT NICHTS
über die Bruchteile aus, sondern nur etwas über den
Jitter.

Man kann in diesem Fall NUR der Gesamtzahl der Impulse
überhaupt etwas entnehmen, nicht der Sequenz der
einzelnen Zählwerte.

von Joggel E. (jetztnicht)


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Nun. Ja, man muss ja nicht jede Flanke sofort auswerten, sondern kann ja 
nach der jeweils zehnten, indem man die 10 in einem Ringbuffer 
zwischenspeichert. Dann kann man bei jedem Sample etwas liefern was 
10(oder 100) perioden lang ist.

von Michael M. (michaelm)


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Eure Gedanken dazu kann ich gut nachvollziehen. Allerdings würde eine 
Auswertung mit Zwischenspeichern und Beurteilung/Gewichtung der 
Zwischenergebnisse die Hardware wieder aufblähen, so dass eine diskrete 
Technik zu umfangreich würde, so meine Befürchtung.
Schluss daraus: Es käme ein dann nur eine Lösung mit Rechenhirn in 
Frage...
Genau das wollte ich jedoch nicht.
_______

Egon D. schrieb:
> Nach meinem Verständnis wird aber die Torzeit von 100s
> vom DCF77-Signal bestimmt, und das Problem an diesem
> Signal ist, dass ihm auf dem Funkweg Phasenfluktuationen
> durch schwankende Ausbreitungsbedingungen aufgeprägt
> werden.
>
> 77'500 Hz sind knapp 13µs Periodendauer; wenn wir mal
> aus der Luft greifen, dass die 100s Torzeit am Anfang
> und am Ende eine Unsicherheit von je 5µs haben, dann
> sind die 100s nur auf 10µs genau bestimmt; das ist ein
> relativer Fehler von 10^-7.

Du gehst von sehr pessimistischen Voraussetzungen aus; kritisch sein ist 
sicher gut, damit man sich selbst nichts vormacht.

Ich beziehe mich mal auf die PTB selbst:
https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/ptb_mitteilungen/mitt2009/Heft3/PTB-Mitteilungen_2009_Heft_3.pdf

Voran: Braunschweig ist (Vorteil) nur ca. 300km entfernt, mein Standort 
dagegen ca. 500km.

Laut Bild 19 weicht die Träger-Frequenz über 4h gemittelt (Spätsommer 
'03) um etwa 1*exp(-11) ab, und zwar besonder wenig um die 
Mittagsstunden.

Laut Bild 10: Die Abweichung der Phasenlage liegt Sommer wie Winter 
während der Tageshelligkeit innerhalb +/- 0,5us, dabei im Sommer 
deutlich besser.

Diese typischen Werte muss ich einfach mal als Grundlage nehmen, wenn 
ich meine Chancen abschätzen will. Dass ich sie nicht als den "täglichen 
Standard" garantiert bekomme, ist klar.

Das entspräche ein Zehntel von dem, was du in den Ansatz bringst.
Und am Anfang einer Torzeit-Periode gibt es keine Unsicherheit. ^^

Ich könnte nun auf die Idee kommen, bei nachegewiesener Stabilität des 
OCXO die Synchronisation nur tagsüber zu aktivieren.... ;-)

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Joggel E. schrieb:
> Was W.S nicht ganz begriffen hat, dass man unter Zuhilfenahme von !0^9
> Perioden nicht nur alle 10^9 Perioden ein Korektur Signal ermitteln
> kann, sondern viel oefters, wenn man die Geschichte der Werte hat.

Die Geschichte steckt naturgemäß schon im I-Wert drin.
Beispiel "Kaltstart": Die Zählerei beginnt mit 1s Torzeit (10^7 
Perioden) und zwar bis zu dem Zeitpunkt, an dem nur noch die LSB einen 
nutzbaren Wert enthält. Das ist das Zeichen für die Verlängerung auf 10s 
Torzeit.
Das gleiche Spiel von vorne...
Wenn auf LSB+2 ein Wert erscheinen sollte, wird die TZ schrittweise 
wieder um eine Stufe verkürzt.

von W.S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Eure Gedanken dazu kann ich gut nachvollziehen. Allerdings würde eine
> Auswertung mit Zwischenspeichern und Beurteilung/Gewichtung der
> Zwischenergebnisse die Hardware wieder aufblähen, so dass eine diskrete
> Technik zu umfangreich würde, so meine Befürchtung.
> Schluss daraus: Es käme ein dann nur eine Lösung mit Rechenhirn in
> Frage...
> Genau das wollte ich jedoch nicht.

Nun, dein innerster Wunsch war, der Mutter Mathematik ein Schnippchen zu 
schlagen, indem du dir irgendwelche Voraussetzungen erdacht hattest, die 
du für realistisch hieltest und nach denen du mit stark reduziertem 
Aufwand auskommen kannst.

Kann ich verstehen, aber ich hab von Anfang an gesehen, daß du dich mit 
deinem Ansatz in die Nesseln gesetzt hast. Laß mal, auf sowas kann wohl 
ein JEDER von uns zurückblicken. Das nennt man "Erfahrung".

Aber bedenke mal, daß 1E-9 bedeutet 1 Hz Abweichung auf 1 GHz Frequenz. 
Das ist kein Pappenstiel. Und wenn du eine derart kleine Abweichung 
überhaupt bemerken willst, brauchst du schlußendlich zwei Operanden, die 
eben 9 gültige Stellen umfassen. Nur damit kannst du überhaupt erst 
feststellen, ob dein Oszillator von der absoluten Wahrheit +/-1E-9 
abweicht oder nicht. Es geht nicht anders - und wer da etwas anderes 
behauptet, ist ein Scharlatan.

Michael M. schrieb:
> Das Konzept
> sieht ganz bewusst vom Einsatz eines uC ab; es sollen möglichst (in
> jedem Bastlerladen oder Internet) erhältliche HC- und AC-MOS-ICs
> verwendet werden.

Selbst dieses Konzeptdetail sehe ich als - gelinde gesagt - eher 
unglücklich gewählt an. Mikrocontroller schmeißt dir heutzutage jeder 
Internethändler pfundweise nach, das Basteln mit TTL in allen 
Geschmacksrichtungen hingegen braucht ne Menge Leiterplatten und Strom 
und Geld bei Irrtümern.

Allenfalls kämen für Zähler-Massengräber nebst Logik ein CPLD's in 
Betracht.

Aber ich hab dir ja schon geschrieben, daß dein Bestreben, integer zu 
arbeiten, grundfalsch ist, denn es bewirkt, daß du für deine o.g. Zahlen 
eben große Integerzahlen auflaufen lassen mußt. Und das kostet viel, 
viel Zeit, die deine Zeitkonstanten für die nachfolgende Regelung 
ebenfalls riesig werden läßt.

Also denk mal über einen Konzeptwechsel nach. Es gibt von TI einen 
Kurzzeit-Meß-IC (TDC7200), mit dem du vermutlich etwas in deinem Projekt 
anfangen kannst. Aber auch der braucht einen µC. Also freunde dich mit 
dem Gedanken an einen Mikrocontroller an - auch wenn's dir momentan 
nicht schmecken will.

W.S.

von Michael M. (michaelm)


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W.S. schrieb:
> Nun, dein innerster Wunsch war, der Mutter Mathematik ein Schnippchen zu
> schlagen, indem du dir irgendwelche Voraussetzungen erdacht hattest, die
> du für realistisch hieltest und nach denen du mit stark reduziertem
> Aufwand auskommen kannst.

Ich staune. Darüber, dass die anderen Mitschreiber DAS garnicht bemerkt 
haben, dass ich dem Herrn Riese (, Adam) ein Schnippchen schlagen 
wollte/will. ;-)


> Kann ich verstehen, aber ich hab von Anfang an gesehen, daß du dich mit
> deinem Ansatz in die Nesseln gesetzt hast. Laß mal, auf sowas kann wohl
> ein JEDER von uns zurückblicken. Das nennt man "Erfahrung".

Auch das wurde bis jetzt nicht bemerkt... ;-)


> Aber bedenke mal, daß 1E-9 bedeutet 1 Hz Abweichung auf 1 GHz Frequenz.
> Das ist kein Pappenstiel. Und wenn du eine derart kleine Abweichung
> überhaupt bemerken willst, brauchst du schlußendlich zwei Operanden, die
> eben 9 gültige Stellen umfassen.....

Der erste Operand ist da: Der OCXO wird 100s lang ausgezählt und dann 
ist LSB in seiner Zählerkette 1*exp(9).
Der zweite Operand ist die Zeit.

Vorschlag: Nimm dir einen Frequenzzähler deiner Wahl mit wenigstens 3 
oder 4 Stellen und einer "supergenauen" Zeitbasis und dann lass das Tor 
bei anliegenden 10MHz eben genau 100s lang offen.
Rätselfrage: Was bzw. welche Auflösung zeigt die letzte Stelle dann an?
10Hz? 1Hz? 0,1Hz? 1/100Hz? Oder etwa noch etwas anderes?
Noch einfacher kann ich es dir jetzt nicht machen. Und der Herr A. Riese 
ist auch glücklich. :-)

Was ist daran falsch oder nicht zu verstehen?


> ... denn es bewirkt, daß du für deine o.g. Zahlen
> eben große Integerzahlen auflaufen lassen mußt. Und das kostet viel,
> viel Zeit, die deine Zeitkonstanten für die nachfolgende Regelung
> ebenfalls riesig werden läßt.

Genau das ist Sinn dieser Übung.
Selbst J. Jirmann (mit einem uC in seinem Konzept) spricht von 1000en 
Sekunden, die NUR deshalb "kürzer" werden, weil er zusätzlich einen 
Schnelldenker dazu einsetzt.

Nun, ich gehe eben "zu Fuß" und nehme 10.000s als max. Integration.
Die allermeisten anderen (analogen) Konzepte scheitern genau an dem 
Punkt und kommen mit max. 100s daher, wenn überhaupt.

von Egon D. (egon_d)


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W.S. schrieb:

> Mikrocontroller schmeißt dir heutzutage jeder
> Internethändler pfundweise nach,

Darum geht's m.E. gar nicht.

Eine µC-freie (jaja: "von feldprogrammierbaren
Bauelementen freie..") Schaltung ist durch den Schaltplan
ausreichend dokumentiert. Jeder Fachmann kann den Schaltplan
studieren, seine Funktion ergründen, ihn modifizieren und
nachbauen.

Ein Schaltplan einer Schaltung mit µC/FPGA/CPLD ist wertlos.

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

> Auch das wurde bis jetzt nicht bemerkt... ;-)

Doch, durchaus.
Vom mir zum Beispiel.


> [...]
> Was ist daran falsch oder nicht zu verstehen?

Daran ist die Voraussetzung falsch, der Funkkanal sei
frei von Störungen.

von Michael M. (michaelm)


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Egon D. schrieb:
>> Was ist daran falsch oder nicht zu verstehen?
>
> Daran ist die Voraussetzung falsch, der Funkkanal sei
> frei von Störungen.

Naja, Egon, ich merke, dass du total mitdenkst. Schön... !

Ich sagte bereits, dass ich kein Problem sehe, dem DCF-Impuls ein enges 
Zeitfenster (ist schon zu Papier) zu verpassen, damit a) zusätzlich 
Störpulse nicht ausgewertet werden und b) bei jedem fehlenden 
Nulldurchgang sofort der "Senderausfall" greifen kann.
In dem Moment bleibt es bei dem letztgültigen und gepeicherten 
Korrekturwert und erst die nächste gültige Zählung wird wieder 
verarbeitet.

Nächste mögliche "Absicherung" wäre -wie erwähnt- die Mittagszeit +/- 
4-6 Stunden als Synchronisationsfenster zu nehmen. Das muss ich jedoch 
von der Kurzzeit-Satbilität des OCXO abhängig machen, die ich jetzt noch 
nicht kenne.

von Ralph B. (rberres)


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Ich würde euch mal empgfehlen, sich mal anzuschauen, wie Firmen wie 
Rohde&Schwarz das vor 50 Jahren geregelt haben, wo noch kein 
Mikrokontroller zum Einsatz gekommen ist. Z.B. am XKE damals noch mit 
richtigen Stellmotoren.


http://www.ko4bb.com/getsimple/index.php?id=download&file=Rohde_Schwarz/Rohde_Schwarz_XKE_Frequency_standard_controller_Operator_Manual_with_schematics.pdf

oder moderner und kompakter vor 30 Jahren ebenfalls ohne Mikroprozessor.

http://bama.edebris.com/manuals/rohdeschwarz/xke2rx/

Teil3 bildet die Basis, wie ich es damals gelöst hatte.

http://df6wu.de/Bauanleitungen%20Messtechnik/DCF-Frequenznormal/

Erreicht habe ich eine Stabilität von 10exp-9 bei allerdings 1000 Sek 
Regelzeitkonstante

W.S. schrieb:
> Und das kostet viel,
> viel Zeit, die deine Zeitkonstanten für die nachfolgende Regelung
> ebenfalls riesig werden läßt.

Genau das macht aber Rohde&schwarz mit seinen XKE2 und übrigens auch 
Plisch der ebenfalls mal ein DCF77 Frequenznormal gebaut hatte.

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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Ralph B. schrieb:
> Z.B. am XKE damals noch mit
> richtigen Stellmotoren.

Ja, danke Ralph, das mit den Stellmotoren ist mir bekannt. Die behalten 
ihren "Wert" bei Senderausfall und man braucht nicht extra FFs 
einzubauen.. :-)

von Joggel E. (jetztnicht)


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Mit grossen Integerzahlen zu rechnen ist kein Problem, denn die 
Messwerte kommen ja hinreichend selten.

Es gibt uebrigens einige Chips, welche das alles koennen. zB AD9548. Der 
kann auf irgendwas zB GPS Synchronisieren, dh auf den 1Hz Puls mit einer 
einstellbaren Zeitkonstante von zB 1000 sekunden. Der Chip kann Stratum2 
im Holdover, das bedeutet, falls der Timingclock ausfaellt laeuft er nur 
um 10^-10 pro Tag weg.

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Joggel E. schrieb:
> Es gibt uebrigens einige Chips, welche das alles koennen. zB AD9548.

Gut, dann ziehe ich mich also mal ein halbes Jahr in's stille Kämmerlein 
zurück, um 111 Seiten DB-Inhalt zu studieren und nach 1000en Rückfragen 
(z.B. in einem Forum) dann auch zu begreifen.
Und dann auch noch (auf dem normalen Hobby-Basteltisch) 88 Beinchen an 
dem Käfer löten....
Ach, den Preis von dem Ding will ich gar nicht wissen; ich suche jetzt 
auch ganz bewusst nicht, weil's mir links am ... vorbeigeht.
Ich will nicht einfach irgenwelche Käfer zusammenbraten und nicht 
wissen, was darin überhaupt vorgeht. Scheint wohl Mode zu sein?


Nee, da habe ich in der gleichen Zeit mein Projekt incl. ein oder zwei 
Revisionen fertig. :-D

"Lass mich an Land" sagt der Norddeutsche dazu. DAS sollen Menschen 
machen, die Spaß und zu viel Zeit dafür (und nix anderes zu tun) übrig 
haben.

Außerdem hatte ich eingangs ja erwähnt (überlesen?), dass ich ganz 
bewusst nur landläufige HC-/AC-Technik einsetzen möchte.

Da kann "Normalo" wenigstens durchblicken, wobei das hier und da 
(erkennbar) offenbar auch schon nicht immer und jedem leicht fällt... 
;-)
Ich habe nichts dagegen, dazuzulernen. Aber bitte maßvoll. Mag sein, 
dass normale, gut begreifbare Technik für manche Menschen eben zu profan 
ist, um nicht popelig zu sagen.

von Michael M. (michaelm)


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@ Egon

Ich hatte die +/-100ns Zeitfenster für die Flanke vom DCF so aus dem 
Bauch heraus dahergesagt..

Allerdings hatte ich dabei die PM nicht im Blick bzw. aus den Augen 
verloren.
Nach ein wenig Rechnen startet das Zeitfenster ca. 140ns vor und endet 
ca. 30ns nach der regulären DCF-Flanke incl. +/- PM.
Kostet mal wieder drei, vier Käferchen... Mal sehen, ob es tatsächlich 
nowendig wird.

von Volker M. (antennensimulation)


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Vielleicht habe ich es überlesen:
Hast du dein vorgestelltes Konzept schon realisiert und das erhoffte 
Ergebnis meßtechnisch überprüft?

von Michael M. (michaelm)


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@ Volker: Das hast du möglicherweise überlesen.  ;-)

Michael M. schrieb:
> Egon D. schrieb:
>> Ist das erstmal nur Planung, oder funktioniert das
>> schon?

> Derzeit letzte Phase Planung. Realisierung in Arbeit, d.h. der Empfänger
> entsteht gerade; mein verfügbarer Zeitrahmen dafür lässt jedoch noch
> Wünsche offen...

EDIT: Wenn du noch Ideen oder Kritik dazu hast, gerne...

: Bearbeitet durch User
von Volker M. (antennensimulation)


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Nein, mach mal, die Praxis wird zeigen ob deine idealisierten 
Betrachtungen standhalten.

von Martin O. (ossi-2)


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Ich halte es für schwierig die Perioden des DCF77 mit einem Zähler 
erfassen zu wollen. Mir ist das zumindest wegen der Empfangsstörungen 
nicht eiwandfrei gelungen. Eine PLL ist da viel unempfindlicher.

von W.S. (Gast)


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Michael M. schrieb:
> Ich staune. Darüber, dass die anderen Mitschreiber DAS garnicht bemerkt
> haben, dass ich dem Herrn Riese (, Adam) ein Schnippchen schlagen
> wollte/will. ;-)

Ähem, Bildungslücke. Der Rechenmeister hieß Adam Ries. Ohne 'e'. Und es 
ist ein gewaltiger Unterschied zwischen dem Rechnen und der Mutter 
Mathematik. Sie ist ne kapriziöse Primadonna, hat immer Recht und 
bestraft einen mit ner Hausnummer, wenn man sie austricksen will.

Nochwas:
Mein Mathe-Prof meinte des öfteren, Mathematik sei im wesentlichen 
Intuition. Nun ja, auch Gauss meinte mal "ich habe das Resultat, ich 
weiß nur nicht, auf welchem Wege ich es erreichen werde". Ja, so sind 
sie, die Mathematiker.

Aber mal im Ernst: Wenn du mir vorzählst, daß du ja bei deinem 10 MHz 
Oszillator nur 100 Sekunden zu zählen brauchst, dann ist das eben nur 
die halbe Wahrheit, denn wie sieht das mit dem Gegenpart namens DCF77 
aus? Willst du dort von einer seiner nach 100 Sekunden anstehenden 
jitternder Flanke deine Torzeit ableiten? Um dann daraus die Abweichung 
deines Oszis zu bestimmen und die Regelung zu füttern?

Das paßt alles nicht wirklich zusammen und ich habe den Eindruck, daß du 
alles, was dir nicht genehm ist, erstmal abschmettern willst. Ich kann 
dich ja nicht davon abhalten, deinen Aufwand in den Sand zu setzen. Wenn 
überhaupt, müßtest du das selber tun.

W.S.

von Joggel E. (jetztnicht)


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Nun, wenn du eine Genauigkeit von 10^-9 haben willst, musst du 10^9 
Perioden messen. Das waeren beim 10MHz 100 sekunden, und bei 77kHz 13k 
Sekunden, resp 3.6 stunden.

Der Poster hat hohe Anforderungen, will alles selbst machen, aber 
bestehende Loesungen nicht zur Inspiration anschauen. Was soll's. Das 
Projekt ist sicher lehrreich.

von Tobias P. (hubertus)


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Joggel E. schrieb:
> Nun, wenn du eine Genauigkeit von 10^-9 haben willst, musst du 10^9
> Perioden messen. Das waeren beim 10MHz 100 sekunden, und bei 77kHz 13k
> Sekunden, resp 3.6 stunden.

Obwohl solcherlei hier immer wieder verbreitet wird, ist das in dieser 
Allgemeinheit schlicht falsch. Mit einem Interpolator, ob analog oder 
digital, lässt sich die Auflösung und auch die Genauigkeit durchaus 
erhöhen. Ein Beispiel ist der Zähler HP 5335A, der mit einem analogen 
Interpolator und einer Referenzfrequenz von 10MHz eine Auflösung von 1ns 
erzielt, bei einer Genauigkeit von etwas schlechter als 2ns. Mit diesem 
Counter könnte man also eine einzige Sekunde lang messen und hätte die 
Genauigkeit von 1e-9 bereits. Andere Interpolatoren lassen sich digital 
realisieren und wurden oben bereits erwähnt. Einen TDC7200 setze ich bei 
meinem gegenwärtig im Bau befindlichen GPSDO auch ein und dessen 
Auflösung und Genauigkeit lassen sich durchaus sehen.

@TO, eins würde mich noch interessieren: im Gegensatz zu anderen hier im 
Thread bin ich durchaus für den Selbstbau von Sachen zu begeistern, ABER 
du nennst dein Frequenznormal ein "digitales Konzept". Was ist denn an 
einem GPSDO mit einem Mikrocontroller nicht "digital" ? :-)

von Egon D. (egon_d)


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Joggel E. schrieb:

> Nun, wenn du eine Genauigkeit von 10^-9 haben willst,
> musst du 10^9 Perioden messen.

Das stimmt nur dann, wenn man gezwungen ist, GANZE
Perioden zu messen -- also so zu arbeiten, wie
klassische Zählfrequenzmesser es tun.

Wenn das Signal-Rausch-Verhältnis es hergibt, kann
man durchaus die Phasenlage messen; kann man die
Phase mit Sicherheit z.B. auf 36° genau erfassen,
verzehnfacht sich die Auflösung -- oder anders gesagt:
Die Messzeit für eine bestimmte Auflösung beträgt nur
noch ein Zehntel.

von Egon D. (egon_d)


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Tobias P. schrieb:

> im Gegensatz zu anderen hier im Thread bin ich
> durchaus für den Selbstbau von Sachen zu begeistern,

Hmm. Das hat einen eigenartigen Unterton.

Soweit ich sehe, hat niemand den SELbSTBAU kritisiert.
Kritisiert worden ist nur das technische Konzept, das
dem zu Grunde liegen soll.

von Michael M. (michaelm)


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W.S. schrieb:
> Ähem, Bildungslücke. Der Rechenmeister hieß Adam Ries.

Hmm, Ries oder Riese... das Internet oder "Gurgel" ist sich da nicht 
einig. Ist mir auch egal...

________________


W.S. schrieb:
> denn wie sieht das mit dem Gegenpart namens DCF77
> aus? Willst du dort von einer seiner nach 100 Sekunden anstehenden
> jitternder Flanke deine Torzeit ableiten?

a) Wenn du damit die Jitter-behaftete Sekundenmarke meinst, dann 
empfehle ich dir, den Eingangsbeitrag nochmals >genau< zu lesen.
b) Wenn du die Jitter-behaftete Phase des Trägers meinst: dann bitte 
hier nochmals lesen: 
Beitrag "Re: Projekt: DCF-Disziplinierung eines OCXO - mal ein anderes, digitales Konzept"

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Joggel E. schrieb:
> Nun, wenn du eine Genauigkeit von 10^-9 haben willst, musst du 10^9
> Perioden messen. Das waeren beim 10MHz 100 sekunden, und bei 77kHz 13k
> Sekunden, resp 3.6 stunden.

Nach Dr. P. Hetzel (PTBMitteilungen) sind in 270km Entfernung vom DCF 
bei 10s Integrationszeit 10exp(-9) und 10.000s 10exp(-11) erreichbar.

An diese Daten und Infos kann und muss ich mich erst einmal halten. Dass 
bei 500km Entfernung die Situation nicht besser ist, dürfte klar sein.

von Michael M. (michaelm)


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Tobias P. schrieb:
> @TO, eins würde mich noch interessieren: im Gegensatz zu anderen hier im
> Thread bin ich durchaus für den Selbstbau von Sachen zu begeistern, ABER
> du nennst dein Frequenznormal ein "digitales Konzept". Was ist denn an
> einem GPSDO mit einem Mikrocontroller nicht "digital" ? :-)

Natürlich sind das "digitale" Lösungen, klar.
Bis auf >zwei< Veröffentlichungen sind meines Wissens keine weiteren 
digitalen Konzepte mit DCF (!) als Referenz zu finden, wohl aber eben 
auf GPSDO-Basis.

Die m.E. erste digtale PLL war von Ralph Berres in den 90ern, die zweite 
von Jochen Jirmann (10/2000). Weiter sind mir keine digitalen PLLs 
dieser Art bekannt, weil alle dann auf die GPS-Lösungen umschwenkten..

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

> Joggel E. schrieb:
>> Nun, wenn du eine Genauigkeit von 10^-9 haben
>> willst, musst du 10^9 Perioden messen. Das waeren
>> beim 10MHz 100 sekunden, und bei 77kHz 13k Sekunden,
>> resp 3.6 stunden.
>
> Nach Dr. P. Hetzel (PTBMitteilungen) sind in 270km
> Entfernung vom DCF bei 10s Integrationszeit 10exp(-9)
> und 10.000s 10exp(-11) erreichbar.

Zwei Einwände:
1. Das "erreichbar" bezieht sich natürlich auf ein
   optimales Empfängerkonzept. Deins ist aber m.E.
   nicht optimal. Dass für den homo sapiens eine
   Laufgeschwindigkeit von 30km/h erreichbar ist,
   bedeutet nicht, dass ICH 100m in 10s laufen
   könnte -- wenn Du den Vergleich verstehst.
2. Es ist von "Integrationszeit" die Rede. Du
   integrierst aber m.E. nicht, sondern summierst nur.
   Das ist mathematisch nicht dasselbe.

von Tobias P. (hubertus)


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Egon D. schrieb:
> Hmm. Das hat einen eigenartigen Unterton.
>
> Soweit ich sehe, hat niemand den SELbSTBAU kritisiert.
> Kritisiert worden ist nur das technische Konzept, das
> dem zu Grunde liegen soll.

ja doch ein bisschen schon, weiter oben hiess es ja "jaja du willst ja 
sowieso alles selber machen". Das ist jetzt ein bisschen OT, aber in der 
Tat beobachte ich das hier immer öfter - jemand will was bauen, hat sich 
dazu was überlegt und stellt hier dazu ein paar Fragen und dann wird das 
als Reaktion nur in der Luft zerrissen. Das ist mässig cool.

Michael M. schrieb:
> Bis auf >zwei< Veröffentlichungen sind meines Wissens keine weiteren
> digitalen Konzepte mit DCF (!) als Referenz zu finden, wohl aber eben
> auf GPSDO-Basis.

ah ja stimmt, das war mir nicht klar. Als ich begonnen habe mich mit dem 
Thema Frequenznormale zu befassen, bin ich auch erst bei DCF77 gelandet 
und habe die erwähnten Veröffentlichungen gesehen. Dann gibts noch die 
Möglichkeit, 10 MHz vom Sender WWV abzugreifen, das dürfte aber hier 
noch schlechter funktionieren als DCF (da WWV m.W. in Kanada liegt). 
Dass alle auf GPS umgeschwenkt sind, liegt wohl daran dass es vmtl. 
einfacher ist. Einen Mikrocontroller braucht man sowieso wenn man noch 
eine gescheite Anzeige implementieren will.

Das mit der Zeitkonstanten könnte auch ein Problem sein. Weiter oben 
weren tausende von Sekunden erwähnt. Das ist eher auf der suboptimalen 
Seite. Das als "Evangelium" verunglimpfte Dokument von Ulrich Bangert 
zeigt einen sehr schönen Graphen wo die Stabilität eines HP 10811A Ofens 
aufgezeigt wird. Dort sieht man, wenn ich mich recht erinnere, dass 
dieser bei ca. 1800 Sekunden Beobachtungszeit sein Stabilitätsmaximum 
hat. Eine grössere Zeitkonstante macht daher also wenig Sinn, da in der 
Zeit der OCXO wieder mehr davonzulaufen beginnt. Ich habe keinen 
kompletten Überblick über die gegenwärtig verfügbaren OCXO und deren 
Stabilität, aber ausser BVA Quarzen dürften erhältliche OCXO etwa in der 
selben Güteklasse liegen, d.h. ihr Stabilitätsmaximum bei unter einer 
Stunde aufweisen. Daher ist erstmal völlig egal, wie du zu deinem 
Referenzsignal kommst, aber der Regler muss so realisierbar sein, dass 
er in unter einer Stunde eine brauchbare Genauigkeit erzielt. Wenn du 1 
Tag integrieren musst, um den Fehler klein genug zu bekommen, dann läuft 
dir in der Zwischenzeit selbst der beste (BVA ausgenommen) Quarz so weit 
weg, dass dir der mühselig über 1 Tag berechnete Korrekturwert nicht 
mehr viel bringt. Daher ist

Michael M. schrieb:
> Nach Dr. P. Hetzel (PTBMitteilungen) sind in 270km Entfernung vom DCF
> bei 10s Integrationszeit 10exp(-9) und 10.000s 10exp(-11) erreichbar.

wohl einer der Gründe, warum sich DCF für diese Applikation nicht so gut 
durchsetzen konnte, weil eine Integrationszeit von 10000s schlicht zu 
lang ist (wenn man damit ein Rb oder BVA ansteuert, mag es anders 
aussehen). Das nur am Rande.

Nur als Idee: wenn du dein Konzept so ändern würdest, dass es nur die 
Sekundenpulse zur Regelung heranzieht (die lassen sich bei DCF wohl auch 
ausgeben?), dann könntest du das ganze modular aufbauen, d.h. du 
könntest den DCF-Empfänger später durch einen GNSS Empfänger ersetzen 
und dessen Sekundenpuls verwenden und dann Vergleiche anstellen. Das 
wäre sogar recht spannend finde ich:

* mit welchem der Empfänger rastet das ganze schneller auf der 
"richtigen" Frequenz +/- Toleranz ein?
* mit welchem Empfänger ist die Stabilität besser?

Es sollte schon noch etwas besser als 1e-9 bei 1s werden, würde ich 
sagen. Sonst lohnt sich doch der Aufwand nicht. 1e-11 bis 1e-12 wären so 
Hausnummern, das wär spannend ob das erreichbar ist. Mit GPS geht es. 
Bin auch grade dabei zu versuchen, sowas genau auszumessen.


Tobias

von Michael M. (michaelm)


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Egon D. schrieb:
> Zwei Einwände:
> 1. Das "erreichbar" bezieht sich natürlich auf ein
>    optimales Empfängerkonzept. Deins ist aber m.E.
>    nicht optimal.
> Dass für den homo sapiens eine
>    Laufgeschwindigkeit von 30km/h erreichbar ist,
>    bedeutet nicht, dass ICH 100m in 10s laufen
>    könnte -- wenn Du den Vergleich verstehst.
Der Vergleich ist ohne Zweifel zu verstehen.

In wiefern findest du mein Empfängerkonzept nicht optimal? Welches ist 
deiner Einschätzung besser, optimaler?
Ich bin für Vorschläge jederzeit offen.
Ich skizziere auch gerne noch mal das Empfänger-Konzept selbst, wenn du 
darauf Wert legst.


> 2. Es ist von "Integrationszeit" die Rede. Du
>    integrierst aber m.E. nicht, sondern summierst nur.
>    Das ist mathematisch nicht dasselbe.

Ein Tiefpass -habe ich mir sagen lassen- integriert, egal, ob in 
analoger oder digitaler Form.
Es kommt doch, wenn ich mich nicht irre, auf die Erfassung eines Wertes 
über eine Zeitperiode an. Die Zählerkette tut genau selbiges, erfasst 
den langfristigen Mittelwert der Abweichung vom Soll. Das ist exakt ein 
TP-Verhalten UND Integration.
Die Sprungantwort eines Integrators drückt genau dasselbe aus. Je länger 
ich beobachte, desto genauer ist mein resultierender Korrekturwert.

Sorry, wenn ich das evtl. falsch formuliere; ich bin nicht der 
Super-Mathematiker hinsichtlich Elektronik... :-(

von Michael M. (michaelm)


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Tobias P. schrieb:
> ....

Danke Tobias erst einmal für die einleitenden Worte. Zum Rest brauche 
ich ein wenig Zeit; ist in Arbeit....

von Gerhard O. (gerhard_)


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Falls es interessiert:

Ich habe bei mir einen Spectracom 8164 Langwellen disziplinierten FS im 
Betrieb der das macht was hier diskutiert wurde. Da bei mir DCF 77.5 
nicht empfangbar ist, wird bei uns der von NIST betriebene WWVB auf 60 
kHz, Fort Collins, Colorado, ausgenützt. Die Entfernung ist rund 1500km. 
Die Feldstärke ist so groß, daß man mit einem Oszi das Signal vom 
Antennverstärker gut beobachten kann. Die Antennen können im Haus 
aufgestellt werden. Bei mir ist die 30cm lange 25mm lange Ferritantenne 
im Keller an der Decke montiert und über RG-58 A/U Kabel zum 8164 
geführt. Der Antennenverstärker wird über das Antennenkabel mit 
Betriebsspannung versorgt.

Mein 8164 mußte modifiziert werden um die Phasenmodulation die in 2014 
von NIST eingeführt wurde zu ignorieren. Das geht mit einem Analog 
Multiplizier ganz einfach und interne 120kHz Verarbeitung. Durch die 
Frequenzverdopplung wird der PSK Modulation die Zähne gezogen und wird 
dadurch unschädlich gemacht.

Beim 8164 wird digital mittels uC ein hochwertiger OCXO mittels DAC 
nachgeführt. Langfristig läßt sich mit diesem System automatisch ohne 
Interventation eine Frequenzgenauigkeit von ein paar Teilen in 10E-9 
erreichen. Beim 8164 wird herstellerseitig empfohlen mit einer 
Integrationszeit von 1000s zu arbeiten. Durch starke zeitweise 
Phasenschwankungen während des Sonnen Auf- und Untergang muß man Geduld 
haben.

https://www.orolia.com/sites/default/files/document-files/8164_manual.pdf

(Siehe auch im Manual beiliegende Schaltbildunterlage)

Ein GPSDXO dagegen kann dagegen die Langzeitgenauigkeit um zwei 
Zehnerpotenzen verbessern. Deshalb ist man kommerziell auch von 
Langwellen Frequenznachführungskonzepten größtenteils abgegangen.

Früher befasste ich auch mit einem HP117 System. Die Antenne war eine 1m 
Durchmesser große statisch geschirmte Loop Antenne mit 
Gegentaktnuvistorverstärker.

Wenn man die nachgeführte 10MHz Quarzfrequenz vom 8161/8164 mit einem 
lokalen Standard auf einem Oszi vergleicht, sieht man sehr schön die 
schnellen Phasenschwankungen bzw. Jitter der empfangenen Langwelle. Auf 
10MHz bezogen, schwankt die Phase andauernd +/- einige Perioden hin und 
her, auf den lokalen Standard bezogen.

Ich habe mir vor vielen Jahren einen GPSDXO nach einem QST Artikel 
gebaut und funktioniert auch. Aber mehr Spaß haben und Spielen kann man 
mit der Langwelle;-)

Die vom 8164 erzielte Genauigkeit von 10E-9 reicht mir auch für meine 
Zwecke.

Ich habe auch einen EFRATOM LPRO101 Rb85 Standard hier in Betrieb und 
phasenvergleiche ihn mit einem anderen Spectracom 8161 über einige Tage. 
Über einige Tage hinweg kann ich dann die Tendenz vom LPRO101 genügend 
genau erkennen und das C-Feld, falls notwendig, behutsam nachregeln. Das 
mußte ich bis jetzt erst einmal machen.

In über 10 Jahren intermittierendem Betrieb, weil ich den LPRO101 nicht 
durchlaufen lasse, ist die Driftrate, so verifiziert, immer noch unter 
ein paar Teilen in 10E-10, was mir für meine Zwecke auch vollständig 
ausreicht.

Zwei LPRO101s , nach einiger Aufwärmzeit, mit einem Oszi verglichen, 
behalten ihre Phasenlage zueinander unabhängig für viele Stunden, wenn 
nicht sogar Tage.

: Bearbeitet durch User
von Hans-Georg L. (h-g-l)


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Es kommt darauf an was du mit deiner disziplinierten Frequenz anfangen 
willst. Welche Stabilität in welchem Zeitraum soll sie haben. Willst du 
eine Uhr damit betreiben die möglichst wenig im Jahr nach geht oder 
einen Frequenzzähler mit 0,1s Messzeit damit betreiben.

von Michael M. (michaelm)


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Tobias P. schrieb:
...
> Dann gibts noch die
> Möglichkeit, 10 MHz vom Sender WWV abzugreifen, das dürfte aber hier
> noch schlechter funktionieren als DCF (da WWV m.W. in Kanada liegt).

Deswegen vergessen wir WWV mal kurzerhand.... ;-)
_____

> ... Dort sieht man, wenn ich mich recht erinnere, dass
> dieser bei ca. 1800 Sekunden Beobachtungszeit sein Stabilitätsmaximum
> hat. Eine grössere Zeitkonstante macht daher also wenig Sinn, da in der
> Zeit der OCXO wieder mehr davonzulaufen beginnt.

Soweit richtig; die 10.0000 (= ca. 2,8h) habe ich nur mal 
vorsichtshalber mit reingenommen.
_____

> ....Ich habe keinen
> kompletten Überblick über die gegenwärtig verfügbaren OCXO und deren
> Stabilität,...

Ich auch NOCH nicht. Wenn mir ein HP über den Weg läuft, wäre es schön. 
Genauso wäre ich mit einem anständigen Morion zufrieden, der quasi 
"jederzeit" in der Bucht erhältlich ist.
_____

> ...aber der Regler muss so realisierbar sein, dass
> er in unter einer Stunde eine brauchbare Genauigkeit erzielt.

Nun, das tut er ja zu Beginn: Kalt-/Warmstart : 1s; dann schrittweise 
Verlängerung um Faktor 10, WENN AUSSCHLIESSLICH LSB einen signifikanten 
Wert enthält.
Angenommen, der OCXO liegt nach Auwärmen und Einlaufen optimal innerhalb 
x*10exp(-9), dann ist die Auflösung (und Korrektur) bereits nach weniger 
als 2 Minuten in der Lage, auf 10exp(-9) zu korrigieren. Bei weniger 
Abweichung könnte dann die 1.000s-Torzeit (16,7 Minuten) aktiv werden 
und mit 10exp(-10)-Korrektur eingreifen.
_____

> ... Wenn du 1
> Tag integrieren musst, um den Fehler klein genug zu bekommen, dann läuft
> dir in der Zwischenzeit selbst der beste (BVA ausgenommen) Quarz so weit
> weg, dass dir der mühselig über 1 Tag berechnete Korrekturwert nicht
> mehr viel bringt.

Klar. ;-)
______

> ...weil eine Integrationszeit von 10000s schlicht zu
> lang ist.

Nun, das sind auch nur knapp drei Stunden...
______

> Nur als Idee: wenn du dein Konzept so ändern würdest, dass es nur die
> Sekundenpulse zur Regelung heranzieht (die lassen sich bei DCF wohl auch
> ausgeben?), ...

Zu den originalen Sekunden-Impulsen des DCF:
Einfach mal vergessen; die haben dermaßen Ungenauigkeit (mehrere zig us 
!!), so dass sie von vorn herein für die Tonne sind (für eine 
Uhrzeit-Anzeige mag's grad so reichen).
Deswegen (lest ihr eigentlich nur die Hälfte? :-O ) wird mit einem 
einzigen S-Impuls vom DCF ein Zähler für die Trägerfrequenz -verzögert, 
>wichtig< - gestartet, der mir meine "eigenen" Sekunden und deren 
Derivate liefert.
Ergebnis:
Der Start meiner "persönlichen" Sekunde liegt in der Träger-Absenkphase 
(was nicht so wichtig ist), in der keine Pseudo-PM erfolgt. Des Ende der 
Sekunde (Zähler-Ergebnis) logischerweise ebenso.
Die Pseudo-PM kratzt mich nicht mehr, weil sie sich über den Zeitraum "1 
s" symmetrisch auf Null mittelt. Ich habe damit auch >eine Sekunde Nr. 
59<, was DCF nicht hat. Äätsch... :-))
_______

> ... dann könntest du das ganze modular aufbauen, d.h. du
> könntest den DCF-Empfänger später durch einen GNSS Empfänger ersetzen
> und dessen Sekundenpuls verwenden und dann Vergleiche anstellen.

Das hatte ich eingangs bereits angesprochen ;-)
In diesem Konzept müsste ich bei einem Referenz-Wechsel nur 
berücksichtigen, dass meine P-Wert-Erfassung mit 2k5Hz läuft. Da bin ich 
dann leider etwas unflexibel. :-(
Ansonsten sind die weiteren Teiler (auf 1s, 10s, usw.) direkt weiter 
verwendbar.
______

Ich hoffe, nichts vergessen zu haben...

Michael

von Egon D. (egon_d)


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Tobias P. schrieb:

> Egon D. schrieb:
>> Hmm. Das hat einen eigenartigen Unterton.
>>
>> Soweit ich sehe, hat niemand den SELbSTBAU kritisiert.
>> Kritisiert worden ist nur das technische Konzept, das
>> dem zu Grunde liegen soll.
>
> ja doch ein bisschen schon, weiter oben hiess es ja
> "jaja du willst ja sowieso alles selber machen". Das
> ist jetzt ein bisschen OT, aber in der Tat beobachte
> ich das hier immer öfter - jemand will was bauen, hat
> sich dazu was überlegt und stellt hier dazu ein paar
> Fragen und dann wird das als Reaktion nur in der Luft
> zerrissen. Das ist mässig cool.

Hmm. Stattgegeben.


> Nur als Idee: wenn du dein Konzept so ändern würdest,
> dass es nur die Sekundenpulse zur Regelung heranzieht

Nach meinem Verständnis baut sein Konzept genau darauf
auf. (Das ist mMn auch die wesentliche Schwäche seines
Ansatzes.)


> Es sollte schon noch etwas besser als 1e-9 bei 1s werden,
> würde ich sagen. Sonst lohnt sich doch der Aufwand nicht.
> 1e-11 bis 1e-12 wären so Hausnummern, das wär spannend ob
> das erreichbar ist.

Naja, 77'500 Impulse/s mal 86400 Sekunden je Tag sind etwa
6.7 Milliarden Impulse je Tag. Integrationszeiten von einem
Tag wären da schon anzuraten -- nicht wegen der Stabilität
des Lokaloszillators, sondern rein wegen der Auflösung des
Referenzkanales (und der periodischen Änderungen der
Ausbreitungsbedingungen).

von Michael M. (michaelm)


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@ Gerhard O.

Danke für deine ausführliche Schilderung. Den Link betrachte ich mal am 
WE, wenn ich mehr Zeit habe, die momentan sowieso knapp bemessen ist. 
:-(
Ich hatte noch immer keine Muße, mein Quarzfilter für den Empfänger 
aufzubauen und zu testen...

von Michael M. (michaelm)


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Hans-Georg L. schrieb:

> ....Willst du
> eine Uhr damit betreiben die möglichst wenig im Jahr nach geht oder...

Die Frage enttäuscht mich aber nun sehr. ^^

Nein, für die genaue Zeit sehe ich auf den Bildschirm hier oder ich 
kaufe mir tatsächlich für wenige EUs ein solches Teil, in der Hoffnung, 
dass der Empfangsteil nicht total taub ist.

von Michael M. (michaelm)


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Egon D. schrieb:
> Integrationszeiten von einem
> Tag wären da schon anzuraten -- nicht wegen der Stabilität
> des Lokaloszillators, sondern rein wegen der Auflösung des
> Referenzkanales (und der periodischen Änderungen der
> Ausbreitungsbedingungen).

Ich verweise hier noch einmal auf 
https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/ptb_mitteilungen/mitt2009/Heft3/PTB-Mitteilungen_2009_Heft_3.pdf
Absatz 8.3.1

Deswegen auch mein Ansatz, TROTZ geringerer Feldstärke, jedoch mit 
absolut wenig Phasenabweichung die Synchronisation in den Bereih der 
Tages-Helligkeit zu verlagern.

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

> In wiefern findest du mein Empfängerkonzept nicht
> optimal?

Das war von mir schlecht formuliert. Dein EMPFÄNGER -
Konzept hast Du ja bis jetzt noch gar nicht vorgestellt;
ich gehe aber davon aus, dass es ein Geradeausempfänger
wird -- alles andere gibt im Rahmen der laufenden
Diskussion keinen Sinn.


> Ich skizziere auch gerne noch mal das Empfänger-Konzept
> selbst, wenn du darauf Wert legst.

Das könnte nicht schaden.

Wenn es aber ein schmalbandiger Geradeausempfänger wird
(Deine Erwähnung eines Quarzfilters lässt das vermuten),
dann hat dieser prinzipbedingt das Problem, dass kurze,
impulsartige Funkstörungen ein deutlich längeres Klingeln
des Filters hervorrufen.


> Ein Tiefpass -habe ich mir sagen lassen- integriert,
> egal, ob in analoger oder digitaler Form.

Ja.


> Es kommt doch, wenn ich mich nicht irre, auf die
> Erfassung eines Wertes über eine Zeitperiode an.

Ja.


> Die Zählerkette tut  genau selbiges, erfasst den
> langfristigen Mittelwert der Abweichung vom Soll.

Nein.
Die Zählerkette erfasst die Anzahl der Impulse zwischen
Start- und Stoppimpuls. Die zeitliche Lage von Start-
und/oder Stoppimpuls FLUKTUIERT ABER ZUFÄLLIG , denn
sie werden ja aus dem Funksignal abgeleitet.

Keine Macht der Welt kann nachträglich feststellen, ob
ein abweichender Zählerstand von einer systematisch
abweichenden Frequenz oder nur von einer kurzzeitigen
Fluktuation hervorgerufen wurde!


> Das ist exakt ein TP-Verhalten UND Integration.

Nein.
Mache Dir zum Vergleich klar, wie Mischerkonzepte
funktionieren: Dort wird z.B. aus dem (störungsfreien)
lokalen 10MHz-Takt eine (störungsfreie) Vergleichs-
frequenz von 77.5kHz hergestellt und mit dieser ein
"Mischer" (=gesteuerter Gleichrichter) gespeist.
Dieser Synchrongleichrichter polt jetzt alle 6.45µs
(also zweimal je Periode) das Empfangssignal um. Da
das Antennensignal eine Wechselspannung mit 12.9µs
Periodendauer ist, liegt am Ausgang dieses Synchron-
gleichrichters 6.45µs lang die positive Halbwelle des
Empfangssignales an, und weitere 6.45µs die umgepolte
negative Halbwelle -- also AUCH eine positive
Halbwelle!

Worauf es hier ankommt: Am Ausgang des Mischers liegt
STÄNDIG eine Spannung an -- OHNE nennenswerte Unter-
brechung!
Diese Halbwellenspannung wird durch einen echten
(stetigen) Tiefpass gefiltert. Kurzzeitige Störungen
spielen (nahezu) keine Rolle, weil STÄNDIG aus dem
Empfangssignal ein Korrektursignal abgeleitet wird.


> Die Sprungantwort eines Integrators drückt genau
> dasselbe aus.

Ja und nein -- das Problem ist nämlich, dass Du überhaupt
nicht über das Empfangssignal integrierst! Du integrierst
-- wenn man das überhaupt so nennen will -- über das
Signal des Lokaloszillators, aber das ist wenig nützlich,
weil das ja bekanntermaßen frei von Störungen ist.

Der VERGLEICH zwischen Lokaloszillator und DCF-Signal
findet immer in ganz winzigen Zeitabschnitten statt --
nämlich wenn der Torimpuls erzeugt wird. Kommt der Torimpuls
aufgrund einer Störung zu früh, dann wird das als "Lokal-
oszillator zu niedrig!" interpretiert, obwohl es nur EIN
EINZIGER IMPULS von hunderttausenden gewesen ist, der zu
früh eingetroffen ist.


> Je länger ich beobachte, desto genauer ist mein
> resultierender Korrekturwert.

Nein: "...desto höher aufgelöst" ist der Korrekturwert.

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

> Deswegen auch mein Ansatz, TROTZ geringerer
> Feldstärke, jedoch mit absolut wenig Phasenabweichung
> die Synchronisation in den Bereih der Tages-Helligkeit
> zu verlagern.

Und in der anderen Zeit?
Willst Du den Quarzoszillator da einfach frei laufen
lassen?

von Tobias P. (hubertus)


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Michael M. schrieb:
> Tobias P. schrieb:
> ...
> Dann gibts noch die
> Möglichkeit, 10 MHz vom Sender WWV abzugreifen, das dürfte aber hier
> noch schlechter funktionieren als DCF (da WWV m.W. in Kanada liegt).
>
> Deswegen vergessen wir WWV mal kurzerhand.... ;-)


naja ich habe es selber nie ausprobiert und weiss daher auch nicht, ob 
das tatsächlich stimmt, aber ich habe auch schon gelesen, dass man den 
hier empfangen kann, aber nicht überall. Aber da weiss ich nichts 
drüber. Müsste man Gerhard weiter oben fragen. War aber wohl eher eine 
Bieridee meinerseits :-)

von Gerhard O. (gerhard_)


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Hier ist ein interessanter Artikel über Langwellen Frequenzstandard 
Technik von NIST:

https://www.nist.gov/system/files/documents/2017/04/28/Bin-2702.pdf

Bei mir in Edmonton ist WWVB sehr stark zu empfangen. Die Distanz zum 
Sender ist um 1500 km, leicht südöstlich von hier.

http://www.arrl.org/files/file/QEX_Next_Issue/2015/Nov-Dec_2015/Magliacane.pdf

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Guten Morgen, ihr seid ja richtige "Nachtschwäermer".. :-)

Egon D. schrieb:
>  Dein EMPFÄNGER -
> Konzept hast Du ja bis jetzt noch gar nicht vorgestellt;
> ich gehe aber davon aus, dass es ein Geradeausempfänger
> wird -- alles andere gibt im Rahmen der laufenden
> Diskussion keinen Sinn.
>
>> Ich skizziere auch gerne noch mal das Empfänger-Konzept
>> selbst, wenn du darauf Wert legst.
>
> Das könnte nicht schaden.

Ja, folgt in Kürze, z.B. heute Abend.
________

> Nein.
> Die Zählerkette erfasst die Anzahl der Impulse zwischen
> Start- und Stoppimpuls. Die zeitliche Lage von Start-
> und/oder Stoppimpuls FLUKTUIERT ABER ZUFÄLLIG , denn
> sie werden ja aus dem Funksignal abgeleitet.

Richtig. Je länger jedoch die Torzeit ist, desto geringer diese 
Ungenauigkeit.

> Keine Macht der Welt kann nachträglich feststellen, ob
> ein abweichender Zählerstand von einer systematisch
> abweichenden Frequenz oder nur von einer kurzzeitigen
> Fluktuation hervorgerufen wurde!

Nachträglich mit Sicherheit nicht. Hast recht. Aber das ist m.E. nicht 
der Punkt.
____


> Worauf es hier ankommt: Am Ausgang des Mischers liegt
> STÄNDIG eine Spannung an -- OHNE nennenswerte Unter-
> brechung!
> Diese Halbwellenspannung wird durch einen echten
> (stetigen) Tiefpass gefiltert. Kurzzeitige Störungen
> spielen (nahezu) keine Rolle, weil STÄNDIG aus dem
> Empfangssignal ein Korrektursignal abgeleitet wird.

Hier liegt auch eine STÄNDIGE Korrekturspannung vor. Ohne überhaupt eine 
Unterbrechung, denn sie wird ja gespeichert und nach jedem TZ-Durchlauf 
ein wenig korrigiert.
___


>> Die Sprungantwort eines Integrators drückt genau
>> dasselbe aus.
>
> Ja und nein -- das Problem ist nämlich, dass Du überhaupt
> nicht über das Empfangssignal integrierst!

Das DCF-Signal soll ja keinesfalls integriert werden. Es soll ja nur 
hinreihend genau sein. Ergibt sich automatisch, je länger die 
abgeleitete Torzeit ist. "Zufällig" auftretende Störungen liegen zum 
Glück nicht >dauernd< an. Also eine genauere Referenz als DCF in diesem 
Konzept habe ich nicht zum Phasenvergleich.

> Du integrierst
> -- wenn man das überhaupt so nennen will -- über das
> Signal des Lokaloszillators, aber das ist wenig nützlich,
> weil das ja bekanntermaßen frei von Störungen ist.

Hier Einspruch: Ich integriere die Abweichung des LO/OCXO
Beim Analog-Integr. haben wir die Zeitkonstante tau. Hier -digital- ist 
es die T.Z., die mir die mittlere Abwweichung über ein definiertes 
Zeitfenster gesehen liefert.
_________

> Kommt der Torimpuls
> aufgrund einer Störung zu früh, dann wird das als "Lokal-
> oszillator zu niedrig!" interpretiert, obwohl es nur EIN
> EINZIGER IMPULS von hunderttausenden gewesen ist, der zu
> früh eingetroffen ist.

Ich formuliere deine Worte mal so:
Ist die DCF-T.Z. (zu) ungenau, tritt eine Fehlzählung auf, führt 
folglich zu einem falschen Korrekturwert.

Eine genauere Refrenenz als DCF mit 10exp(-11) über ca. 3 Stunden = 
10.000s liegt mir nicht vor. Damit MUSS ich eben leben.
Wenn nun meinem "eigenen" aufbereiteten DCF-Takt ein einizger 
Nulldurchgang fehlen sollte (sporadisch gesehen, da Störimpulse nicht 
dauernd anliegen),

DANN wird diese Zählung eben nicht ausgewertet, sondern eben die 
nächstgültige. Da macht auch 1.000s "Wartezeit" nichts aus.
_______

Nun mal die Kuhfladen-Logik: :-))
Die beiden anderen digitalen PLLs machen es auch so (nach diesem 
Prinzip), wenn auch auf etwas unterschiedlichen Wegen.

Michael

von Michael M. (michaelm)


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Egon D. schrieb:
> Und in der anderen Zeit?
> Willst Du den Quarzoszillator da einfach frei laufen
> lassen?

Ja, muss er. Aber -wie bereits erwähnt- ist das von seiner 
grundätzlichen Kurzzeit-Stabilität abhängig; evtl. muss ich dann doch 
das Sync-Fenster größer machen, ggf. auch mal in der Nacht.

von Michael M. (michaelm)


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@ Tobias:

Meine Recherchen hattten ergeben, dass der Empfang von WWV wesentlich 
unsicherer ist.

von Michael M. (michaelm)


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@ Gerhard. O.

Danke für die Links. Die lese ich bei Zeiten am WE mal durch...

von Michael M. (michaelm)


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DCF-Empfänger in kurzen Worten:

Frontend mit Ferritantenne nach Ralph Berres. Leicht modifiziert: BF246 
+ BC413. Läuft.

http://df6wu.de/Bauanleitungen%20Messtechnik/DCF-Frequenznormal/DCF775SH.TIF

Geplant: Zusätzliche ALC des Eingangs-FETs.

Es folgt eine Ph-Umkehrstufe (läuft) und geht dann in's Quarzfilter.
Das von Ralph eingesetzte Ladderfilter kommt in meinem Entwurf nicht 
vor.
Stattdessen ein Lattice-Filter wie in den UKW-Berichten, auch lesbar bei

https://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hambladen/ukw-berichte/1984/page042/index.html

Das Q-Filter wird wegen Temperaturschwankungen >nicht< in der 
Antennenbaugruppe sein. Die Leitung Antenne->Empfänger ist ja sehr 
niederohmig und unempfindlich...

Ob ein zweites, einfaches Half-Lattice wie dort nötig wird, sehe ich 
dann. Wir haben ja zum Glück nicht mehr so viele Röhren-Fernseher 
(78,125kHz), dafür jedoch um so mehr Schaltnetzteile.. :-(

Weitere Verstärkung macht (hoffentlich nur) ein TCA440 mit 60dB 
Regeltiefe. Er generiert auch die Feldstärkeanzeige und den einmalig 
notwendigen Sekundenpuls.
Wie ich das Rechteck jitterarm aufbereite, weiß ich noch nicht genau. 
Wahrscheinlich Präzisions-Komparator.

Block-Schaltbild folgt am Abend.

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> Stattdessen ein Lattice-Filter wie in den UKW-Berichten, auch lesbar bei

du weist aber schon das auch diese Quarze nicht exakt 77.5KHz haben 
dürfen?

sondern

Q1  f = 77508 Hz, Serienresonanz L1 = 53H ±20% Co ≈ 10 pF
Q2  f = 77436 Hz, Serienresonanz L1 = 53H ±20% Co ≈ 10 pF

Die Weitabselektion beträgt auch nur 45db

auch ist das Filter immerhin 55Hz breit statt 10Hz wie bei mir.

Es ist hier also noch eine weitere Selektion sinnvoll.


Michael M. schrieb:
> Geplant: Zusätzliche ALC des Eingangs-FETs.

würde ich nicht machen, ist auch nicht nötig, da dieser Verstärker kaum 
zu übersteuern ist.

Michael M. schrieb:
> Weitere Verstärkung macht (hoffentlich nur) ein TCA440 mit 60dB
> Regeltiefe. Er generiert auch die Feldstärkeanzeige und den einmalig
> notwendigen Sekundenpuls.

Kann man drüber nachsdenken.

60db Verstärkung werden vermutlich nicht ausreichen.

Aber was dabei bleibt, du must die Absenkungen auf 25% während der 
digitalen Übertragung weg bekommen. Da bleibt dann doch nur 
Begrenzerverstärker.

Oder man macht die Regelung des TCA440 so schnell, das diese die 
Absenkungen ausregelt. Allerdings hast du deine Sekundenimpulse dann 
nicht mehr.

Ansonsten must du die Regelung des TCA440 so langsam machen, das keine 
Phasenmodulation daraus entsteht. Also Regelzeitkonstanten von mehreren 
Sekunden.

Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
von Joggel E. (jetztnicht)


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Fur eine genaue Uhr muss man sich die Aufwaende nicht machen. Denn jede 
Mobilfunkt Basisstation hat einen Rubidium Oszillator verbaut. Deswegen 
sind auch soeviele Gebrauchte auf dem Markt. Ich denk diese sind an eine 
Cs Uhr synchronisiert. Genau wie das GPS. Sollte also auf's selbe 
rauskommen.

von Egon D. (egon_d)


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Michael M. schrieb:

>> Worauf es hier ankommt: Am Ausgang des Mischers liegt
>> STÄNDIG eine Spannung an -- OHNE nennenswerte Unter-
>> brechung!
>> Diese Halbwellenspannung wird durch einen echten
>> (stetigen) Tiefpass gefiltert. Kurzzeitige Störungen
>> spielen (nahezu) keine Rolle, weil STÄNDIG aus dem
>> Empfangssignal ein Korrektursignal abgeleitet wird.
>
> Hier liegt auch eine STÄNDIGE Korrekturspannung vor.

Das ist mir klar.


> Ohne überhaupt eine Unterbrechung, denn sie wird ja
> gespeichert und nach jedem TZ-Durchlauf ein wenig
> korrigiert.

Richtig -- und genau das ist der Unterschied zum
Überlagerungsempfänger mit Mischer: Du SPEICHERST
einfach den ermittelten Wert 99 Sekunden lang.

Beim Überlagerungsempfänger dagegen wird JEDE Halbwelle
des Empfangssignales mit der entsprechende Halbwelle
des internen Oszillatorsignals verglichen!

In einer Sekunde werden 155'000 Halbwellen empfangen,
und JEDE dieser Halbwellen liefert einen Beitrag zum
Korrektursignal.
Wenn die Integrationszeit hier also 100s beträgt,
werden 100 mal 155'000 Phasenvergleiche aufsummiert
(="integriert"), das sind 15.5 Millionen einzelne
Phasenvergleiche.

Du erzeugst dagegen einen Startimpuls, schaust das
Empfangssignal 99.9 Sekunden lang überhaupt nicht an
und erzeugst dann den Stopp-Impuls aus dem Empfangs-
signal.

Das ist nicht dasselbe.


>>> Die Sprungantwort eines Integrators drückt genau
>>> dasselbe aus.
>>
>> Ja und nein -- das Problem ist nämlich, dass Du
>> überhaupt nicht über das Empfangssignal integrierst!
>
> Das DCF-Signal soll ja keinesfalls integriert werden.

Das stimmt; das war unsauber formuliert: Es soll das
Produkt aus Empfangssignal und Lokaloszillatorsignal
integriert werden. Das, was dabei herauskommt, ist
nämlich -- nicht ganz zufällig -- der Korrelations-
koeffizient, d.h. ein Maß für die Übereinstimmung von
Empfangssignal und Lokaloszillatorsignal.


>> Du integrierst
>> -- wenn man das überhaupt so nennen will -- über das
>> Signal des Lokaloszillators, aber das ist wenig nützlich,
>> weil das ja bekanntermaßen frei von Störungen ist.
>
> Hier Einspruch: Ich integriere die Abweichung des LO/OCXO

Nein.
Um das tun zu können, müsstest Du diese Abweichung ja
fortlaufend überwachen. Das tust Du aber nicht, denn
zwischen Start- und Stoppimpuls interessiert Dich das
Empfangssignal überhaupt nicht.


> Beim Analog-Integr. haben wir die Zeitkonstante tau.
> Hier -digital- ist es die T.Z., die mir die mittlere
> Abwweichung über ein definiertes Zeitfenster gesehen
> liefert.

Jein.

Du hast zum Teil insofern Recht, als eine (sehr kleine)
stationäre Frequenzabweichung zu einer gleichmäßig
wachsenden Phasenabweichung führt. Das passiert aber
völlig ohne Dein Zutun -- einfach dadurch, dass Du
entsprechend lange abwartest. Du überführst also
eine sehr kleine konstante Frequenzabweichung durch
"Integration mittels Abwarten" in eine wachsende
Phasenabweichung. Diese Phasenabweichung kann im
Prinzip beliebig große Werte annehmen.

Wenn bei DCF-Empfängern aber von "Integrationszeit"
die Rede ist, ist nach meinem Verständnis eine
fortlaufende Integration ÜBER DEN PHASENFEHLER --
und nicht über den FREQUENZFEHLER -- gemeint, eben
genau in der Weise, wie es ein Überlagerungsempfänger
macht.

Das ist nicht dasselbe.


> [...]
> Nun mal die Kuhfladen-Logik: :-))
> Die beiden anderen digitalen PLLs machen es auch
> so (nach diesem Prinzip), wenn auch auf etwas
> unterschiedlichen Wegen.

Ich bestreite ja auch nicht, dass das funktionieren
kann -- zumindest dann, wenn man einigermaßen vernünftigen
Empfang hat, also brauchbare Feldstärke und wenig lokale
Störungen.

Mir erschließt sich nur der Vorteil dieser "digitalen"
Konzepte nicht.
Alle sonstigen Funkanwendungen, von denen ich es beurteilen
kann, versuchen nämlich seit Jahrzehnten, von der punktuellen
Auswertung des Zeitverlaufes der empfangenen Impulse weg-
zukommen und statt dessen irgendeine Form von Korrelations-
empfang zu verwenden. Das kann die Pulskompressionstechnik
beim RADAR sein, das kann -- als sehr krasses Beispiel --
der Korrelationsempfang beim GPS sein, das kann aber auch
die FFT-Auswertung der Empfangssignale bei den Radiosonden
des Wetterdienstes sein.

Um kurz beim Wetterdienst zu bleiben: Wir haben in den
späten Achzigern an einer Anlage mitentwickelt, die in
20 Sekunden 40 Messwerte mittels eines Frequenzzählers
mit 0.5s Torzeit erzeugt. Durch einen cleveren Algorithmus
zur Ausreißerprüfung wurde aus diesen 40 Messwerten ein
gültiger Repräsentant ausgewählt, der weiterverarbeitet
wurde.
Vaisala tastet das Empfangssignal einfach 0.2s (!!) lang
ab (das ist EIN HUNDERTSTEL unserer Messzeit!) und
ermittelt über eine FFT die gemessene Tonfrequenz.

Die Güte der Ergebnisse war vergleichbar.

Unsere Anlage erforderte drei Schaltschränke; die
Auswertungselektronik von Vaisala passte auf eine lange
ISA-Steckkarte :)

von Michael M. (michaelm)


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Egon D. schrieb:

>> Hier liegt auch eine STÄNDIGE Korrekturspannung vor.
>
> Das ist mir klar.
OK...
____


>> Ohne überhaupt eine Unterbrechung, denn sie wird ja
>> gespeichert und nach jedem TZ-Durchlauf ein wenig
>> korrigiert.
>
> Richtig -- und genau das ist der Unterschied zum
> Überlagerungsempfänger mit Mischer: Du SPEICHERST
> einfach den ermittelten Wert 99 Sekunden lang.

Kleine Korrektur: ...nach >genau< 100s, sprich "möglichst genau".
_______


> Du erzeugst dagegen einen Startimpuls, schaust das
> Empfangssignal 99.9 Sekunden lang überhaupt nicht an
> und erzeugst dann den Stopp-Impuls aus dem Empfangs-
> signal.
>
> Das ist nicht dasselbe.

Das ist natürlich nicht dasselbe.
Ich schaue das Empfengssignal (wieder:) nicht 99,9s nicht an, sondern 
100s lang.
Ich schaue es deswegen >nicht< an, weil dieses Empfangssignal meinen 
Maßstab darstellt. Das ist sozusagen mein in der Theorie absolut genaue, 
in der Praxis leider nur auf 1^(-9 bis -11) "genaue" "Ur-Meter".

Mit diesem Maßstab messe ich also die OCXO-Frequenz bzw. Phasenlage.
a) Sei es, dass OCXO in dem Messzeitraum >keine> Abweichung vom Soll 
zeigt, wird der Messwert Null sein.
b) Läuft OCXO zu schnell, wird der Messwert positiv, d.h. es wird im 
Zähler ein Wert grüßer als 10.000.000, 00 stehen. Die letzten drei 
Stellen sehe ich in den drei Dekaden.
c) v.v.

Du sprichst w.u. von einem >ständig wachsenden> Korrekturwert. Das ist 
bzw. könnte insoweit zutreffen, wenn der OCXO während der gesamten 
Messzeit zu hoch läuft. Aber auch das Gegenteil (oder etwas dawischen) 
ist möglich.

Ich bekomme bei 100s einen >einzigen, und zwar mittleren< 
Mess-/Korrekturwert, der aus 1 Millarde +/- x gezählter Perioden 
gebildet wird.
Leider kommt über diese 10s-Messperiode mein Maßstab (DCF) mit einer 
Ungenauigkeit von etwa 1exp(-9) daher. :-(

Genau da liegt die Integration im System.

Es kann also sein, dass der OCXO tatsächlich noch genauer ist, was in 
dem Moment leider nicht erfassbar ist. Es bleibt leider die 
Ungenauigkeit von mind. LSB +/-1 .

Umgeschwenkt auf 1.000s Messzeit: Dasselbe Spiel, nur eben eine Potenz 
feiner aufgelöst. Das schöne daran ist, dass mein Maßstab über die 
längere Zeit auch genauer wird (s. Allen-Dev.). Vielleicht nicht genau 
eine Dekade, aber grob in dieser Größenordnung.
____


>>> Du integrierst
>>> -- wenn man das überhaupt so nennen will -- über das
>>> Signal des Lokaloszillators, aber das ist wenig nützlich,
>>> weil das ja bekanntermaßen frei von Störungen ist.
>>
>> Hier Einspruch: Ich integriere die Abweichung des LO/OCXO
>
> Nein.
> Um das tun zu können, müsstest Du diese Abweichung ja
> fortlaufend überwachen. Das tust Du aber nicht, denn
> zwischen Start- und Stoppimpuls interessiert Dich das
> Empfangssignal überhaupt nicht.

S.w.o. - Das Empfangssignal (DCF) interessiert mich schon, aber nur 
dessen grundsätzliche Genauigkeit.
__


>> Beim Analog-Integr. haben wir die Zeitkonstante tau.
>> Hier -digital- ist es die T.Z., die mir die mittlere
>> Abwweichung über ein definiertes Zeitfenster gesehen
>> liefert.
>
> Jein.
>
> Du hast zum Teil insofern Recht, als eine (sehr kleine)
> stationäre Frequenzabweichung zu einer gleichmäßig
> wachsenden Phasenabweichung führt. Das passiert aber
> völlig ohne Dein Zutun -- einfach dadurch, dass Du
> entsprechend lange abwartest. Du überführst also
> eine sehr kleine konstante Frequenzabweichung durch
> "Integration mittels Abwarten" in eine wachsende
> Phasenabweichung. Diese Phasenabweichung kann im
> Prinzip beliebig große Werte annehmen.
>
> Wenn bei DCF-Empfängern aber von "Integrationszeit"
> die Rede ist, ist nach meinem Verständnis eine
> fortlaufende Integration ÜBER DEN PHASENFEHLER --
> und nicht über den FREQUENZFEHLER -- gemeint, eben
> genau in der Weise, wie es ein Überlagerungsempfänger
> macht.
>
> Das ist nicht dasselbe.
>
>> [...]
>> Nun mal die Kuhfladen-Logik: :-))
>> Die beiden anderen digitalen PLLs machen es auch
>> so (nach diesem Prinzip), wenn auch auf etwas
>> unterschiedlichen Wegen.
>
> Ich bestreite ja auch nicht, dass das funktionieren
> kann -- zumindest dann, wenn man einigermaßen vernünftigen
> Empfang hat, also brauchbare Feldstärke und wenig lokale
> Störungen.
>
> Mir erschließt sich nur der Vorteil dieser "digitalen"
> Konzepte nicht.

Dazu ein wenig später. Ich werde jetzt erst mal in de Waagerechte 
gehen..
 :-) Gute Nacht...

von Michael M. (michaelm)


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Moin, weiter im Text...

Egon D. schrieb:
> Das passiert aber
> völlig ohne Dein Zutun -- einfach dadurch, dass Du
> entsprechend lange abwartest. Du überführst also
> eine sehr kleine konstante Frequenzabweichung durch
> "Integration mittels Abwarten" in eine wachsende
> Phasenabweichung. Diese Phasenabweichung kann im
> Prinzip beliebig große Werte annehmen.

Wenn du mit "überführen" auch "bearbeiten" meinst, ist das so nicht der 
Fall.
Jede Abweichung Des OCXO vom Soll in der Frequenz hat zweifellos auch 
eine Abweichung in der Phasenlage als Folge, die dann mit mehr oder 
weniger Geschwindigkeit wandert.

Was dieses Design (und natürlich die anderen 2 auch) macht, ist eine 
"Verstärkung" des Fehlers mittels der längeren Beobachtungszeit(en).
U. Bangert beschreibt dasselbe in seinem Dokument unter dem Kapitel
"Messmethoden für Stabilität", kurz vor der Abbildung 5.
Zitat hieraus:
..."Wenn man – aus welchen Gründen auch immer – die Auflösung eines 
Messgerätes nicht aus- reicht, um einen bestimmten physikalischen Effekt 
zu messen, so lautet die nächst beste Regel in der Physik: Dann 
verstärke den Effekt, bis er in eine Größenordnung gerät, wo er mit der 
begrenzen vorhandenen Auflösung gut gemessen werden kann. "...

So -über die Vergrößerung des Mess-Zeitintervalls- werden auch 
Änderungen in der Phasenlage (zwischen Referenz und LO) in der 
Größenordnung 10exp(-9) und kleiner auf einfache Weise messbar.
__


> Ich bestreite ja auch nicht, dass das funktionieren
> kann -- zumindest dann, wenn man einigermaßen vernünftigen
> Empfang hat, also brauchbare Feldstärke und wenig lokale
> Störungen.
>
> Mir erschließt sich nur der Vorteil dieser "digitalen"
> Konzepte nicht.

Das habe ich auch nicht so empfunden; ich danke dir vor allem für dein 
Engagement und die wirklich ernst gemeinte konstruktive Kritik.

Was ist der Vorteil dieser digitalen Konzepte?
Ralph hatte es in seiner Beschreibung damals bereits deutlich gesagt:

Diese wirklich benötigten langen Integrationszeiten >=1.000s sind in 
analoger Technik selbst mit sehr hohem Aufwand NICHT realisierbar. Die 
wichtigsten Widersacher sind da Leckströme und Temperatur.
Ich kann diesem Argument nur zustimmen!

Michael

von Ralph B. (rberres)


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Egon D. schrieb:
> enn bei DCF-Empfängern aber von "Integrationszeit"
> die Rede ist, ist nach meinem Verständnis eine
> fortlaufende Integration ÜBER DEN PHASENFEHLER --
> und nicht über den FREQUENZFEHLER -- gemeint, eben
> genau in der Weise, wie es ein Überlagerungsempfänger
> macht.

kennst du den Begriff state variabel Oszillator?

Der State Variabel Oszillator besteht aus zwei Integratoren und einen 
Inverter in der Schleife.

Genau das baust du wenn in der Regelschleife ein reines Integrierglied 
liegt.

Der VCO integriert die Phase nämlich ebenfalls.

Um zu vermeiden,das die ganze Regelschleife zu einen State-Variabel 
Oszillator mutiert, muss dem Integrierglied in der Regelschleife einen 
Proportionalanteil zugefügt werden, dessen Höhe so bemessen ist, das 
eine Sprungantwort gerade asymptotisch ausgeregelt wird. Das heist ohne 
Überschwingen. Ist der Proportionalanteil zu groß, bleibt ein 
Regelfehler übrig.

In einer analogen Regelschleife wird der Proportionalanteil durch einen 
Widerstand, welcher dem Integrationskondensator in Reihe geschaltet ist 
realisiert.

Bei einer digitalen Integrator ( das kann hinter dem Phasenvergleicher 
ein up-down-Zähler sein, dessen letzten Zählerkette ein DA-Wandler 
bedient )

wird man durch geeignete Massnahmen die Phase des Oszillators 
zurückdrehen.

So hat es z.B Rohde&Schwarz in dem XKE2 gemacht. Und so habe ich es auch 
gemacht.

Übrigens wird bei mir mit abweichender Phase die die Breite eines 
Impulses auf der 1,25KHz Ebene bestimmt. Diese wird mit den 10MHz aus 
dem VCXO verknüpft. Dadurch entstehen bei abweichener Phase Impulspakete 
mit 10MHz Schwingungen, welche um so breiter werden , je größer die 
Abweichung der Phase zwischen DCF und runtergeteilten VCXO ist. Diese 
Impulspakete gehen bei mir auf den up-Down Counter, der natürlich 
integriert.

aus dem up-Downcounter wird dann sowohl der DA-Wandler für die VCO 
Spannung bedient, als auch weiter vorher die Regelspannung für den 
Phasenschieber, welche direkt hinter dem OCXO sitzt.

Die Stelle in der Zählerkette, wo ich die Phasenschieberkorrektur 
abnehme bestimmt die Größe des Proportionalanteils Die Länge der 
Zählerkette die Integrationszeit, welche in meinen Fall rund 1000 Sek 
beträgt.

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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Ralph B. schrieb:

> Michael M. schrieb:
>> Geplant: Zusätzliche ALC des Eingangs-FETs.
>
> würde ich nicht machen, ist auch nicht nötig, da dieser Verstärker kaum
> zu übersteuern ist.

Die Großsignal-Eigenschaften machen mir wenig Sorge.
Die Idee dahinter ist, dem Q-Filter einen einigermaßen konstanten Pegel 
anzubieten.
Kleine Richtigstellung: Ich hatte die ALC zwischen FET und folgendem 
Kaskode-Transistor vorgesehen.

Da ich das erste Mal in dieser Form konfrontiert bin und ich mich noch 
nicht genügend eingelesen habe...

Fragen an deine und eure Erfahrung und Wissen:

Was bereitet mehr Phasenverschiebung:
a) Das Q-Filter mit sprunghafter Änderung des Pegels oder
b) eine schnelle Änderung der Verstärkung einer analogen Stufe?
__

> 60db Verstärkung werden vermutlich nicht ausreichen.
>
> Aber was dabei bleibt, du must die Absenkungen auf 25% während der
> digitalen Übertragung weg bekommen. Da bleibt dann doch nur
> Begrenzerverstärker.

Noch Jitter-Armut:
Besser Begrenzer-Verstärker (Annahme, dass die 60dB ausreichend >wären<)
oder ein schneller Komparator (sowieso geplant)?
___

> Oder man macht die Regelung des TCA440 so schnell, das diese die
> Absenkungen ausregelt. Allerdings hast du deine Sekundenimpulse dann
> nicht mehr.

Die Richtspannung ist ja im Moment des Pegelsprungs trotzdem vorhanden, 
mit ihrem resultierenden Sprung...
____


> Ansonsten must du die Regelung des TCA440 so langsam machen, das keine
> Phasenmodulation daraus entsteht. Also Regelzeitkonstanten von mehreren
> Sekunden.

Klar; das ist technisch ja kein Problem.

Michael

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> Kleine Richtigstellung: Ich hatte die ALC zwischen FET und folgendem
> Kaskode-Transistor vorgesehen.

Da würde ich gerade nicht eingreifen.

Der Eingasfet ( in Sourceschaltung )  hat einen großen 
Eingangswiderstand und einen mittelhohen Ausgangswiderstand.

Der nachfolgende BC546 ( Basisschaltung ) hat einen extrem niedrigen 
Eingangswiderstand und einen mittleren Ausgangswiderstand.

Der Vorteil dieser Kaskodenschaltung ist das der Eingangsfet nahezu auf 
einen Kurzschluss arbeitet. Die Drainspannung bleibt extrem klein. 
Dadurch ist der Eingang des Fets extrem Grossignalfest. Erst der BC546 
macht Verstärkung. Der bestimmt letztendlich den maximalen Pegel welche 
am Collektor auftrten darf. Das sind immerhin einige hundert Milivolt, 
wo das Quarzfilter allmählich seine Aussteuergrenze findet.

Der zweite Vorteil ist, das auf Grund des niedirgen Eingangswiderstand 
der Basisschaltung von wenigen Ohm die Kapazität des Koaxkabels 
praktisch keine Rolle mehr spielt.

Michael M. schrieb:
> Was bereitet mehr Phasenverschiebung:
> a) Das Q-Filter mit sprunghafter Änderung des Pegels oder
> b) eine schnelle Änderung der Verstärkung einer analogen Stufe?

Einde Phasenverschiebung entsteht nicht durch eine Pegeländerung. Eine 
Pegeländerung wäre allenfalls eine Folge der Phasenverschiebung.
Das aber auch nur wenn man die Flanke eines Filters erwischt.

Da das DCF77 Signal idealerweise in der Mitte also im flachen Teil der 
Durchlasskurve liegt, entsteht hier auch keine aussteuerungsabhängige 
Phasenverschiebung. Eine Phasenverschiebung zwischen Ein und Ausgang 
entsteht durch die Signallaufzeit des Filters, welche aber hier keine 
Rolle spielt, solange die Signallaufzeit innerhalb der Durchlasskurve 
sich nicht nennenswert ändert.

Michael M. schrieb:
> Noch Jitter-Armut:
> Besser Begrenzer-Verstärker (Annahme, dass die 60dB ausreichend >wären<)
> oder ein schneller Komparator (sowieso geplant)?

60db werden nicht ausreichen. Ich habe so um die 120db Verstärkung 
insgesamt.

Auch ein Komperator hat Jitter, welches dir in die Suppe spucken.

Es gibt glaube ich noch ein Verfahren, durch mehrmaliges Quatrieren ( 
also multiplizieren mit sich selbst ) des Signales um die Modulation weg 
zu bekommen. Da müste ich mich aber selbst auch einlesen.

Ob das zielführend ist weis ich momentan nicht.

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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Ralph B. schrieb:
> Der Vorteil dieser Kaskodenschaltung ist das der Eingangsfet nahezu auf
> einen Kurzschluss arbeitet. Die Drainspannung bleibt extrem klein.
> Dadurch ist der Eingang des Fets extrem Grossignalfest. Erst der BC546
> macht Verstärkung.

Das hatte ich auch gemessen, nämlich am D des FET fast nichts. :-O
Momentan fließen in der Kaskode 10mA und U-DS liegt bei gut 3-4V.


> Der bestimmt letztendlich den maximalen Pegel welche
> am Collektor auftrten darf. Das sind immerhin einige hundert Milivolt,
> wo das Quarzfilter allmählich seine Aussteuergrenze findet.

Einige hundert mV sind es noch nicht (>100), aber da habe ich noch ein 
wenig Reserve. Tagsüber, also mit relativ niedriger Feldstärke 
ermittelt.
Der Wert für die Austeuerungsgrenze ist gut zu wissen...


> Eine Phasenverschiebung entsteht nicht durch eine Pegeländerung.
...
> Da das DCF77 Signal idealerweise in der Mitte also im flachen Teil der
> Durchlasskurve liegt, entsteht hier auch keine aussteuerungsabhängige
> Phasenverschiebung.
Das wusste ich nicht, dass es nicht vom Pegel abhängig ist, danke.


>> Noch Jitter-Armut:
>> Besser Begrenzer-Verstärker (Annahme, dass die 60dB ausreichend >wären<)
>> oder ein schneller Komparator (sowieso geplant)?
>
> 60db werden nicht ausreichen. Ich habe so um die 120db Verstärkung
> insgesamt.

Ich sollte hinter Q-Filter(n) samt Pufferstufe >hoffentlich< mit max. 
ca. 100mV ankommen, aber 10mV könnten auch reichen..
F. Krug (UKW-Berichte) sagt, dass der TCA440 ab ca. 200mV 
Eingangsspannung ..."verursacht Phasenmodulation der Sekundenpulse"...

> Auch ein Komperator hat Jitter, welches dir in die Suppe spucken.

Ja, natürlich bekannt.

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> Einige hundert mV sind es noch nicht (>100), aber da habe ich noch ein
> wenig Reserve. Tagsüber, also mit relativ niedriger Feldstärke
> ermittelt.
> Der Wert für die Austeuerungsgrenze ist gut zu wissen...

Bei mir ist das empfangene Signal am Kollektor des BC546 etwa 10mVeff.

Es sind bis zur Aussteuerungsgrenze also noch gut 30db an Reserve.

Die benötigt man aber auch. Denn Störsignale ( welche ja erst vom 
Quarzfilter unterdrückt werden ) können viel stärker sein als das 
Nutzsignal.

Diese dürfen aber die kaskodestufe nicht überteuern, sonst tritt 
Phasenmodulation des Nutzsignales ein.

Hinter dem Quarzfilter ist das Nutzsignal nur einige mV groß.

Hier muss also kräftig verstärkt werden, wenn man mit Hilfe von 
Begrenzung die Amplitudenmodulation los werden will. Da reichen 
zumindest bei mir 60db Verstärkung nicht aus.

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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