Forum: HF, Funk und Felder DCF-Disziplinierung eines OCXO - Re-Design (Rev. II)


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von Michael M. (michaelm)


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Moin,

ich setze hier das ursprüngliche Thema 
(Beitrag "Projekt: DCF-Disziplinierung eines OCXO - mal ein anderes, digitales Konzept") in einem neuen Faden 
fort; es wird sonst zu unübersichtlich. Hier nun die Vorstellung des 
Re-Designs mit der Bitte um Korrekturen, Verbesserungsvorschläge und 
sonstige positive wie negative Kritik. Es gelten die gleichen Vorgaben, 
dass kein uC und/oder sonstige programmierbare Teile zum Einsatz kommen 
werden.
Ich muss vorausschicken, dass meine Zeit zum Basteln in den letzten zwei 
Monaten sehr knapp war und noch ist; Rentnerleben halt… :-)
Dementsprechend gibt es leider noch keinen sichtbaren Fortschritt der 
Hardware. Das DCF-Empfänger-Quarzfilter lässt immer noch auf sich 
warten.

Vielen Dank an Egon D. im Vorgängerthema für die absolut berechtigte und 
qualifiziert vorgetragene Kritik, was den LW-Empfang, dessen 
Phasen-Fluktuation, lokale und andere externe Störungen angeht. Allein 
schon deswegen ist eine grundlegende Revision II von der 
DCF-Referenz-Aufbereitung nötig, die in Folge eine noch weiter reichende 
Design-Änderungen mit sich bringt. Ebenfalls Danke für deine Anmerkung, 
Zitat:
> …”Wenn es einfach wäre, würde es ja keinen Spaß mehr machen! GPS ist
> unsportlich :)”…
Das ist erneuter Ansporn für mich. :-) Also LOS !! Zunächst mal die 
Aufbereitung der Referenz; am DCF-Frontend habe ich nichts geändert.

Gegebene Fakten:
1. DCF mit seiner Tageszeit-abhängigen Phasen-Fluktuation, tagsüber im 
Mittel um +/- 0,5us, nachts bis zum Zehnfachen des Wertes. Einhergehend 
damit treten deutliche Feldstärkeschwankungen auf. Nachts ist die 
Empfangs-Feldstärke zwar im Mittel um Einiges höher, jedoch mit 
erheblichem Fading behaftet, u.U. ist auch eine Total-Auslöschung 
möglich.
2. Kurzzeit-Störungen des Empfangs: Zündfunkenstörungen o.ä. (wenige 
Sek.) und Senderausfälle (etliche Min.) können zum Ausbleiben von 
Trägerimpulsen führen oder zusätzliche Falschimpulse (Nulldurchgänge) 
erzeugen.

Forderungen an die Referenz und Ziele:
1. Es MUSS ein >stabiles< und möglichst genaues Signal mit 77,5 kHz her, 
das nicht von „ätherischen” Störungen beeinflusst wird oder werden kann. 
Genau ist die DCF-Frequenz ja, aber leider mit Ausbreitungs-Störungen 
und Phasenschwankungen behaftet.
2. WENN es die „Kurzzeit”-Stabilität des angebundenen OCXO zulässt, 
sollte eine exakte Nachführung möglichst nur tagsüber stattfinden. 
Nachts würde sie die tagsüber mühsam erarbeitete, relativ konstante 
Phasenlage des OCXO wieder zunichte machen und ihn in der Phase 
verschieben. Am Morgen des folgenden Tages geschähe das in umgekehrter 
Weise. :-(

Maßnahmen:
a) Bessere, sensiblere Trägerausfall-Erkennung:
Es wird jetzt nicht mehr das Ausbleiben des DCF-Sekunden-Impulses als 
Kriterium genommen.
Die Trägerfrequenz wird nun fortlaufend mir einem Missing-Puls-Detektor 
überwacht, der alle ca. 7us (Halbperiode DCF) und natürlich auch evtl. 
auftretende lokal generierte Kurzzeit-Störungen erfasst. Solche 
Ereignisse brechen sofort die laufende Phasenmessung ab.
b) Das Erzeugen einer „Tochter”-Frequenz durch sprichwörtliches 
Auszählen empfangener Träger-Pulse wird nicht mehr verfolgt. So gibt es 
hier eine Fehlerquelle weniger.
An diese Stelle tritt ein richtiger Tochter-Oszillator. Diese Tochter 
muss natürlich von DCF geführt/diszipliniert werden.

Für dieses Verfahren gibt es zwei Literaturstellen (sogenannter 
„Mitnahme”-Oszillator, MNO) und an anderer Stelle ein 
„Schwungrad”-Oszillator bzw. -PLL.

Im ersten Fall (MNO) wird er nur regelmäßig vom empfangenen Signal 
angestoßen. Der Verfasser beschreibt sein Ergebnis als ….”hervorragend” 
…sowie …„anderen Konzepten bedeutend überlegen”…  Tatsächliche 
(Vergleichs-)Messungen lagen jedoch möglicherweise nicht vor bzw. wurden 
nicht erwähnt oder veröffentlicht. Daher wurde dieses Thema  nicht 
weiter verfolgt.
Im zweiten Fall („Schwungrad”, Autor ist Jochen Jirmann) ist darüber 
leider keine Dokumentation im Netz auffindbar.
__________

Konsequenz:
Wie misst man (anerkannt professionell) die Phasenlage zweier Signale 
hochgenau? Möglich ist das einem DMTD-System (= Dual Mixer Time 
Difference). Das Verfahren erlaubt es, die zeitliche Auflösung einer 
Differenz-Messung um einige/etliche 10er-Potenzen zu erhöhen. Das 
Prinzip ist recht einfach; es wurde u.a. auch in der Doku von Ulrich 
Bangert beschrieben. Mehr dazu folgt…

Beschreibung:
Ein hochstabiler Oszillator (VCO, TCVCO) an Bord mit wenig Rauschen und 
Jitter läuft mit 77,5 kHz parallel zum empfangenen DCF-Signal und ist 
daher 24/7/365 quasi störungsfrei verfügbar.

Der Träger des DCF steht zum Vergleich bereit. Glücklicherweise bietet 
das DCF-Signal auch Pseudo-PM-freie Zonen mit gleichzeitiger 100% 
Träger-Amplitude.
Jedem Sekundenimpuls mit einer logischen Daten-Null folgen 100 ms mit 
PM-freiem 100%-Träger. Dies kommt pro Minute etwa >= 20 Male vor. Am 
Minutenende stehen wegen der fehlenden 60. Sek.-Marke stehen  >ganze 
zwei Sekunden< lang diese optimalen Verhältnisse an.
Wenn man diese „sauberen” Zeitfenster berücksichtigt, kann man im 
Gegensatz zu den oft üblichen und verbreiteten 2.500 
Hz-Synchronisationen eine Menge gewinnen, denn die Pseudo-PM kann die 
Genauigkeit hier NIE beeinflussen, sprich einen heftigen Jitter auf der 
Regelspannung zu hinterlassen.

Das Umschiffen der Pseudo-PM für die exakte Messung geschieht, indem das 
Messfenster einerseits innerhalb der 100%-Trägeramplitude (nach der 
Übertragung einer Daten-Null mit 100ms Länge) startet und nach der 
Pseudo-PM (Zeitraum 7ms) enden lässt. Die Dauer der Messzeit ist so mit 
minimal >800ms und maximal  <897ms festgelegt. In diesem Fenster können 
dann zwischen ca. 62.000 und 69.500 DCF-Perioden vermessen werden.

Der Tochter-VCO: Aufgrund eines anderen Themas im Forum wurde ich auf a) 
Wienbrücke und alternativ b) State Variable Oszillator als VCO 
aufmerksam.
Die Temperaturstabilität des VCO sollte eine mit sorgfältigem Aufbau und 
Fleiß lösbare Aufgabe sein.

Die beiden Signale mit 77,5 kHz werden nun mit einem 
„Transfer”-Oszillator mit sehr geringem Versatz (ca. 77,520 kHz) in den 
Audio-Bereich heruntergemischt. Zwei Ringmischer (DBM) erledigen das, 
und als „ZF” erhält man zwei Signale mit etwa 19,x Hz, deren Phasenlage 
später gegeneinander ausgezählt wird. Vorher erfolgt noch eine weitere 
Teilung beider ZF-Signale durch 32 auf gut 0,6 Hz, damit genau eine 
Halbperiode von diesen ZFs in das festgelegte Zeitfenster passt.
Der Phasenunterschied der beiden ist ein genaues Abbild dessen der 
beiden 77,5 kHz-Ausgangssignale, nur dass sich das Bild wie durch eine 
zeitliche Lupe mit fast 8.000-facher Vergrößerung darstellt.
Es folgt je eine Pulsformerstufe und dann ein passend getakteter (< 5 
kHz) synchroner Binärzähler, wobei der eine Kanal den Zähler startet und 
der andere ihn anhält. Der Zähler bedient mit seinen Ausgängen einen 
12-Bit-DAC. An dessen Ausgang (+ I-U-Wandler) steht hier eine 
Gleichspannung an, die in ihrem Wert genau der Phasenabweichung der 77,5 
kHz-Signale entspricht. Nach Passieren eines analogen PI-Reglers hat man 
die Korrekturspannung für den VCO und das Ziel erreicht.
__________

Anmerkungen:
Das Mess-Zeitfenster ist mit 825,6xxx ms festgelegt. So wird in einem 
Messzyklus über genau komplette 63.984 DCF-Perioden der Mittelwert 
gebildet.
Die 59. und 60. Sekunde bleiben dem Vergleich des 10 MHz-OCXO 
vorbehalten.
Der Transfer-Oszillator ist in diesem Fall der bordeigene OCXO; nach 
Teilung durch 129 liefert er die 77,5 kHz mit der Ablage von ca. 20 Hz. 
Alternativ könnte man einen XO (z.B. 27,125 MHz / 350) nehmen, aber der 
OCXO ist mit Sicherheit stabiler.
Noch ist nicht sicher gestellt, ob die Mischer mit je einem IE-500 
bestückt werden. Wenn der RF-/LO-Arbeitsbereich nicht locker bis zur 
DCF-Frequenz herunterreichen sollte, muss eine Alternative her. 
Ergebnisse folgen.
Die Auflösung der Messung beträgt derzeit 3,15 exp(-9) +/- 1 Digit, wenn 
ich mich nicht verrechnet habe.
Ich bin noch nicht sicher bzw. habe kein Gefühl dafür, ob die minimale 
Schrittweite der VCO-Regelspannung i.H.v. 1,22 mV (mit 12 Bit DAC) 
ausreicht oder ich noch einen Schritt weiter gehen kann/sollte/müsste 
(16 Bit DAC). Damit wäre die Schrittweite nur noch 150 uV; ich weiß 
nicht, ob das evtl. schon im Rauschen der Regelspannung untergeht oder 
nicht.

Michael

: Bearbeitet durch User
von oohhh weh (Gast)


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Michael M. schrieb:
> es wird sonst zu unübersichtlich.

Ja, vor lauter Auseinandersetzung mit der Materie hast du die
Übersicht verloren, denn sonst würdest du nicht so ein Block-
schaltbild abliefern.

- Was soll die viele heisse Luft oberhalb und unterhalb?
- Warum wird das ein JPEG Format, das für ein Blockschaltbild
äusserst ungeeignet ist?

von oohhh weh (Gast)


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oohhh weh schrieb:
> - Warum wird das ein JPEG Format

Ok, ok, das mit dem JPEG nehm ich zurück ....
.... das macht die Forensoftware.

von Joggel E. (jetztnicht)


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Allenfalls mal das Datenblatt des AD9548 oder aehnlich anschauen, der 
macht schon einen huebschen Teil davon. Der kann Signale so langsam wie 
1 Hz, zB GPS als Referenz fuer einen gelockten Oszillator verwenden. Der 
Chip selbst hat auch schon einen Oszillator drin, welche Stratum 2 im 
Holdover macht. Stratum2 im Holdover bedeutet besser wie 16ppb 1 Jahr, 
resp 0.1ppb in 24 Stunden falls die Referenz wegfaellt. Sonst macht er 
Stratum 3, 370ppb in 24 Stunden. Den OCXO kann man als Quelle verwenden.

von Michael M. (michaelm)


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Moin Joggel,

dieser Tausendfüßler braucht ja zum "Steuern/Bedienen" erst mal eine 
SPI/I2C-Schnittstelle von außen.
Hab' überhaupt KEINEN uC an Bord dieses Systems. Kommt MIT SICHERHEIT 
auch nicht...

Ist ja nett, was der alles hat und kann; geschätzt sind davon etliche 
(einige zig) Prozent für meine Anwendung schier überflüssig, oder?

Schön viel Daten auf dem Papier, die ich auf die Schnelle nicht 
interpretieren kann und wahrscheinlich erst nach einem halben Jahr 
Einarbeitung zu deuten weiß...
Du meinst hoffentlich nicht, das ich mir deswegen ein Entwicklungs-Board 
kaufe, um den Umgang mit ihm zu lernen, zu üben und zu verstehen? Kostet 
ja mal eben nur 200 Kracher...

Joggel E. schrieb:
> ... Stratum2 im Holdover bedeutet besser wie 16ppb 1 Jahr,
> resp 0.1ppb in 24 Stunden falls die Referenz wegfaellt. Sonst macht
> er Stratum 3, 370ppb in 24 Stunden....

Hört sich erst mal dramatisch "cool" an. Wir sprechen also z.B. von 
1exp(-10) @ 24h bzw. 3,7exp(-7) @ 24h, richtig?

Meine Auflösung liegt momentan bei >3exp(-9) @ 1 Sek. (!) und wird 
(hoffe) mit recht einfachen Mitteln noch um eine Größenordnung 
verfeinert.
Das heißt natürlich (noch) nicht, dass die Stabilität des OCXO nachher 
genauso liegt. Das Zielgebiet (10exp(-11) @ 24h) ist aber da schon 
nah...

Sorry, ich werde dafür nicht ein Mehrfaches an Geld UND vor allem Zeit 
investieren. ;-)

von Joggel E. (jetztnicht)


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Haett ja auch eine Anregung sein koennen.

> Hab' überhaupt KEINEN uC an Bord dieses Systems. Kommt MIT SICHERHEIT
auch nicht...

Dafuer verlangst du aber schoen was an Funktionalitaet. Wie 
tageszeitabhaengige Aussetzrate... und extrem lange Zeitkonstanten. Das 
soll alles mit ein paar Gattern und Analogik gemacht werden ?

von Michael M. (michaelm)


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Joggel E. schrieb:
> Dafuer verlangst du aber schoen was an Funktionalitaet.
Ein von LW-Ausbreitungsbedingungen unabhängiges Ref.-Signal fordert eben 
ein paar Maßnahmen (oben beschrieben). So schwierig sind die und die 
sonstigen Forderungen nicht zu erfüllen.
Wenn ich nur ein paar zeitkritische Signale für Funktionen bereitstellen 
muss, sehe ich keinen Bedarf für einen uC. Das kann ich auch mit ein 
wenig Nachdenken elegant lösen.

> ...tageszeitabhaengige Aussetzrate...
Ist auch beschrieben. Gegenmaßnahme: Man nimmt eben den Zeitraum, in dem 
(außer Senderausfall) keine oder nur kaum Störungen zu erwarten sind.

> ...und extrem lange Zeitkonstanten....
Die vorher sehr langen Mittelungszeiten werden mit Sicherheit ein 
Stückchen kürzer, weil mit diesem Verfahren ein relevanter Messwert 
schneller vorliegt.
Ich hatte mir ja sagen lassen müssen, dass ich (den OCXO betreffend) 
sinngemäß "weit über 90% der Zeit wegschaue", um dann einen einzigen 
Vergleich zu machen.
Da stehe ich immer noch zu. Prinzipiell werden (Größenordnung) 100s 
Mittelungszeit immer noch gebraucht, sonst regelt die PLL sich zu Tode 
(z.B. im Sekundentakt) und es kommt eine im Mittel zu große 
Ph.-Abweichung raus. Die quasi "tödlichen" Vergleiche mit Pseudo-PM im 
2.500Hz-Takt habe ich ja bereits ausgeschlossen. Das ist schließlich 
Jitter auf dem OCXO, den ich nicht haben will.

> Das soll alles mit ein paar Gattern und Analogik gemacht werden ?
Ja, anhand des Blockschaltbildes ist der doch relativ geringen Aufwand 
erkennbar, auch wenn noch ein paar andere Käferchen drumherum für die 
Funktion nötig sind. Für die Anbindung des OCXO sind dann Teile hiervon 
mit nutzbar.
Es geht primär erst mal um's Prinzip.
Das dort oben werden überschaubare ca. 20 ICs incl. Kleinkram. Ist das 
schlimm?

Der von dir vorgeschlagene "Professor" erfordert ja auch noch einiges an 
Peripherie...

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Da mußt du ja ständig umbauen beim Entwickeln. Wie wäre es mit einem 
FPGA oder einem Cypress PSoC ?

von Volker M. (antennensimulation)


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Michael M. schrieb:
> Meine Auflösung liegt momentan bei >3exp(-9) @ 1 Sek.

Auflösung schon und gut, aber wie passt das zu den von dir genannten 
0.5µs Jitter (im günstigen Fall) des empfangenen Nutzsignals?

von Harald W. (wilhelms)


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Michael M. schrieb:

> Gegebene Fakten:
> 1. DCF mit seiner Tageszeit-abhängigen Phasen-Fluktuation, tagsüber im
> Mittel um +/- 0,5us, nachts bis zum Zehnfachen des Wertes. Einhergehend
> damit treten deutliche Feldstärkeschwankungen auf. Nachts ist die
> Empfangs-Feldstärke zwar im Mittel um Einiges höher, jedoch mit
> erheblichem Fading behaftet, u.U. ist auch eine Total-Auslöschung
> möglich.
> 2. Kurzzeit-Störungen des Empfangs: Zündfunkenstörungen o.ä. (wenige
> Sek.) und Senderausfälle (etliche Min.) können zum Ausbleiben von
> Trägerimpulsen führen oder zusätzliche Falschimpulse (Nulldurchgänge)
> erzeugen.

Wenn Du Glück hast könntest Du durch Anruf bei der PTB einen
passenden Fachmann für diese Probleme an die Strippe bekommen.
Die emfangen ja auch das DCF-Signal aus ca. 300km Entfernung
und werten es aus. Die Uhr zur Steuerung des Senders steht ja
schliesslich in Mainflingen und nicht in Braunschweig. Sie kann
allerdings per Fernsteuerung von BS aus beeinflusst werden.

von Michael M. (michaelm)


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Abdul K. schrieb:
> Da mußt du ja ständig umbauen beim Entwickeln.

Ist doch besser, als wenn ich nachher beim Löten ständig umbauen muss 
und mir vorher schließlich doch nicht benötigte Teile besorgt habe, 
oder? :-)

Das Ursprungsthema war doch schon sehr fruchtbar für mich; dafür bin ich 
sehr dankbar ! Es hat gezeigt, wo die kardinale Schwäche(n) lag(en) und 
das ist gut so. Immerhin wertet dieses Konzept nun die Phasenlage aus, 
auf die es schließlich ankommt und nicht irgendwelche Frequenz(en).

Nein, FPGA kommt nicht rein, sorry..
_______

Volker M. schrieb:
> Auflösung schon und gut, aber wie passt das zu den von dir genannten
> 0.5µs Jitter (im günstigen Fall) des empfangenen Nutzsignals?

Die +/-0,5us sind ja immerhin fast 3,9exp(-2), schon heftig.
Das geht nur per Mittelung über die Zeit. Ich habe ja derzeit leider 
noch keine Info, wie schnell tatsächlich diese Phasenabweichung hin oder 
her wandert, sicherlich einige (zig?) Male pro Stunde. Vielleicht könnte 
Ralph Berres dazu etwas sagen, denn er besitzt ja seine DCF-Synchro 
noch. Eventuell hat er es schon mal berichtet und ich habe es nicht in 
Erinnerung.
Ich selbst kann das erst beurteilen, wenn das Projekt mit einem guten 
OCXO läuft.
__________

Harald W. schrieb:

> Wenn Du Glück hast könntest Du durch Anruf bei der PTB einen
> passenden Fachmann für diese Probleme an die Strippe bekommen.

Meinst du, er kann mir Tips geben, wie ich den empfangenen Jitter 
vermeiden kann? Ich fürchte nicht; da steckt er auch nicht drin.
Umziehen in die unmittelbare Nähe von Mainflingen, ja.... ;-))

von Joggel E. (jetztnicht)


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Nun, der Jitter ist da, und wird rausgemittelt. Du nimmst den OCXO und 
laesst einen Zaehler damit laufen. Du latchst jede Nachricht, welche mit 
den 77.5kHz kommt.
Bedeutet auf 10'000'000 counts OCXO kommen 77500 counts des DCF. Der 
Jitter kann bis zu 0.5us, oder 5 counts sein. Jetzt immer weiter 
zaehlen, der Jitter wird bei laengerer Betrachtung immer kleiner. 
Fehlende Nachrichten verwerfen.
Sportlich sowas ohne Controller machen zu wollen...

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Ich wohne so 420km entfernt vom Sender. Hier kann man schön die 
zeitweise Überlagerung beider Ausbreitungswellen beobachten. Mal 3 
Stunden volles Signal und dann wieder ne Stunde abnehmend bis es 
praktisch ganz verschwindet. Dann kommt es wieder langsam hoch und nur 
Gott weiß welche absolute Phasenlage es dann neuerdings hat.
Genauso wie bei GPS dokumentiert, würde ich auch hier die Regelmäßigkeit 
im 24h Zyklus versuchen zu nutzen. Dafür muß dein Oszillator aber auch 
entsprechend lange durchhalten.

Eventuell keine Ferritantenne, sondern eine vertikale Whipantenne. 
Könnte sein, daß es da viel weniger Störungen gibt.

von Michael M. (michaelm)


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Joggel E. schrieb:
> Nun, der Jitter ist da, und wird rausgemittelt.
Welchen meinst du jetzt, den empfangsbedingten denke ich? Der 
PM-bedingte tritt nicht mehr auf.

> Du nimmst den OCXO und laesst einen Zaehler damit laufen.
> Du latchst jede Nachricht, welche mit den 77.5kHz kommt.
Ist das jetzt Interpretation oder ein Vorschlag von dir?
Ich latche keine Nachricht (was du auch immer mit dem Begriff meinst, 
Nulldurchgang, Sekundenimpuls, oder..??).
Ich betrachte und messe nur den Phasenversatz zwischen DCF-Mutter und 
DCF-Tochter anhand ihrer Nulldurchgänge.

> Bedeutet auf 10'000'000 counts OCXO kommen 77500 counts des DCF. Der
> Jitter kann bis zu 0.5us, oder 5 counts sein.
Bezogen auf was und welchen Zeitraum?

 t=0 : Phase= 0us
 t=1 (zB 1 einzelne Periode später): Phase= +0,5us. Abweichung also ca. 
4%. :-O
 t=n : Phase = +0,5us; Abweichung im Mittel 0,5us / Anzahl der Perioden 
von t=0 bis t=n. Mittelwert also entsprechend kleiner.
Wo kommen deine 5 cts her?

> Fehlende Nachrichten verwerfen.
Nochmal Interpretation oder Vorschlag? a) Es fehlt im Regelfall keine 
Nachricht, da die DCF-Tochter nicht mit Störungen daher kommt. Also 
verwerfe ich auch nichts.
_________

Abdul K. schrieb:
> Ich wohne so 420km entfernt vom Sender. Hier kann man schön die
> zeitweise Überlagerung beider Ausbreitungswellen beobachten. Mal 3
> Stunden volles Signal und dann wieder ne Stunde abnehmend bis es
> praktisch ganz verschwindet. Dann kommt es wieder langsam hoch und
> nur Gott weiß welche absolute Phasenlage es dann neuerdings hat.
> Genauso wie bei GPS dokumentiert, würde ich auch hier die
> Regelmäßigkeit im 24h Zyklus versuchen zu nutzen.
Deswegen setze ich -s. Beschreibung- darauf, nur Tagsüber zu 
synchronisieren. Die Phasenschwankungen sind in der Nacht ja leider 
unterirdisch groß.

> Dafür muß dein
> Oszillator aber auch entsprechend lange durchhalten.
Ja, es kommt natürlich auf die "Kurzzeit"stabilität der Oszillatoren an. 
Zunächst ist hier die der DCF-Tochter zu betrachten. Später dann der 10 
MHz-OCXO.

Ich weiß nicht, ob eine Whip.-A. das richtge ist. Wie lang wäre die? 
Ich habe nur endlich Platz ..

von Harald W. (wilhelms)


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Abdul K. schrieb:

> Eventuell keine Ferritantenne, sondern eine vertikale Whipantenne.

Man könnte ja auch eine senkrechte  λ/4 Antenne nehmen...
:-)

von Michael M. (michaelm)


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@ Harald,

ja, warum bin ich darauf bloß noch nicht gekommen? :-D

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Die vertikale Antenne wäre natürlich eine übliche elektrische Feldsonde, 
nicht resonant, also JFET.

Bzw  gibt ein Patent mit einem LT1028 realisiert.


Bei GPS werden topfenförmige Antennen realisiert, die 
Mehrfachwegeempfang unterdrücken. Bei DCF77 so sicherlich 
unrealisierbar, da dann riesig.

von Michael M. (michaelm)


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Lass mal gut, sein. An meiner Ferritantenne messe ich tagsüber ziemlich 
konstant 40-55 mV-SS und bin damit erst einmal recht zufrieden.

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> Ralph Berres dazu etwas sagen, denn er besitzt ja seine DCF-Synchro
> noch. Eventuell hat er es schon mal berichtet und ich habe es nicht in
> Erinnerung.

Ich habe einen digitalen Integrator in Form einen Auf-Abwärtzzähler.

Der Phasenvergleicher besteht aus zwei Flip-Flops, welche im 1,2KHz 
Abstand konstante Impulse liefern, dessen Breite mit der Phasendifferenz 
größer wird.
je nach Richtung der Phasenabweichung liefert entweder der eine 
Flip-Flop impulse zum abwärtzzählen, oder der andere Flip-Flop Impulse 
zum aufwärtszählen. Diese Impulse werden mit dem 10MHz OCXO mit einen 
Undgatter verknüpft und gehen auf einen Auf-Abwärtzzähler. Die letzten 
16 Bit der Zählerkette gehen auf den DA-Wandler, welches die 
Abstimmspannung für den VCXO erzeugt.

Das heist je größer die Phasenabweichung ist, desto mehr 10MHz Perioden 
gehen alle 800us auf die Zählerkette. Die Zählerkette ist also ein 
Integrator.

Da dieses ganze Konstrukt jetzt mit dem VCXO einen 
state-Vario-Oszillator bilden würde , wird in der Mitte der Zählerkette 
Zählimpulse abgegriffen, welches einen Phasenschieber steuert, und somit 
den P-Anteil erzeugt.

Der Phasenschieber ist hinter dem VCXO geschaltet.

Das ganze kann man nachlesen unter
http://df6wu.de/Bauanleitungen%20Messtechnik/DCF-Frequenznormal/
Hier die ganzen Texte mit der Endung RTF anschauen.
Alle Dateien mit der Endung sh.tif sind Schaltbilder

Wenn ich das 10MHz Signal aus dem DCF Normal mit Sinussignal aus dem 
Rohde&Schwarz Rubidiumsignal oder dem GPS Frequenznormal mit Hilfe von 
einer Lissajous Figur auf dem Oszillografen vergleiche, dann braucht es 
ca 10 Minuten bis es einmal im Kreis gelaufen ist.

Ralph Berres

von Ralph B. (rberres)


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Abdul K. schrieb:
> Gott weiß welche absolute Phasenlage es dann neuerdings hat.
> Genauso wie bei GPS dokumentiert, würde ich auch hier die Regelmäßigkeit
> im 24h Zyklus versuchen zu nutzen. Dafür muß dein Oszillator aber auch
> entsprechend lange durchhalten.

Das geht schon. Aber nur, wenn man einen Rubidiumnormal mit DCF 
diszipliniert. Die Regelzeitkonstante muss dann 24 Stunden und länger 
betragen.

Das stabil zum laufen zu bekommen , ist eine echte Herausforderung.

Belohnt wird das ganze dann mit der Stabilität, welches das 
Rubidiumnormal über einen Zeitraum von 24 Stunden liefert.

Das könnte durchaus 10exp-11 oder wenn man Glück hat sogar 10exp-12 
sein.

Aber mal ehrlich. Wer benötigt sowas ernsthaft, auser sein Gewissen zu 
beruhigen?

Man sollte die Kirche im Dorf lassen.

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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Ralph B. schrieb:
> Wenn ich das 10MHz Signal aus dem DCF Normal mit Sinussignal aus dem
> Rohde&Schwarz Rubidiumsignal oder dem GPS Frequenznormal mit Hilfe von
> einer Lissajous Figur auf dem Oszillografen vergleiche, dann braucht es
> ca 10 Minuten bis es einmal im Kreis gelaufen ist.

Danke Ralph für deine Beschreibungen, die mir ja aus unseren Nachrichten 
und Gesprächen miteinander bestens bekannt sind.

Hattest du auch einmal DCF direkt mit Rb verglichen, d.h. wie weit das 
empfangene Signal in der Phase um den Sollwert schwankt und wie schnell 
sich diese Exkursionen wiederholen? Also ohne den OCXO inbegriffen?

Michael

von Harald W. (wilhelms)


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Michael M. schrieb:

> Hattest du auch einmal DCF direkt mit Rb verglichen,

Rubidium ist m.W. kein primäres Normal,
sondern kann abgeglichen werden. Deshalb
macht ein Vergleich da keinen Sinn.

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> Hattest du auch einmal DCF direkt mit Rb verglichen, d.h. wie weit das
> empfangene Signal in der Phase um den Sollwert schwankt und wie schnell
> sich diese Exkursionen wiederholen?

ja habe ich. Siehe

Ralph B. schrieb:
> Wenn ich das 10MHz Signal aus dem DCF Normal mit Sinussignal aus dem
> Rohde&Schwarz Rubidiumsignal oder dem GPS Frequenznormal mit Hilfe von
> einer Lissajous Figur auf dem Oszillografen vergleiche, dann braucht es
> ca 10 Minuten bis es einmal im Kreis gelaufen ist.

Michael M. schrieb:
> Also ohne den OCXO inbegriffen?

wie soll das ohne den OCXO gehen?

Das runtergeteilte DCF77 hatte ich auch mal mit dem empfangenen Signal 
verglichen, doch hätte das Stunden gedauert, bis man was gesehen hätte.

Ralph Berres

von Ralph B. (rberres)


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Harald W. schrieb:
> Rubidium ist m.W. kein primäres Normal,
Das ist zwar richtig.

> sondern kann abgeglichen werden. Deshalb
> macht ein Vergleich da keinen Sinn.

Doch es macht schon Sinn, weil 10exp-10 sind bei einen Rubidiumnormal 
immer drin. Zumindest dann , wenn noch nicht wild dran gekurbelt wurde, 
und das Teil noch im Originalzustand sich befindet.

Ralph Berres

von Harald W. (wilhelms)


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Ralph B. schrieb:

> Doch es macht schon Sinn, weil 10exp-10 sind bei einen Rubidiumnormal
> immer drin.

Nun, das sind mindestens drei Grössenornungen schlechter als
das (langfristig gemittelte) DCF-Signal. Allerdings hat man
m.W. früher auch bei der Mainflingen-Uhr ein Rubidiumnormal
genommen. Das konnte man dann aber per Telefonleitung von
Braunschweig aus nachstimmen.

von Ralph B. (rberres)


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Harald W. schrieb:
> Nun, das sind mindestens drei Grössenornungen schlechter als
> das (langfristig gemittelte) DCF-Signal.

Ganz so schlimm ist es nicht.

Das DCF77 Signal ist zwar an einer Cäsium-Fontäne angebunden und hat 
deswegen ca 10exp-14 an Stabilität und maximale Abweichung am Sender.

Doch am Empfangsort kannst du froh sein wenn du mit vertretbaren Aufwand 
irgendwo bei 10exp-9 landest, die du tatsächlich nutzen kannst. 
Zumindest mit einen sehr guten Quarzofen.
Ein freilaufender Rubidiumnormal wird selten schlechter als 10exp-10 
sein eher Richtung 10exp-11 tendieren, sofern er nicht vermurkst ist.

Wenn du den Rubidium aber an den DCF77 anbindest, kannst du tatsächlich 
10exp-13 erreichen. Aber du benötigst Regelzeitkonstanten von Tage.

Das ist mit amateurmäßigen Mitteln kaum noch zu stemmen.

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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Harald W. schrieb:
> Rubidium ist m.W. kein primäres Normal,
> sondern kann abgeglichen werden. Deshalb
> macht ein Vergleich da keinen Sinn.

Moin Harald,
natürlich ist ein Rubidium kein Primär-Normal, klar.
Der Gedanke ist der, dass ein Rb-Oszillator grundsätzlich eine 
Stabilität in der Phase mit sich bringt, von der das empfangene 
DCF--Signal träumt.
Ich fände das aufschlussreich, wenn mir jemand sagt, dass die Phasenlage 
vom DCF z.B. tagsüber um 0,x us abweicht und dies mit einer sich alle x 
bis y Sekunden wiederholt.
Mehr geht also also um die Geschwindigkeit der ohnehin auftretenden 
Schwankungen, die ja am Tag ca. +/-0,5 us betragen. Die Periodizität 
könnte z.B. innerhalb weniger Sekunden (oder noch weniger) oder aber im 
Minutenbereich liegen. Je kleiner, desto besser für das Verfahren, denn 
dann habe ich eine Chance, das über die Zeit zu mitteln.

Michael

von Michael M. (michaelm)


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Harald W. schrieb:
> Nun, das sind mindestens drei Grössenornungen schlechter als
> das (langfristig gemittelte) DCF-Signal.

Ich nehme an, du beziehst das auf die Frequenz.
Hier ist jedoch die Phasenlage interessant, weil die ja kurzfristig 
schwankt.

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> Mehr geht also also um die Geschwindigkeit der ohnehin auftretenden
> Schwankungen, die ja am Tag ca. +/-0,5 us betragen. Die Periodizität
> könnte z.B. innerhalb weniger Sekunden (oder noch weniger) oder aber im
> Minutenbereich liegen. Je kleiner, desto besser für das Verfahren, denn
> dann habe ich eine Chance, das über die Zeit zu mitteln.

Bei mir war es so das wenn ich die 10MHz aus dem Rubidium ( oder aus dem 
GPS-Frequenznormal ) mit den 10MHz aus meinen DCF77 Normal verglichen 
habe, sich die Phase etwa alle 10 Minuten um 360° gewandert ist. Das 
allerdings nicht kontinuierlich sondern sie ist zwischendurch auch mal 
stehen geblieben und sogar ein Stück zurückgewandert. Das ist halt die 
Unstabilität des Quarzoszillators oder der Betriebsspannung aus der die 
Referenzspannung für den DAC abgeleitet wird. So genau habe ich das 
nicht mehr untersucht, da ich damals noch keinen Rubidiumnormal hatte.

Das DCF77 Normal ist bei mir eindeutig unstabiler als das 
Rubidiumnormal.

Ich habe aber auch nie eine bessere Stabilität als 10exp-9 angestrebt, 
weil der Aufwand für höhere Stabilitäten zu erreichen extrem viel höher 
wird, als es bei mir schon war.


Michael M. schrieb:
> Hier ist jedoch die Phasenlage interessant, weil die ja kurzfristig
> schwankt.

Integrieren heist das Zauberwort. Möglichst Zeitkonstanten von Stunden.

Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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OK Ralph,

das ist dann eine ziemlich eindeutige Aussage. Es sind also mehrere 
"Tatverdächtige".. ;-)

Michael

PS: Ich werde (hoffe, heute) noch versuchen nachzuweisen, ob meine 
IE-500 als Mischer für DCF taugen (oder auch nicht :-()...

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Michael M. schrieb:

> Ich nehme an, du beziehst das auf die Frequenz.
> Hier ist jedoch die Phasenlage interessant, weil die ja kurzfristig
> schwankt.

Die Phasenlage schwankt aber nicht im Sender, sondern die Schwankungen
passieren auf dem Übertragungsweg.

von Michael M. (michaelm)


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Ja, richtig. Und es gilt, genau die im empfangenen und aufbereiteten 
Signal zu minimieren. Deswegen...

Michael

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> Ja, richtig. Und es gilt, genau die im empfangenen und aufbereiteten
> Signal zu minimieren. Deswegen...

Das geht nur mit extremst lange Regelzeitkonstanten. Die 
Phasenschwankungen mitteln sich dann raus.

Aber wenn man nicht die volle 10exp-14 welche DCF77 theoretisch bietet 
benötigt, kommt man auch mit kürzeren Regelzeitkonstanten aus. Nur muss 
man dann die Tag-Nacht resultierende Phasenschwankungen ignorieren.

Solange die Schwankungen nicht zu schnell sind stören diese 
normalerweise auch nicht. ( Der Frequenzzähler merkt die sowieso nicht 
).

Problematisch wird es dann , wenn die Phasenschwankungszeit in den 
Bereich der Regelzeitkonstante kommt.

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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Ralph B. schrieb:
> Aber wenn man nicht die volle 10exp-14 welche DCF77 theoretisch bietet
> benötigt, kommt man auch mit kürzeren Regelzeitkonstanten aus.
Davon (14exp(-14)) kann man ja nachts träumen...
"Auf dem Teppich bleiben..." sagtest du. An die exp(-10) würden mich 
schon glücklich machen.

> Problematisch wird es dann , wenn die Phasenschwankungszeit in den
> Bereich der Regelzeitkonstante kommt.
Das kann ich mir sehr gut vorstellen.

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> An die exp(-10) würden mich
> schon glücklich machen.

Dazu benötigst du einen Quarzofen der innerhalb mehreren Stunden um 
maximal diese exp(-10) läuft. Das ist schon sehr ambitioniert.

Und du benötigst Regelzeitkonstanten von mehreren Stunden.

Das bedeutet aber auch weiterhin, das die Referenzspannung deines DACs 
ebenfalls entsprechend stabil ist.

Ralph Berres

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (michaelm)


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Ralph B. schrieb:
> Dazu benötigst du einen Quarzofen der innerhalb mehreren Stunden um
> maximal diese exp(-10) läuft. Das ist schon sehr ambitioniert.

Ich sag mal als Stichwort HP10811. Nur die derzeit aufgerufenen ca. 
180,-€ sind mir einfach etwas zu viel.

von Ralph B. (rberres)


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Michael M. schrieb:
> Ich sag mal als Stichwort HP10811.

Ich bin mir nicht mal sicher, ob der den Anforderungen für 10exp-10 
genügen würde.

Ralph Berres

von Michael M. (michaelm)


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Laut Ulrich Bangerts Angaben läuft sein 10811 (etwas wärmer eingepackt) 
mit unter 1exp(-12) @ 60s und hält <2exp(-12) @ 1000s. S-T-Diagramm ist 
in dem PDF: http://www.ulrich-bangert.de/AMSAT-Journal.pdf

Mal als Maßstab. Ich meine, ich hätte ähnliche Angaben auch schon aus 
anderen Quellen gehabt.

Michael

Beitrag #6325891 wurde von einem Moderator gelöscht.
von Michael M. (michaelm)


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So,

nachdem der IE-500 sich für 77,5 kHz als durchaus brauchbar 
herausgestellt hat, habe ich ihn mal mit Diplexer, LO-Filter und 
IF-Dämpfungsglied versehen, s. Anhang. Wenn keine Schaltungsfehler drin 
sind oder evtl. Verbesserungen nötig, kann ich das auch mal aufbauen und 
testen; ich hoffe, dass ich dann mit definitiven Pegeln aufwarten kann.

Ich habe das von AndreasK hier 
Beitrag "Re: Datenblatt IE 500 (DBM)" verlinkte Dokument 
(https://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hambladen/qex/2001/05_06/page45/index.html) 
als Grundlage genommen.

Am ZF-Ausgang werde ich wohl auf den Diplexer verzichten müssen, da bei 
ZF = 20 Hz unrealistisch hohe Induktivitäten herauskommen. Stattdessen 
fand jetzt (erst mal) ein einfacher Abschwächer mit 3 dB (oder etwas 
mehr)  Anwendung.
Vielleicht gibt es ja noch andere Möglichkeiten für den Ausgang?

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