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Atomuhren der PTB
https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_4/4.4_zeit_und_frequenz/4.42/dcf77.pdf
1 ppm (parts per million) = 0,0001% = 0,001 Promill
DCF77 Normalfrequenzsender
Mainflingen bei Frankfurt am Main
Der Zeitzeichensender DCF77 ist ein Langwellensender in Mainflingen bei Frankfurt am Main, der die meisten funkgesteuerten Uhren im westlichen Europa mit der in Deutschland geltenden gesetzlichen (Uhr-)Zeit versorgt. Die Sendefrequenz beträgt 77,5kHz.
Die Bezeichnung DCF77 ist das dem Sender zur internationalen Identifikation zugewiesene Rufzeichen.
Er ist Teil der Sendeanlagen in Mainflingen. Seine im Sekundentakt gesendeten Zeitzeichen übertragen innerhalb einer Minute entweder die mitteleuropäische Zeit oder die mitteleuropäische Sommerzeit.
Das Trägersignal von 77,5 kHz ist in Frequenz und Phasenlage mit der steuernden primären Atomuhr synchronisiert und besitzt deshalb nur geringe Abweichungen von der Sollfrequenz.
Über einen Tag sind das weniger als relativ 2 x 10−12, im Mittel über 100 Tage um weniger als relativ 2 x 10−13.
Es kann somit ohne Auswertung der Zeitinformation als Eichfrequenz für sehr genaue Hoch- und Niederfrequenzgeneratoren genutzt werden.
Quelle:
https://de.wikipedia.org/wiki/DCF77
hochkonstantes FrequenznormalDCF 77 das hochgenaue 77.500 kHz GrundsignalDCF77 Frequenznormal aus Elektor 3/87Im Heft 6/87 steht als Korrektur, dass C16 um 180 Grad gedreht eingelötet werden soll. Das verstehe ich nicht.Meiner Meinung nach ist der Elko sowohl im Schaltplan wie auch im Layout richtig herum. Verstehe die Korrektur von C16 auch nicht. Ist doch im Schaltbild richtig... Eine Frage zum Verständnis der Schaltung: Welchen Sinn hat der Widerstand R22 am Ausgang des SO42P?
Warum wird die Abstimmspannung nicht direkt am Kondensator C20 abgegriffen?
Steht doch im Text: R22/C20 bilden das PLL-Schleifenfilter. Bei Abgriff an C20 wäre die Astimmspannung ungefiltert (wäre wohl ordentlich "verrauscht")... Sehe ich es richtig, dass der Widerstand R30 (Abstimmspannung) möglichst dicht an der Kapazitätsdiode sitzen sollte? Das wäre dann im Layout völlig falsch ... Kapazitätsdioden werden in Sperrichtung betrieben und der Sperrstrom hängt von der Temperatur ab. Da die Dioden ihre Abstimmspannung über hohe Widerstandswerte erhalten, ändert sich auch der Sperrstrom bzw. die Kapazität der Diode mit der Temperatur (TK von R30). Deshalb sollte dieser Widerstand möglichst nahe an der Kapazitätsdiode liegen. Das Problem betrifft eher "handabgestimmte" Oszillatoren (Poti), das durch einfache Tricks kompensiert werden kann und wohl weniger einen PLL-Oszillator!? Würde mir also über die Position von R30 keine weiteren Gedanken machen...Nachlese in 5/87 6/87 4/88
von www.schaltungen.at downloadbar
x915_d_#87-7s48-x_ Teilerkaskade für 10MHz Frequenznormal (DCF)_1a.pdf
915_d_#85-9s60-x_854xx-11 Frequenznormal (1Hz und 1MHz)_1a.pdf
DCF77-Frequenznormal 10ppm = 0,001% genau
https://hohlerde.org/rauch/elektronik/projekte/fnorm/index.html
Quarze haben Frequenzfehler von 30..50 ppm (0,003..0,005%).
Für einen Fehler unter 10ppm muss man die Pulse über wenigstens 8 Minuten auswerten.
DCF77 - ein hochkonstantes Frequenznormalhttps://www.elv.de/Frequenznormal/x.aspx/cid_726/detail_34249Eine der interessantesten Anwendungen des DCF77-Signales ist die Gewinnung eines Frequenznormales für Eich- und Prüfzwecke. In diversen Veröffentlichungen wurde beschrieben, wie man unter Zuhilfenahme einer PLL einen lokalen quarzgesteuerten Oszillator an die hochkonstante Normalfrequenz von 77500Hz binden und auf diese Weise ein Frequenznormal hoher Präzision erhalten kann. Leider verhindern lokale Störsignale in vielen Fällen den einwandfreien Betrieb einer solchen Anlage, insbesondere in großer Entfernung vom DCF77-Sender, welcher sich in Mainflingen bei Frankfurt befindet.
Dazu kommt oft eine ungünstige Empfangslage, etwa ein Stahlbetonbau oder ein tiefliegender Antennenstandort.
Natürlich ist der Betrieb einer PLL anspruchsvoller als der Betrieb einer Uhr, welche Hauptanwendungszweck des DCF77-Signales ist.
Eine der Hauptstörungsquellen ist die fünfte Harmonische der Zeilenfrequenz eines Fernsehers, welche bei 78125 Hz um nur 625 Hz über der Empfangsfrequenz liegt.
In manchen Fällen kann dieses Störsignal am Ausgang des Antennenmoduls in der Nähe eines Fernsehgerätes mehrere Volt betragen, während das Nutzsignal nur mehrere Millivolt-Amplitude hat.
Der folgende Beitrag zeigt, wie man mit einfachsten Mitteln ohne Verwendung von teuren Quarzfiltern ein solches Maß an Störsicherheit erreichen kann, daß auch in Randgebieten mit geringer Signalstärke noch einwandfreier Betrieb gewährleistet ist. Das DCF77-Signal ist bekanntlich ein hochstabiler 77500Hz Träger, dessen Amplitude 59mal pro Minute kurzzeitig von 100% auf 25% abgesenkt wird.
Die für die Zeitübertragung benötigte Information zum Betrieb einer Normalzeituhr wird durch Kodierung der Dauer derAmplitudenabsenkungen erzielt (siehe Abb. 1).
Diese Modulation ist für den PLL-Betrieb ohne Bedeutung.
Abb. 2 zeigt den praktischen Fall eines durch einen Fernseher gestörten Signales, wobei angenommen wird, daß die Störschwingung von 78125 Hz die gleiche Amplitude wie das 100-%-Signal hat. In diesem Falle ergibt sich eine hundertprozentige Amplitudenvariation, wobei der Abstand zweier Maxima 1,6 ms beträgt, was einer Schwebungsfrequenz von 625 Hz entspricht. Dies ist bei weitem nicht der ungünstigste Fall. Es gibt Situationen, wo durch den Betrieb mehrerer Fernseher und bei ungünstiger Empfangslage die Amplitudenmodulation des Nutzsignales im Summensignal nicht mehr zu erkennen ist 
Abb. 2: Durch Störschwingungen eines Fernsehers gestörtes Signal. In Abb. 3 ist das Blockschaltbild des Empfängers dargestellt, dessen Ausgang mit dem PLL-Zeitbasismodul verbunden wird. Das von der Ferritantenne aufgenommene Signal wird zunächst in einem zweistufigen Verstärker im Antennenmodul verstärkt und über ein Koaxialkabel dem eigentlichen Signalverstärker zugeführt. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Q-Multiplier und einem Mitnahmeoszillator (MNO). Dazwischen befindet sich ein Amplitudenbegrenzer. Zwischen den einzelnen Einheiten sowie im Ausgang befinden sich Verstärker- und Trennstufen. 
Abb. 3: Blockschaltbild. Dieser ist ein auf 77500 Hz frei schwingender LC-Oszillator, welcher durch die im Gesamtspektrum enthaltene und bei Störungen sehr kleine 77500Hz Komponente synchronisiert wird. Der MNO wirkt daher wie ein äußerst selektives Filter ohne die Nachteile eines klingelnden und teuren Quarzfilters. Dieses Prinzip kann mit Erfolg auch in UKW-Empfängern angewendet werden, wenn der MNO auf der Zwischenfrequenz von 10,7 MHz arbeitet. Insbesondere bei den häufig vorkommenden Mehrfachreflexionen wird der MNO nur von einem dieser Signale synchronisiert, was zu einer beträchtlichen Empfangsverbesserung beiträgt. Seine konstante Ausgangsspannung ist auch für die nachfolgende Demodulation von Vorteil. Der Hauptgrund, warum sich dieses Prinzip bei UKW-Empfängern nicht durchgesetzt hat, ist, daß es schwierig und daher teuer ist, einen frequenzstabilen und temperaturunabhängigen L-C-Oszillator für 10,7 MHz zu bauen. Bei einer Frequenz von 77500 Hz ist jedoch dieses Problem leichter zu lösen. Außerdem ist die Oszillatorfrequenz in geringen Grenzen regelbar, was bei einem kommerziellen Rundfunkgerät unerwünscht wäre. Schaltung
Die Stromversorgung erfolgt über das koaxiale Kabel.
Als Antenne dient ein 18 cm langer und 1 cm starker Ferritstab.
Die eigentliche Signalaufbereitungsschaltung ist in Abb. 5 dargestellt.
Abb. 5: Gesamtschafblld. Das Antennensignal wird zunächst mit Transistor T1 verstärkt. Der am Eingang liegende 2,2-kOhm-Widerstand dient zur Stromversorgung des Antennenmoduls. Die Verstärkung dieser Stufe ist durch den Trimmerwiderstand R5 regelbar. Dieser dient dazu, die am jeweiligen Empfangsort herrschende Signalamplitude so einzustellen, daß das vorgesehene Anzeigeninstrument ungefähr 50 % vom Vollausschlag zeigt. Transistor T2 dient zur hochohmigen Einspeisung des Signales in den auf 77500 Hz abgestimmten Schwingkreis L1-C2, C3. Dieser ergibt in der Zusammenschaltung mit dem FET T3 einen Q-Multiplier, wobei der Anhebungsgrad desselben durch den Regelwiderstand R9 so reguliert wird, daß gerade noch keine Schwingungen auftreten. Sein Wert hängt stark von den elektrischen Eigenschaften des Schwingkreises ab. Dieser Regler liegt, um ünerwünschte Kopplungen zu vermeiden, einseitig an Erdpotential. Der Schwingkreis ist temperaturkompensiert, was durch Verwendung von Kondensatoren mit negativem Temperaturkoeffizienten erreicht wird. Eine eventuell verbleibende Frequenzabweichung wird mit dem Regler R10 über die Abstimmdiode D1 ausgeglichen, wobei es in schwierigen Empfangslagen empfehlenswert ist, diesen an der Gerätefrontplatte zu montieren. Das von der Source-Elektrode ausgekoppelte Signal wird nun in T4 verstärkt.
Transistor T5 dient als Impedanzwandler.
Er speist die als Spannungsverdoppler wirkenden Gleichrichter D2 und D3 für das Anzeigeinstrument und den Komparator IC1, an dessen Ausgang eine Rechteckschwingung steht. Emitterfolger T6 liefert den für das Anzeigeinstrument nötigen Strom. Der Widerstand R19 wird so gewählt, daß bei einer Spannung von 3 VSS am Testpunkt TP die Anzeige 50% beträgt. Der Komparator IC1 erhält durch die Widerstände R20 und R21 eine kleine Vorspannung, welche verhindert, daß bei fehlendem Antennensignal eine Auslösung desselben durch Rauschsignale erfolgt. Die Ausgangsspannung von IC1 wird nun über den Koppelkondensator C10 dem Injektionstransistor T7 zugeführt. Der Trimmerwiderstand R22 dient zur Einstellung der Synchronisierstärke. Ist R22 Null, dann findet keine Synchronisation des MNO statt. Der Grund für die Verwendung des Koppelkondensators C10 ist, daß durch Verändern von R22 die Gleichstromkomponente des Kollektorstromes von T7 nicht verändert wird, da diese die magnetischen Eigenschaften des Ferritkernes im Abstimmkreis beeinflussen würde. Der MNO ist in einem eigenen Abschirmgehäuse zusammen mit dem Injektionstransistor T7 und den beiden Ausgangsemitterfolgern untergebracht. Der Schwingkreis L2-C11, C12 ist ebenfalls durch entsprechende Kondensatoren mit negativem Temperaturkoeffizienten kompensiert. Da eine Frequenzkonstanz von wenigen Hertz über den ganzen zu erwartenden Temperaturbereich nur mit Mühe zu erreichen ist, wurde auch hier wie beim Q-Multiplier eine Abstimmung mit der Kapazitätsdiode D4 vorgesehen. Hierzu dient der Frontplattenregler R29. Dies erweist sich in extrem ungünstigen Fällen von Vorteil. InbetriebnahmeZunächst wird mittels Oszilloskop die Amplitude des Gesamtsignales (wobei der Nutzsignalanteil gegenüber dem Störsignal klein sein kann) am Testpunkt TP gemessen und mittels Verstärkungsregler R5 und dem Frequenzregler R10 des Q-Multipliers auf ungefähr 3Vss eingestellt.
Der Verstärkungsregler des Q-Multipliers, R9, wird so justiert, daß noch keine Schwingungen entstehen.
Die optimale Position des Frequenzreglers R10 kann man am Kontrollinstrument erkennen, es zeigt sich eine deutliche Resonanzanhebung, die jedoch gering sein mag, wenn die Störamplitude groß ist. Es ist daher vorteilhaft, wenn der Q-Multiplier genügend Frequenzkonstanz besitzt, so daß eine Nachregelung der Frequenz nicht nötig ist. Nun wird der Synchonisierstärkenregler R22 auf Null gestellt, so daß keine Synchronisierung des MNO erfolgt.
Mittels FrequQnzmesser am Empfängerausgang wird nun, dessen Frequenz auf 77500Hz eingestellt.
Die endgültige Justierung von R22 kann nur im Zusammenwirken mit der PLL des angeschlossenen Normalfrequenzgenerators erfolgen. Ein gelegentliches Blinken der Lock-Indikator-LED der PLL-Schaltung kann durch Verstellen von R22 und R29 verhindert werden. Die optimale Wirkung des MNO wird dann erzielt, wenn die Eigenfrequenz desselben genau 77500 Hz beträgt. Diese Feineinstellung ist aber nur bei besonders schwierigen Empfangsverhältnissen notwendig, da dann der im Gesamtspektrum enthaltene Energieanteil des 77500Hz Signals nur gering ist. In diesem Falle muß die Eigenfrequenz des MNO nahe der Signalfrequenz liegen. Bei schwachen Störungen erfolgt die Mitnahme über einen weit größeren Frequenzbereich. Meßergebnisse und BetriebserfahrungenBetrieb ohne MNODas Signal am QTH des Verfassers, etwa 400 km vom Sender entfernt, ist ausreichend für ein einwandfreies Arbeiten der PLL, wenn keine Störungen durch einen Fernseher bestehen und die Ferritantenne etwa 3 m entfernt vom Empfänger im Freien aufgestellt ist. Bei diesem Test wurde das Rechtecksignal am Ausgang des Komparators IC1 für den Betrieb der PLL verwendet.Betrieb mit MNOEs ergibt sich eine weitgehende Störunempfindlichkeit.
Die PLL arbeitet mit der Antenne und einem Fernseher im Arbeitsraum.
Die mit einem Oszilloskop gemessene Störspannung am Ausgang des Antennenmoduls war so groß, daß man die sekundlichen Amplitudenschwankungen des DCF-Signales nicht mehr erkennen konnte.
Dies entspricht einem S/N-Verhältnis von mindestens 1:10 oder mehr.
Dies dürfte wohl für die meisten Anwendungsfälle genügen. Bei diesen Messungen ist eine gewisse Vorsicht geboten. Es muß unbedingt eine magnetische Kopplung zwischen der Ferritantenne und dem Empfänger vermieden werden.
Eine elektrische Abschirmung des letzteren ist daher notwendig, wobei der MNO getrennt abgeschirmt werden muß, da dieser sonst durch unerwünschte Kopplungen synchronisiert werden kann.
Ein eventuell angeschlossenes Oszilloskop kann ebenfalls eine Beeinflussung der Ferritantenne ergeben.
Auch die Rechteck-impulse hoher Steilheit der von der PLL gesteuerten Frequenzteilerkette können Rückwirkungen verursachen.
Bei der Sighalaufbereitung im DCF77-Empfänger ist zu beachten, daß die Verstärkung zwischen Ferritantenne und Testpunkt TP linear, also amplitudenunabhängig ist.
Es dürfen keine Phasendrehungen des Empfangssignales eintreten, wenn dies von 100% auf 25 % Amplitude absinkt.
Dies äußert sich in einem Blinken der PLL-Lock-Indikator-Leuchtdiode, da der Phasendetektor der PLL auf die Phasenänderung anspricht.
Da der MNO auch bei fehlendem Empfangssignal arbeitet, könnte es möglich sein, daß dieser genau auf der Frequenz von 77500 Hz schwingt und somit eine korrekt arbeitende PLL vortäuscht.
In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß dies nur von sehr kurzer Dauer sein kann, da die PLL sofort auf Phasenänderungen des nicht genügend stabilen und frei schwingenden MNO anspricht.
ZusammenfassungDer Betrieb eines Normalfrequenzgenerators, dessen Frequenz mittels einer PLL von dem hochkonstanten DCF77-Signal abgeleitet wird, führt in Gebieten mit schwachem Empfangssignal zu Schwierigkeiten. Insbesondere ist es die fünfte Harmonische der Fernseh-Zeilenfrequenz, welche den Empfang beeinträchtigt.
Der beschriebene Empfänger besteht im wesentlichen aus einem Q-Multiplier, dem ein Amplitudenbegrenzer folgt.
Das so gewonnene Rechtecksignal wird dann einem auf 77500 Hz schwingenden Mitnahmeoszillator zugeleitet, welcher von dem im Gesamtspektrum enthaltenen Energieanteil der Frequenz 77500 Hz synchronisiert wird.
Das sinusförmige Ausgangssignal konstanter Amplitude des MNO wird dann zur Steuerung der PLL verwendet.
Die vom Autor verwendete PLL beruht auf dem Phasenvergleich zweier 77500-Hz Schwingungen, wobei die eine dieser Schwingungen durch Frequenzteilung einer 10MHz Quarzoszillatorschwingung gewonnen wird, während der zweite Input vom DCF77-Empfänger stammt. Die Betriebserfahrungen mit diesem Empfänger sind hervorragend.
Selbst wenn die Störsignalamplitude ein Vielfaches der Nutzamplitude ist, ist einwandfreier Betrieb der PLL möglich.
Der Empfänger besitzt einfachen Aufbau und kann mit leicht beschaffbaren Teilen und ohne Quarzfilter aufgebaut werden.
Am Empfangsort des Verfassers wurde auch ein anderes Schaltungsprinzip erprobt.
Bei diesem wird die Frequenz eines 10-MHz Quarzoszillators durch 128 geteilt, wodurch man eine Frequenz von 78125 Hz erhält.
Diese Frequenz wird mit dem Eingangssignal gemischt, wobei sich eine Differenzfrequenz von 625 Hz ergibt.
Da man die unerwünschte Störfrequenz von 78125 Hz zur Signalaufbereitung verwendet, erreicht man eine hohe Störunempfindlichkeit, allerdings nur für diese Frequenz.
Vergleichsmessungen beider Methoden ergaben jedoch eine bedeutende überlegenheit des Mitnahmeoszillatorprinzips.
Literaturhinweise
OE2APM/AA3K, Dipl.-Ing. Alfred Popodi.
Quelle:
http://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hambladen/cq-dl/1988/page153/index.html
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Frequenznormal
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