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10 MHz Referenzfrequenz aus billigem TCXO der GSM-Technik Prototyp


Als Leitgedanke gilt, wie an anderer Stelle meiner Homepage beschrieben: Ein Frequenzzähler und auch die µP-gesteuerte Synthesizeranzeige ist nur so genau wie das dahintersteckende Referenzsignal, welches überwiegend aus einem Quarzoszillatorsignal von 10 MHz abgeleitet ist. Ändert sich dieses Signal, beispielsweise durch Temperatureinflüsse nur um 1 Hz, dann würde ein damit angesteuerter Frequenzzähler, oder auch ein Synthesizer bei einem GHz schon bereits eine Abweichung von 100 Hz daraus machen. Der Fehler hat sich also im Frequenzverhältnis vervielfacht. Was nützt da eine aufwändige Zählertechnologie, wenn die letzten Stellen von den teuer erkauften 10 Digits Roulett sind? Auch ein noch so geschickt konstruierter Quarz-Referenzoszillator ist leider mehr oder weniger stark temperaturabhängig und bedarf einer ausgeklügelten Temperaturkompensation. Die vorliegende Schaltung hilft, das Temperaturproblem mit einfachsten und kostengünstigen Mitteln weitgehend auf ein vernachlässigbares Minimum zu reduzieren, ohne auf eine Refernzanbindung, beispielsweise durch die Synchronisierung mit dem Videosignal des ZDF®s, zurückgreifen zu müssen.

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1.  Lösungsansätze

Ich beschäftige mich schon seit vielen Jahren damit, meine erzeugten Frequenzen penibel genau zu kontrollieren. So wuchs im Laufe der Zeit einerseits mein Messpark ins Uferlose, andererseits war ich ständig beschäftigt, neue Ideen und unterschiedliche Konzepte der stabilen Referenzsignalerzeugung in die Tat umzusetzen.
Irgendwann habe ich natürlich auf einen Flohmarkt einen OCXO neuster Generation und deutscher Fertigung ergattert. Nur solche Diner sind Unikate und selten findet man das dazugehörige Pinout. Es ist schon eine Menge, teilweise nicht lohnenswerte Arbeit das Ding aufzulöten, den Thermofüllschaum zu entfernen und die Schaltung "aufzunehmen". So hielt ich mich lieber an eine andere Technologie, den TCXO, welcher billiger, leichter erhältlich und in seinen Daten für den Amateur ausreichend ist.
Das hier vorgestellte, ultimative Modul©, dient nun als dauerhafte, eigenständige Referenzquelle, welche ein dekadisches Frequenzsignal von 10Mhz oder 1MHz benötigen; beispielsweise für Frequenzzähler, Synthesizer, Messplätze, Funkgeräte, u.s.w. Amplitude und Pegel des Ausgangssignals spielen dabei eine untergeordnete Rolle. Wichtig ist nur, dass das Signal stabil, so wie weitgehend frei von Seitenbandrauschen und störender Phasenmodulation ist.
 
 
 

2. Umsetzung
 

Überbestände aus der Elektronikindustrie überfluten teilweise die Elektronikflohmärkte. Die Preise und das Angebot erscheinen dabei und ändern sich wie ein Wurf mit einer Handvoll Würfel. So war damals auf der allerletzten "Flohtronika" in Nürnberg auch eine Kiste voller unscheinbarer SMD-bestückten, großzügig unbeachteten Platinen mit einem kleinen PCX-Koaxstummel. Aus Langeweile und mangelnder Kauflust, beziehungsweise übersteigertem Kauffrust am späten Nachmittag ließen dann doch einige dieser Objekte den Besitzer wechseln. Was soll man damit sinnvolles anfangen, und noch dazu mit den sonderbaren 13 MHz; kein Mensch braucht so etwas? Also ab damit auf ungewisse Zeit in die ewigen Jagdgründe der gigantischen angewachsenen Kiste für unerledigten Projekte in der heimischen Funkbude. Zufällig taucht dann Dank der findigen Köpfe beim Verlag des Funkamateurs® die Applikation über einen PLL-Schaltkreis aus der GSM-Technik auf. Natürlich wegen der kompakten Synthesizertechnologie. Ganz nebenbei wurde auf die bei dieser Technologie übliche Referenzfrequenzerzeugung mit 13 MHz Oszillatoren verwiesen. War da nicht....? Ist da nicht ....? ....in meiner Bastelkiste? Und da kommt der verwaiste "Industrieschrott" wieder zum Vorschein. Könnte ja doch gute Technik sein! Fast zeitgleich erscheint in einer Ausgabe der UKW-Berichte® ein Artikel von Wolfgang Schneider, DJ8ES, welcher so ganz nebenbei auf die aussergewöhnliche Qualität des kleinen TCXO von Philips® hinweist. Absolut lineare Abstimmung über ziemlich genau 250 Hz mit 0 bis 5 V, mit Sollfrequenz um 2V. Ausgangspegel von 300 mVss und einer Kurzzeitstabilität von +-2 x 10-8 Hz/S. Das ist doch 'was! Nebenbei ist da noch ein Bild von dem Ding mit identischen Fertigungsdaten zu meinen erworbenen Exemplaren. So sind wohl die Wege der Bauteile vom Flohmarkt durch ganz Deutschland zu verfolgen! Übrigens noch eins vorweg: In der Technik wird dieses Ding auch teilweise als VC-TCXO oder VCTCXO bezeichnet, weil es sich durch die zusätzliche Möglichkeit einer Spannungsabstimmung (VC) vom reinen temperaturkompensierten (TC) Quarzoszillator (XO) unterscheidet. Der Einfachheit halber sei es im Folgenden doch nur kurz als TCXO bezeichnet.
Ich erinnere mich an den Kauf und bedauere, ohne bis dahin etwas damit produziert zu haben, den geizig spartanischen Minimalkauf. Und weil mich dann noch die Neugierde übermannt und mich das Innenleben interessiert, beginne ich an den winzigen Seitenlaschen herum zu hebeln, bis ich es schließlich ganz unerwartet schnell offen habe. Anbetracht der hauchdünnen Keramikplatine ein eigentlich unmögliches Unterfangen. Etwas Dusel gehört eben manchmal auch mit zum Handwerk, denn das Gehäuse ist gemeinerweise innen mit dem Quarz verlötet. Durch einen glücklichen Umstand, nämlich durch die Verwendung eines anscheinend vor der Fertigung stark oxidierten Materials, hat sich bei diesem Exemplar die daraus resultierende, schlecht diffundierte Lötstelle leicht gelöst, ehe die angehebelte Keramikplatine zerspringen konnte. Ein zweites Mal riskiere ich das aber beim anderen Exemplar lieber nicht mehr! (Parallelen zur Büstenhalterszene im Amerikan Pie sind rein zufällig!) Gebracht hat es ja auch nichts, den unter dem vergossenen Klecks gab es nichts zu sehen. Wie ein Miniquarz aussieht, das ist ja wohl keine Weltsensation. Aufmerksam studiere ich anschließend etwas enttäuscht von meiner Entdeckungsreise in den Mikrokosmos die vorliegenden Veröffentlichungen. Die Frequenzvervielfachung oder die „Anbindung" eines Oszillators an einen anderen mit vielfacher Frequenz, oder dessen Bruchteils ist nun wirklich nichts neues und haut mich daraufhin auch nicht vom Hocker. Häufig verwendet man dazu Vervielfacherstufen, Teilerketten und/ oder PLL-Schaltkreise. Aus den 13 MHz eine Frequenz von 1 MHz zu erzeugen ist nun wirklich nicht das Problem. Schneider verwendet dazu einen 74HC93 mit Gatter. Ich erinnere mich an die Technik des legendären Commodore C64. War da nicht für ähnliche Problematik ein "Rückwärtsteiler" mit dem 74LS193, alias den mittlerweilen betagten elrad®-Laborblättern des Heise Verlags von 1992? Damit ginge es dann Dank der Voreinstellung wenigstens ohne zusätzliches Gatter. Schwieriger wird es mit der folgenden 10 MHz-Erzeugung. Da braucht man schon mehr "Schmalz". Logischer Gedankengang, wie angedacht: 13 MHz geteilt durch 13! Zusätzlich wird ein nachgeregelter 10 MHz Oszillator an die auf 1 MHz geteilten 13 MHz "angebunden". Bisher alles Standardtechnologie! So macht es natürlich auch - wie ersonnen - Kollege Schneider. Man könnte, so grüble ich, gleich den 4046 von der Originalplatine mit verwenden, wenn das nur nicht die verdammt kleine SMD-Technik wäre!

Haben Sie an dieser Technologie Interessen, dann mailen Sie mir, und Sie erhalten freien Zugang zu allen detaillierten Daten!

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© by DK6RX, Norbert Friedrich  2003
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last Update: 2003-12-06