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realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto Utentedadduni » 26 feb 2023, 18:32

Salve a tutti,
per puro diletto stavo studiando il segnale orario radio DCF77. Si tratta di un segnale orario trasmesso da Francoforte che dovrebbe arrivare anche in Italia e modulato in ampiezza su una portante a bassa frequenza (77.5kHz).
Sono un progettista elettronico digitale, conosco bene la progettazione FPGA, lavoro decentemente con i microcontrollori e non ho mai lavorato con segnali radio, quindi mi sembrava il caso di rimediare a questo problema!

L'idea era quella di studiare e realizzare un ricevitore DCF77 a componenti discreti cosi' che tutto sia singolarmente simulabile e misurabile in laboratorio.

Quello in cui forse non dovrei avere problemi:
- la portante cosi' bassa dovrebbe prestarsi anche ad una demodulazione completamente digitale dopo aver campionato l'intero segnale
- demodulazione BOC e despreading

Quello in cui sicuramente ho problemi:
- antenna (??????)
- filtro di banda
- low noise amplifier
- tutto quello a cui non ho nemmeno pensato

Il fatto che la ricezione sia ad onde lunghe mi incoraggia perche' forse buona parte degli operazionali e dei circuiti "non esotici" funzoinano senza problemi in quella banda senza dover ricorrere a soluzioni prefatte.

Cosa ne pensate di questo progetto? Sapete consigliarmi dei riferimenti da studiare o dei punti da cui partire per i punti mancanti? Mi piacerebbe aprire un dialogo con voi sulle vostre idee di realizzazione visto che per me' e' solo un progetto didattico.

Grazie a chi vorra' partecipare!
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[2] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto Utenteivano » 26 feb 2023, 19:38

per quanto riguarda la sezione ricevente e' fattibile. dubito lo sia per quanto riguarda la decodifica del segnale vero e propio. ai tempi dei circuiti integrato discreti ( non vlsi) il costo era proibitivo, riservato al mecato non consumer.
comunque se ritieni di poterlo fare sarebbe molto interessante.
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[3] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto Utentedadduni » 26 feb 2023, 19:51

Ciao, grazie per la risposta! Io ho principalmente bisogno di aiuto e ho interesse per quanto riguarda la parte di ricezione rf. Trasmettendo in modulazione di ampiezza con segnali molto lenti non ho nessun problema a campionarli con un micro ed elaborare il segnale. Per lavoro faccio FPGA design e anche da quel punto di vista non ho problemi progettuali. E' davvero la parte RF la piu' interessante per me visto che non ci ho mai lavorato.

propongo alcune domande, probabilmente ne so cosi' poco che anche le domande sono sbagliate: correggetemi!

- centrobanda 75.5kHz, ampiezza di banda 100Hz. Molti circuiti gia' pronti usano una antenna avvolta su ferrite accoppiata ad una capacita' che la fa risionare a centro banda. E' sufficiente o l'antenna deve avere caratteristiche migliori? Ci sono alternative?
- amplificatore: pensavo ad un passabanda e ad uno stadio di guadagno tutto ad OPAMP (le frequenze dovrebbero essere abbastanza modeste da poterlo permettere). Ma qui non saprei bene da dove iniziare: su quali parametri si disegna il filtro? Di che ordine? E quanto guadagno? Non saprei nemmeno come stimarli.
- C'e' bisogno di AutomaticGainControl?

una volta ricevuto il sengale elaborarlo in digitale credo davvero che sia poca cosa. Se vi va di aiutarmi sulla parte di ricezione mi farebbe molto piacere!
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[4] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 26 feb 2023, 19:54

Sono incuriosito, nel web ho trovato questo:

http://stor.altervista.org/dcf77/dcf77.php

descrive bene i problemi e le prove fatte.

In EY se ne è scritto qui:
viewtopic.php?t=76047
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[5] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto Utentedadduni » 26 feb 2023, 21:19

Entrambi siti interessantissimi! In pratica mi state dicendo che se costruisco una antenna avvolta su ferrite e la faccio risuonare a 75.5kHz con una capacita', faccio passare il tutto per un banale amplificatore di tensione ad OPAMP non mi trovo minimamente con un segnale nel formato DCF77 con la modulazione in ampiezza ogni secondo ma vedo solo una grande schifezza di rumori e cose varie, giusto? Perche' una volta ottenuto il segnale AM potrei facilmente demodularlo in digitale...
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[6] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 26 feb 2023, 22:22

Una volta avevo lavorato su un ricevitore hobbistico per agganciare un oscillatore a quarzo a 10 MHz.

Era un supereterodina in cui l'oscillatore locale e il segnale per il rivelatore a moltiplicazione I e Q erano generati dividendo l'oscillatore a 10 MHz. La media frequenza era a poco meno di 4 kHz (se ben ricordo), tre stadi con controllo di guadagno ottenuto cambiando la polarizzazione dei tre stadi di media.

Ogni stadio usava un darlington per avere una impedenza di ingresso elevata e non caricare il filtro LC. Il convertitore e il rivelatore erano fatti con interruttori tipo SW06 (ma non garantisco fossero proprio quelli). Purtroppo non so piu` dove cercare la documentazione :-(
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[7] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto Utentedjnz » 26 feb 2023, 22:42

I problemi sono sempre due: selettività (ricevere solo la fettina di banda desiderata) e amplificazione.

La selettività di un solo circuito risonante LC è inadeguata per segnali a banda strettissima come quello del DCF77 (che fondamentalmente è una portante continua modulata con una frequenza di simbolo massima di 5 Hz).

Lavorando in analogico si usa la conversione di frequenza (supereterodina) seguita da una serie di amplificatori accordati su una frequenza intermedia "più comoda" da gestire. In qualche caso si fanno anche due conversioni di frequenza. Il livello del segnale raddrizzato viene usato per il controllo automatico di guadagno che è fondamentale, altrimenti o quando il segnale è forte si amplificano inutilmente anche gli altri "rumori", o quando è debole non si amplifica abbastanza. Un segnale in onde lunghe/lunghissime ha variazioni di livello importanti nel corso della giornata ed è disturbato da molte sorgenti.

Il circuito indicato prima, quest'anno compie venti anni, è ancora qui bello funzionante sullo scaffale, ma non lo rifarei più così. Per quanto riguarda la selettività sicuramente tenterei la via del giratore (https://digilander.libero.it/adrianodm/dcf77/dcf77.htm).

Però... oggi è possibile fare miracoli con la FFT, magari si riesce a fare tutto in digitale. Ascoltando il DCF77 su un WebSDR (http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/) si vede che servirebbe un filtro stretto di circa 100 Hz:

154649614.png
Una domanda ben posta è già mezza risposta.
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[8] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 26 feb 2023, 22:44

Il problema è quello di amplificare il debole segale ricevuto e soprattutto di filtrarlo per separarlo dall'enorme schifezza che gli gira intorno: rumori industriali di vario genere, alimentatori switching ecc.

L'amplificazione serve che sia al tempo stesso anche selettiva ma non credo possa riuscire ad esserlo quanto serve per filtrare correttamente e sicuramente serve un AGC perché l'ampiezza del segnale varia, giorno notte ecc.

Tanto tempo fa vidi un bel progetto sulla rivista Progetto Elektor, quando ancora c'erano belle riviste di elettronica e se ricordo bene nei primi stadi, subito dopo l'antenna convertiva in basso verso i 2500Hz, in modo da poter poi filtrare facilmente con dei passa banda a banda molto stretta ad operazionali.

Lo scopo del progetto non era quello di realizzare un orologio ma quello di utilizzare l'alta stabilità della portante di DCF77 per generare un segnale campione mi pare a 10MHz o a 1MHz, non ricordo bene, agganciato in fase con essa, quindi con tanto di divisori, PLL e tanto altro.

Provo a cercarlo in rete, sicuramente potrà servirti per qualche spunto... ma se sei alle prime armi con la radiofrequenza ti consiglio qualcosa di più semplice, quello che vorresti fare non è proprio uno scherzo
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[9] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 26 feb 2023, 22:46

Vedo ora il tuo messaggio Foto Utentedjnz, scusa, mi sono sovrapposto
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[10] Re: realizzare decodificatore DCF77 senza integrati

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 26 feb 2023, 23:05

Trovato: Progetto Elektor 1988/07-08, l'articolo è a pag.74
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