DCF77-Empfänger mit dem MAS6180
von Günther Zöppel
Während meines Urlaubs in Kroatien habe ich mich oft gefragt, weshalb
mein Funk-Reisewecker trotz der fast 1000 km Entfernung zum
Sender Frankfurt/Mainflingen die DCF77-Zeitinformation fehlerfrei
dekodieren kann, während manche Uhren daheim in kleinerer Entfernung
diesbezüglich oft versagen. Das muss doch an der verwendeten
Schaltungstechnik liegen? Im Inneren des Weckers findet man nur eine
ca. 50 mm lange Ferritantenne und einen Nacktchip (schwarz vergossen)
direkt auf der Leiterplatte. Recherchen ergaben, dass der
verwendete Chip von der finnischen Firma MAS (Micro Analog
Systems) stammt und dieser einen sehr empfindlichen Empfänger
beinhaltet. Entscheidende Hinweise dazu gab mir ein
Bastlerkollege (Thomas Neveling, dessen Homepage sehr informativ
ist: http://tneveling.bplaced.net/dcf77-co.html)
und der Chip MAS6180 heißt. Diese Firma schickte mir auf Anfrage
freundlicherweise ein paar kostenlose Samples des betreffenden Chips im
SSOP-16 SMD-Gehäuse zu, womit ich dann einen DCF77- Empfänger aufgebaut
habe, den ich hier vorstellen möchte. Ich habe mich beim Aufbau am
Datasheet dieses Chips orientiert:
https://www.mas-oy.com/wp-content/uploads/2016/05/DA6180C.pdf
Die dort angegebene Empfindlichkeit des IC von 0,4µV lässt hoffen, dass
ich mit einem gerade vorhandenen Ferritstab von 60x10 mm zufrieden
stellende Ergebnisse erreichen werde. Ich habe also diesen mit CuL0,3
bewickelt, ca 150 Wdg. , und erzielte eine Induktivität von 1,74 mH.
Laut Thomsongleichung ist dazu eine Kapazität von 2,424 nF nötig, um
Resonanz auf 77,5 kHz zu erreichen, was sich durch Ausmessen mit einem
Frequenzgenerator und Oszilloskop auch bestätigte. Die Kapazität
C1* wurde durch Parallelschaltung mehrerer C`s erreicht, die zwecks
Temperaturstabilisierung sich kompensierende Temperaturkoeffizienten
haben sollten. Zur mechanischen Stabilisierung wurde die gesamte
Antennenkonstruktion auf einem Rest Lochplatine mit Kabelbindern
befestigt. Der Resonanzwiderstand der Konstruktion sollte etwa bei 100
kOhm liegen, um verlustarme Ankopplung an die Pins 13 und 15 des IC´s
zu erreichen.
Die Schaltung selbst ist minimalistisch und hält sich an die Vorgaben
des Datasheets. Da der Chip selbst nur als SSOP16 in SMD vorlag, habe
ich diesen auf eine Adapterplatine aufgelötet, die im 2,54mm-Raster
etwas bastlerfreundlicher daherkommt, und die gesamte Schaltung auf
einer Universalplatine untergebracht. Etwas „tricky“ ist die
Beschaltung des Pin 11, dort muss nach Anlegen der Betriebsspannung
eine Verzögerung von > 50ms eingehalten werden, ehe der Lowpegel
über R1 sich durchsetzt. Das zwingt den IC zum schnellen
Synchronisieren auf DCF77. Ohne diese Kombination R1/C2 ginge es auch,
aber dann dauert es sehr lange, bis man ein verwertbares
Impulstelegramm erhält.
Wichtig wäre noch zu erwähnen, dass C2 und C3 leckstromarme Typen sein
sollten, da die gesamte Innenschaltung sehr hochohmig ausgelegt ist und
durch die Beschaltung mit minderwertigen C´s keine Arbeitspunkte
verschoben werden. Auch bei den Elkos C4 und C5 sollte man auf niedrige
ESR-Werte achten.
Der Quarz muss zur Synchronisation auf DCF77 eine Resonanz bei
77,5kHz haben. Es empfiehlt sich, evtl. dessen Gehäuse auf Masse zu
legen, um die Lastkapazität, die die IC-interne Filter-Schaltung
„sieht“, etwas anzupassen. Dadurch wird unter Umständen der gesamte
Filtertrakt etwas schmalbandiger und störunanfälliger (siehe dazu
datasheet ). Bei meinem Versuchsaufbau war dies nicht nötig. Man kann
durch Austausch des Quarzes auf einen 60kHz-Typen auch eine
Synchronisation mit dem Zeitnormal von MSF Anthorn (England) versuchen,
sollte der Sender empfangbar sein. Das Datasheet zeigt auch noch andere
Zeitzeichensender auf, die möglich wären, da stehen meinerseits noch
Versuche an.
Der Ausgang des IC´s am Pin 8 brachte wenige Sekunden nach dem
Einschalten der Betriebsspannung saubere Impulse, die meiner
angeschlossenen Auswerteelektronik nach spätestens 2 min reichten, um
die korrekte Zeit anzuzeigen. Dabei zeigte sich der Aufbau als
erfreulich elektrosmog-unanfällig. Mein früherer Zeitzeichenempfänger „Rhinozerus“
konnte durch das Einschalten einer LED-Lampe mit Schaltnetzteil in
dessen Nähe außer Tritt gebracht werden, was bei meinem jetzigen Aufbau
nicht mehr in Erscheinung tritt. Die Auswerteimpulse an Out1 sind durch
den Transistor T1 gepuffert, da der IC nur ca. 5µA Ausgangsstrom
liefern kann. Diese sind negativ gerichtet. Sollte bei potentiellen
Nachbauern die Auswertung positive Impulse benötigen, ist die Stufe um
T2 (gestrichelter Bereich im Schaltbild) zu ergänzen. Die LED zeigt das
Vorhandensein der korrekten DCF-Impulse wenige Sekunden nach dem
Einschalten an, durch Blitzen je 100ms bzw. 200ms lang im Sekundentakt.
Die IC-interne AGC lässt die Schaltung stets im optimal an die
jeweilige Empfangssituation angepassten Verstärkungsbereich arbeiten.
Für weitere Untersuchungen habe ich die gesamte Elektronik in ein
gerade vorhandenes Gehäuse eines ausgedienten Modems eingebaut.
Fazit :
Der Aufbau ist auf alle Fälle eine Alternative, wenn mal gerade kein
entsprechendes Modul vorhanden ist. Durch die mögliche Miniaturisierung
und kleine Antennenabmessungen ist dieser auch in entsprechende
Anzeigeaufbauten einbaubar und aufgrund der Störarmut vorteilhaft
gegenüber anderweitigen diskreten Lösungen. Nachbauer sollten sich auch
mit weiteren im Datenblatt erwähnten Möglichkeiten auseinandersetzen.
