G8MNY > TECH 18.04.25 09:30z 255 Lines 13269 Bytes #179 (0) @ WW
BID : 30541_GB7CIP
Read: GUEST
Subj: 198 to 162kHz Off Air Standard
Path: ED1ZAC<ED1ZAC<GB7CIP
Sent: 250418/0926Z @:GB7CIP.#32.GBR.EURO #:30541 [Caterham Surrey GBR]
From: G8MNY@GB7CIP.#32.GBR.EURO
To : TECH@WW
By G8MNY (New Jan 25)
(8 Bit ASCII graphics use code page 437 or 850, Terminal Font)
I have test converted a homebrew veroboard construction version of the BBC4
"198kHz LW off air reference" project. (from a Practical Wireless article Dec
1995 by G8JVE, & follow up Oct 1998) to a more universal off air locking
standard using 2 LM555s as locked oscillators to convert 162kHz (or 198kHz) to
2kHz used by the project. As it will be needed when 198kHz Tx closes down in
June 2025.
The French 162kHz Freq standard Tx is also time signal phase modulated as BBC4
and is about 10dB weaker in London, but might also close down in the future!
LAYOUT AE Mains 12V
ÚÄÁÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿
ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³ ³~Trans- ~³ ³~~PSU~~~~~~³ ³
ɵExternal Active Ferrite Rod Aerial³ ³ ³ former ³ ³ board ³ ³
ºÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³ ~\_____/~ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³
º ³ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿³
ÚÐÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ³³ RF Clipper 555 555 ³³
³ Manual ÚÄÄÄÄÄÄÄ¿ Ref Freq ³ ³³ Buff stage IC IC ³³
³ o .-. ³ Meter ³ .-. ³ ³ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ³
³Power( ) ÀÄÄÄÄÄÄÄÙ ( ) ³ ³ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿³
³ o '-' CZ =o Sig '-' ³ ³³10 Buff Counter Counter Phase ³³
³ Not o o Lock (ù) ³ ³³MHz IC IC IC Comp IC³³
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ³
Ref Output ³ SW Pot Meter SW BNC ³
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÂÄÙ
This design might be usable in other parts of the world if there are suitable
accurate LW or MW stations.
OPERATION PRINCIPLE
SPECTRUM Carrier Rx Extracted
³ Image! Carrier
LSB MOD PSK²PSK USB V ³
/~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\²/~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~\ ³
ÄÅÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄÅÄ>Freq ÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄ
191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 kHz 198.00000
As you can see from the spectrum, extracting a pure clean carrier is not quite
as straight forward, when there is phase shift keying to remove too. (PSK in UK
is used for power meter control.)
A close-up of thet time encoded signals should look something like this..
³
~~\ ²²²²²²²²²²²²²²² /~~~
ÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÁÄÄÄÄÄÄÄÅÄÄÄÄÄÄÄÁÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄ>
-20 -10 0 +10 +20 Hz
Where the PSK data sidebands cover the carrier, the data is encoded to have no
mean carrier offset. A clipper to remove any AM & attenuator give 1mV RMS then
triggers the LM555 to give 2% frequency selectivity. But using a very slow PLL
loop filter of a fraction of a Hz, will remove all the PSK data.
NEW SCHEME
ÚÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄÄÄÄÄÄ¿
³External³ ³ RF 2 ³ ³ Diode ³ ³ 18kHz ³ ³ 2kHz ³ Rx ÚÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ Lock
³ Active ÃÄÄ´ StageÃÄÄ´ClipperÃÄÄ´ LM555 ÃÄÄ´ LM555 ÃÄÄÄ>ÄÄ´ ÃÄLED
³Ferrite ³ ³Buffer³ ³ ³ ³Astable³ ³Astable³ 2kHz ³ Phase ³
³Rod Ant ³ ÀÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÄÙ ÀÄÄÄÄÄÄÄÙ 2kHz ³ComparatorÃÄ>¿+/-
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ÚÄÄÄ>ÄÄ´ 4046 ³ ³swapp
ÚÄÄÄÄÄÄÄÄ¿ÚÄÄÄÄÄÄ¿ ÚÄÄ¿ ÚÄÄ¿ ÚÄÄ¿ ÚÄÄ¿ ÚÄÄ¿ÚÄÄ¿ ÚÄÄ¿³ÚÄÄ¿ ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ ³
³Variable³³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³³ ³ ³ ³³³ ³ ÚÄÄÄÄÄÄÁÄ¿
³ 10MHz ôBufferôö2ôö5ôö5ÃÄ´ö2ôö2ôö5ôö5ÃÁ´ö2ÿ ³Multiple³
³Xtal Osc³³ ³³³ ³³³ ³³³ ³ ³ ³³³ ³³ ³³³ ³ ³ ³³ ³ Slow ³
ÀÄÄÄÂÄÄÄÄÙÀÄÄÄÄÄÄÙ³ÀÄÄÙ³ÀÄÄÙ³ÀÄÄÙ ÀÄÄÙ³ÀÄÄÙÀÄÄÙ³ÀÄÄÙ ÀÄÄÙ³ ³ Loop ³
³ 10MHz 5MHz 1MHz 100kHz 10kHz 1kHz ³ Filter ³
³AFC Frequency reference/marker outputs ÀÄÄÄÄÄÄÂÄÙ
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ<ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ
With 198kHz a 1/11 astabe lock is needed to give 18kHz & then a 1/9 for 2kHz
clock. The 162kHz a 1/9 athen also a 1/9 for the same 2kHz. Just the High Q
ferrite rod aerial & FET preamp determins the reference station selected. (If a
1 kHz clock lock system is used instead then any LW / MW Standard Frequency
Transmission station could be used in Europe.)
With this new scheme the 2kHz is no longer an LSB mix image, so the varicap
sence need reversing to lock up. So on the phase comaritor Pin 1 not 13 now
used as mirrored O/P. Also it is important that the 2 astables are stable, so
their C & R components are stable types!
MODIFICATION IMPROVEMENTS
ÚÄÄÄÄÂÄÄÄÂÄÄÄ+12V
Longwave ³ ³ 2K2
ferrite d 22K 1M ³ 10n
rod g ÃÄÄÄÄÂÄ15KÄ¿ ³ ³ ÃÄ´ÃÄÂÄÄÄÂÄ47KÄÄ> Trigger
||ÚÄÄÂÄÄÂÄ>³FET ³ ³ ³ ³ ³/ ³ ³ 18kHz 555
||( ³ ³\ ÃÄÂÄÄ)ÄÄ´ÃÄÁÄ>>ÄÁÄ´ÃÄÁÄ´ ³ ³
||( === ³/\ s³ ³ 10n 4n7 ³\e _³_ _³_
||( ³ === ³ === ³ /_\ \_/
||( ³ /³ 4K7 ³10n ³ ³ ³
||ÀÄÄÁÄÄÁÄÄÄÄÁÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄ>>ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÁÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄ 0V
External Active Aerial BNC RF Buffer Clipper
With no AGC circut, a pair of 1N4148 diodes form a clipper to condition the
signal to feed the sensitve astable.
LM555 ASTABLES
These are quite sensitive to Pin 5 voltage control the less trigger signal the
narrower the lock.
+5VÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÂÄ
³ 4K7 ³+ ³ 4K7
³ Preset ===10u ³ Preset
³8 ³ Á ³8 ³
ÚÄÄÁÄÄÄ¿7 1K ÚÄÄÁÄÄÄ¿7 1K
Conditioned³ +ve dÃÄÄÄ´ R ³ +ve dÃÄÄÄ´ R
Off Air ³ ³6 10K ³ ³6 10K
Signal ³LM thÃÄÄÄ´ 18kHz ³LM thÃÄÄÄ´ 2kHz
³555 ³2 ³ ³555 ³2 ³
oTP1 ³ tÃÄÄÄ´ TP2 ³ tÃÄÄÄ´ TP3
>Ä´ 5³ ³3 ³ o 5³ ³3 ³ o
1KÃÄ´ÃÄ´CV oÃÄÄÄ)ÄÄÁÄ220KÄÂÄ´ÃÄ´CV oÃÄÄÄ)ÄÄÁÄÄ>to phase discriminator
preset 10nÀÄÄÂÄÄÄÙ ³ ³ u1ÀÄÄÂÄÄÄÙ ³
³ 1³ 3n3=== C 1K 1³ 33n=== C
0V ÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄ
If you have a counter adjust the 2 presets for free running astables to give
exacty 18kHz on TP2 with TP1 grounded. Then again 2kHz on TP3 with the 1K
grounded.
Use a dual beam scope triggered to TP2, and check 18kHz astable, view TP1 for
mid range 1/9 162kHz lock (or 1/11 198kHz) to produce a locked 18kHz @ TP2.
The 1K preset adjusts the trigger sensitivity.
Then again for 2kHz astable, trigger from TP3 and view TP2 for mid range 1/9 to
produce a well locked 2kHz @ TP3. Check these are both stable hot to cold.
PLL FILTER
I redesigned this bit using electrolytics, something avoided by the original
designer. But by using 2 identical electrolytics in series across the well
regulated 5V power rail, I solved most of the leakage problem and gained
instant half rail AFC voltage on power up, for a faster initial lock up time.
+5VÄÄÂÄÄÄÄ
+³100u 4x 1N4148
=== ÚÄ´<ÃÄÄÂÄ´<ÃÄÄ¿ Scope
Varicap ³ ³ ³ ³ o IC CD4046
AFC <ÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄ)ÄÄÄÄÄÄÄÅÄ´>ÃÄÄÅÄ´>ÃÄÄÅÄÄÄÂÄÄÄ20KÄÄÁÄÄ< Phase Comparator
ÃÄÄ4K7ÄÄ´ ³ ³ ³ ³ Pin 1 (originaly 13)
³ ³ ÀÄÄ1MÄÄÁÄ220KÄÙ ³1u
=== +³100u ===
u1³ === ³
0VÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÁÄÄÄÄÄÄÄÄ
I enhanced the variable CR system with 2 more diodes & another resistor, so
initially PLL out of lock you have 20K + 200uF for a 4 Sec time constant, then
at ñ1V from lock it adds a 220K for a 50 Sec time constant, & at less than
ñ0.5V a further 1M for a 200 Sec "properly in lock" time constant.
The starting 20K + 1uF (20mS) is needed to remove the 5V 2kHz IF pulses and
reduce the residual 12.5Hz Phase Shift Keying data to below 0.5V ripple. This
however is a loop time constant that will oscillate, so I added a 4K7 in series
with the larger Cs to damp this oscillation, but the 4K7 is not big enough to
let much of the PSK data through to the AFC line. The u1 is used close to the
varicap diodes & keeps down any stray clock pickup/noise etc.
Off ~\ .-. _._ Power
Lock ³ / \ / \__/~~Äú..úÄú-- Up Ú.__.-Ä-ú..ú-úÄ---
\__/ '-' ³
----------- 20 seconds ------------ --- 10 seconds ---
8/ MANUAL TUNE
There was an ugly hole in my box & a S meter/centre zero meter & switch fitted.
So I developed a circuit for these, to provide a manual Centre Zero mode with a
pot to fill the hole. (I did not have the follow up article then!)
The log pot (old Volume control) I used had a double make on off switch, & I
needed a changeover. Leaving the pot in circuit & using T1 to short incoming
AFC line I achieved the same function, & T2 shorts out the Green in lock LED to
indicate it is in manual off lock mode.
Varicap
ÚÄÄÄ> AFC
2x pot ÚÄ27KÄÄ´ oÄÄÄ< S meter circuit
+5V on/off ³ \³/ Loop Green ______/
Ào\___o\__ÃÄÄÄÄÄ47KÄÄ6K8ÄÂÄ<Filter LED ³ oÄÄÄÄÄ22KÄÄÄ>CD4046
³ Pot ³ AFC ³ ³+ CZ mode Pin 2
³ ³/ ³/ /~~~\
ÃÄÄÄÄÄÄÄÄ3K9ÄÄÄÄÄÄÄ´ T1 ÚÄ´ T2 ³Meter³
³ ³\e ³ ³\e \___/
³ _³_ ³ _³_ _³_
³ ³
ÀÄÄÄÄÄÄÄÄ3K9ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÙ
As the pot was a log one the varicap angle-frequency action was not quite
linear (needed square law?) so 27K was put from the max end to centre & 6K8 to
the switched ground, this gave a really even feel to the offset (ñ5Hz @ 10MHz)
with 2.3V at the centre position.
The Centre Zero meter action was taken from pulses directly from the unused IC
pin 2 via a 22k, to set the meter sensitivity. If you scope that pin you see...
ÚÄÄÄ¿ ÚÄ¿ÚÄÄÄ¿
³ ³ ³ ³³ ³ The average changes a little depending on the two 2kHz phases.
Ù ÀÄÙ ÀÙ
9/ OUTPUT FREQUENCIES
As my unit's dividers were not wired up as published, here is the arrangement.
74LS132 74HC390 74HC390
+5VÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄÄÄ
³14 16³ 16³ 2kHz
10MHz ÚÄÄÁÄ¿ 10MHz ÚÄÄÁÄÄ¿ ÚÄÄÁÄÄ¿ o
Buffer>´1 11ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ´1 15ÃÄ¿ Ú´3 15ÃÂÄÁÄÄ>to Phase
À´2 8ÿ ³ 9ÃÄÙ 50À´4 9ÃÙ Comparator
Ú´3 12ô ÚÄÄ´3 ³ kHz³ ³
ô4 13ÃÙ ÃÄÄ´4 13ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÂÄÄ´1 13ÃÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ¿
À´5 6ÿ ³ ³ ³ ³ ³ ³ ³
³ 9ô ³ Ú´14 12ÿ ³ Ú´14 12ÿ ³
³ 10ô ³ ô2 7ô ³ ô2 7ô ³
ÀÄÄÂÄÙ³ ³ ³ÀÄÄÂÄÄÙ³ ³ ³ÀÄÄÂÄÄÙ³ ³
7³ ³ ³ ³ 8³ ³ ³ ³ 8³ ³ ³
ÄÄÄÄÄÄÁÄÄ)ÄÄÄÄÄÄÄÄÄ)ÄÁÄÄÄÁÄÄÄ)ÄÄÄÄÄÄÄÄÄ)ÄÁÄÄÄÁÄÄÄ)ÄÄÄÄÄÄÄÄÄ)ÄÄ
o o o o o o
10MHz 5MHz 1MHz 100kHz 10kHz 1kHz
10/ OUTPUT PROTECTION
By adding a pair of 1N4148 diodes as a clipped attenuator the TTL chips are
protected from external static damage & small amounts of accidental RF (10W?).
o o o o o o
10MHz 5MHz 1MHz 100kHz 10kHz 1kHz
/³\ +
ÀÄÄÄÄ´ÃÄ470RÄÄÂÄÄÄÂÄÄ(o Output
1u _³_ _³_ ³ 1V p-p
\_/ /_\ ³
ÄÁÄÄÄÁÄÄÙ
11/ 12V POWERING
The original circuit was mains only to provide +12V & 5V rails from centre
tapped 2x 6V transformer & single bridge to make 20V & 10V centre into their
respective regulators etc. The +5V is used for PLL tuning & must be accurate,
but the +12V is not so important, so I made a 12V input option to diode feed
both the regulators.
RESULT
I now have a very accurate marker for HF (VHF/UHF on harmonics with a steady
pure tone), & I can calibrate frequency counters, or lock them up to this
source, as well as lock up my 100Hz-1GHz PLL signal generator.
For VHF & UHF, Xtal oscillators age & can't be relied on to maintain high
accuracy over several years. This accurate source (better than 1 in 10^7
short term & 1 in 10^11 long term) enables checking of standards.
See my buls "Locking a Frequency with 555" "Off Air Lock for Ref Osc.",
"Comparing Off Air Freq Standards", "Simple Crystal Oven",
"Crystal Drift Compensation" & "Calibrating Frequency" for more information.
Why Don't U send an interesting bul?
73 De John, G8MNY @ GB7CIP
Read previous mail | Read next mail