Frequenzzähler mit OCXO-Referenz
Ohne Frequenzzähler wäre der Selbstbau im Amateurfunk ein heikles Unterfangen. Nun habe ich bereits zwei Frequenzzähler: einen in einem klassischen Funktionsgenerator verbauten mit normaler XO-Referenz und ein Nachbau von sprut.de. Der letztere läuft bereits mit einem TTL-OCXO, ein zweiter dieser Quarzöfen lag bislang ungenutzt herum. Normalerweise bastle ich gerne mit den HD44780-kompatiblen LCD-Displays. Bei den oft dynamischen Werten, die ein Frequenzzähler, z.B. beim Abgleich von Oszillatoren, anzeigt, ist mir das kleine LCD-Display aber zu anstrengend abzulesen, weswegen ich mich für ein LED-Display entschieden habe.
Als Basis dient hier ein ATMEGA 328P, ein 10MHz OCXO, den ich mit einer XOR-Logik auf 20MHz verdopple und ein MCP23017, welches die LED-Segmente ansteuert. Der Einsatz eines ATMEGA hat im Vergleich zu einem PIC einen entscheidenden Nachteil: während die PICs auf dem externen Timer-Eingang einen von der Arbeitsfrequenz unabhängigen Prescaler eingebaut haben, muss der Prescaler bei einem ATMEGA mit externen Bausteinen aufgebaut werden. Dazu habe ich den 74HC393 gewählt, der auch noch bei 60MHz zuverlässig arbeitet. Um zwei Eingänge für HF zu haben, werden zwei solche Prescaler über einen 74HC151 wahlweise umgeschaltet. Der dritte Eingang ist mit 50Ω für VHF und UHF ausgelegt, der einen Prescaler auf Basis des MB506 verwendet, der im konkreten Fall auf 1,5GHz noch zuverlässig läuft und vom Microcontroller je nach Eingangsfrequenz zwischen 1:64, 1:128 und 1:256 Vorteilung umgeschaltet wird.
Bei den HF-Eingängen ist einer mit einem hochohmigen Vorverstärker ausgestattet, der andere akzeptiert TTL-Level und wird in Zusammenhang mit einem selbstgebauten aktiven Tastkopf verwendet. Die Torzeit ist zwischen 0.5, 1, 2 und 4 Sekunden wählbar; mit 4 Sekunden ist dabei auf 1,5GHz eine Auflösung von 64Hz erreichbar. Mit den einzeigbaren 8 Stellen fallen natürlich ab 100MHz die Einer-Stelle und ab 1GHz die Einer- und Zehner-Stelle weg; diese können über Tastendruck sichtbar gemacht werden. Das Messverfahren ist zur Zeit auf die Frequenzzählungsmethode reduziert, die Periodenlängenmessungsroutine bedarf einer Überarbeitung, hat aber untergeordnete Priorität, da ich nur selten niedrige Frequenzen im 100Hz-Bereich messe.
Update 05.2019Obwohl ich derzeit an einem ganz neuen Zähler nach dem Reziprokverfahren arbeite, habe ich bei diesem Zähler die Referenzsignalverarbeitung erneuert, indem ich die etwas verquaste Frequenzverdoppelung mit Kondensator und XOR durch eine PLL auf Basis eines 74HC4046 ersetzt habe. Dieser Aufbau liefert ein sauberes Signal mit annähernd 50% Duty Cycle und hat gleichzeitig die Startup-Probleme, die der Zähler mit dem Referenzsignal aus der alten Schaltung hatte, beseitigt.