Sonntag, 17. September 2017

Digimode Interface

Möchte man im Amateurfunk digitale Betriebsarten (z.B. JT65, PSK31, FT8, ...) nutzen, benötigt man einen PC mit Soundcard, die entsprechenden Software (JTDX, WSJT-X, DM780, ...) und ein Interface.

 
Das Interface sorgt im wesentlichen für die Pegelanpassung zwischen den Schnittstellen des PCs und des Sendeempfängers - bei mir ein YAESU FTDX-1200. Zusätzlich sorgt er für die galvanische Trennung, um gegenseitige störende Beeinflussung der Geräte zu vermeiden.


Der PC erzeugt die für die gewählte Betriebsart typischen NF-Signale und gibt sie über die Soundcard aus. Die vom FTDX-1200 empfangene Signale werden via Interface in die Soundcard geleitet.
Via USB wird im PC eine COM-Schnittstelle zur Verfügung gestellt, über die sich FSK- und PTT-Signale an den FTDX-1200 weiterleiten lassen. Diese werden durch einen USB/RS232-Wandler im Pegel (TTL) angepasst.

Schaltplan:



Die USB/RS232 Umsetzung übernimmt ein Wandlermodul mit FT232RL Chip von FTDI. Über diesen Adapter bezieht die Schaltung auch ihre Versorgungsspannung von 5V. D.h. die Schaltung wird vom USB Anschluss versorgt und benötigt keine weitere Spannungsquelle.
Im oberen Teil des Schaltplans sind die NF-Signalwege jeweils zur galvanischen Trennung über einen 1:1 Übertrager geführt. PC-seitig können über 2 Potentiometer die Pegel eingestellt werden, um eine Übersteuerung der Eingangsverstärker von Soundcard bzw. FTDX-1200 zu vermeiden.
Die PTT- und FSK-Signale werden galvanisch per Optokoppler getrennt. Im Signalweg ist ein 74HC4066 (oder HCF4066) Schalter, der den Weg erst nach einer einstellbaren Zeitdauer nach Einschalten des Gerätes frei gibt. Beim Booten oder Aufwecken des PCs wird ein Handshake über die COM-Schnittstelle ausgeführt, was zu Pegeländerungen der PTT- und FSK-Signale führt. Der FTDX-1200 würde dabei mehrfach via PTT auf Senden geschaltet. 
Diese Einschaltverzögerung wird durch R8, C1 und einen Schmitt Trigger (IC1, HEF40106N) erreicht. Sobald Betriebsspannung anliegt wird C1 über R8 geladen. Die Ladedauer kann mit R8 eingestellt werden. Erreicht die Spannung an C1 die Schaltspannung des Schmitt Triggers, schaltet diese seinen Ausgang auf LOW. Da zum Schalten des 4066 ein HIGH Pegel benötigt wird, folgt ein zweiter Schmitt Trigger.
Der Bereitschaftszustand wird über eine Duo-LED angezeigt. Ein 7416 bzw. 7406 TTL-Chip dient als Treiber und. Beim Einschalten leuchtet die LED rot, bei Bereitschaft grün.

Parameteränderung beim FTDI-Modul:

Damit meine Schaltung richtig funktioniert, müssen die RS232 Signale RTS (request to send, steuert PTT) und DTR (data terminal ready, steuert FSK) des Moduls invertiert werden. FTDI bietet hier das nette Tool FT_Prog, mit dem viele Parameter des Chips verändert werden können.

Nach dem Starten, den Such-Button drücken und alle am PC angeschlossenen Adapter mit FTDI-Chip werden angezeigt.
Der neue war bei mir Device 0:


Damit ich das Modul zukünftig einfacher identifizieren kann, habe ich die "Product Decription" geändert:


 Unter "Hardware Specific" findet man die Option "Invert RS232 Signals". Hier habe ich die Häkchen bei Invert RTS# und Invert DTR# gesetzt. Abschließend müssen die neuen Daten noch ins EEPROM des Chips übertragen werden. Dazu wird der "Blitz-Button" (blauer Pfeil) betätigt ... 


... und im neuen Fenster den zu programmierenden Chip ausgewählt. Auch hier ist es schon hilfreich, wenn man vorher die Product Description angepasst hat. Sonst programmiert man evtl. den falschen Chip.


Danach ist das Modul bereit zum Einsatz. 

Die Schaltung existierte bereits einige Monate auf dem Steckbrett und hat stets funktioniert:



Aber sie nahm viel Platz weg, sah nicht schön aus und barg die latente Gefahr, dass man unbeabsichtigt ein Kabel herauszog.

Die Schaltung sollte in ein kompaktes Gehäuse umziehen. In der Kramkiste fand ich noch ein ausgedientes Modem mit einem praktischen Alu-Profilgehäuse, bei dem die Frontplatten einfach ausgetauscht werden konnten. Gehäusemaße: 108 x 38 x 135 mm (BHT).
Ein Platine war auch zügig erstellt und bestückt:





Bauteile:

 
Jedoch zeigten sich beim Bestücken Designfehler. So lagen C1 und R8 zu nahe beieinander - Merke: die verfügbaren Bauteile passen nicht immer zu den Gehäusebibliotheken von Eagle
Im ursprünglichen Schaltplan war auch der Mittelabgriff von R8 falsch angeschlossen.
Die Platine nahm keine 2/3 des Gehäuseplatzes in Anspruch, für die Bedienelemente und evtl. Erweiterungen wollte ich eine Lochstreifenplatine nutzen. Dorthin habe ich dann auch R5, R8 und C1 verlagert.


Ein weiterer Fehler zeigte sich bei den ersten Tests. Im ursprünglichen Design waren im PTT- und FSK-Signalweg noch 180 Ohm Widerstände. Sie wurden durch Drahtbrücken ersetzt, da die Optokoppler nicht zuverlässig durchschalteten, weil sie nicht ausreichend Strom erhielten. Die LEDs wiesen gewisse Fertigungstoleranzen auf.

Eine Arbeit, die ich garnicht mag: Anschlusskabel konfektionieren.
Der RTTY/Data Anschluss ist am FTDX-1200 über eine 5-polige Mini-DIN Buchse heraus geführt. Auch hier lieferte die Kramkiste gutes Ausgangsmaterial in Form eines alten Tastaturkabels mit PS/2 Anschluss, der einen 5-polige Mini-DIN Stecker hat. Es musste also nur noch am anderen Ende der DIN-Stecker verlötet werden. Die Pin-Belegung der RTTY/Data Buchse ist im Handbuch des FTDX-1200 dokumentiert. 
Bei den Audiokabeln wurde ein Ende jeweils mit einem Mono-Klinikenstecker bestückt, das andere Ende mit einer Stereo-Klinke, wobei der Ring für den rechten Kanal nicht angeschlossen wurde. Die Stereostecker werden in die Soudcard eingesteckt. Steckt man dort die Monostecker ein, könnte die Soundcard beschädigt werden.
Hier ist Verbesserungspotential. Wenn man die Mono-Klinkenbuchsen am Interface gegen Stereobuchsen - mit unbeschaltetem rechten Kanal - austauscht, kann man übliche Stereopatchkabel nutzen und sich die Steckerlöterei sparen.

Die Front- und Rückplatte waren derweil auch fertig, hergestellt im bewährten Laminierverfahren.



Umzug geglückt:


 Inbetriebnahme:


Leuchtet RDY grün, kann gesendet werden ...


... z.B. mit WSJT-X in der Betriebsart FT8:


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