Hardwaredokumentation

WICHTIGER HINWEIS

Texte, Listings, Zeichnungen und Schaltungen in diesem Manual sind urheberrechtlich geschützt. Eine auch auszugsweise Verbreitung und Veröffentlichung ist grundsätzlich nur mit vorheriger Zustimmung der Autoren gestattet. Der Nachbau der Schaltung zu anderen als rein privaten Zwecken, insbesondere die gewerbsmäßige Nutzung des Designs ist verboten, Zuwiderhandlungen werden strafrechtlich verfolgt. Die Rechte für die Schaltung des DF9IC-PIC-Modems liegen bei Henning Rech, DF9IC. Die Rechte an der Platine für das DF9IC-PIC-Modem und an der Dokumentation liegen bei Johannes Kneip, DG3RBU.

Haftungsausschluß: Die Autoren übernehmen keine Haftung für die Richtigkeit der veröffentlichten Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie der technischen Beschreibung. Sie haften ebenfalls nicht für Schäden, die durch den Aufbau oder Einsatz der beschriebenen Schaltung, des Bausatzes oder Fertiggeräts entstehen.

Das PIC FSK Modem nach DF9IC

Das PIC-FSK-Modem is ein universelles, halbduplexfähiges FSK-Modem für Baudraten von 9600-19200Bd. Es ist kompatibel zum weitverbreiteten FSK-Standard nach James Miller, G3RUH. Das Modem integriert alle digitalen Funktionen eines FSK-Modem in einem Mikrocontroller (PIC 16C84). Dies führt zu einen sehr kompakten und preisgünstigem Aufbau des Modems. Als zusätzliches "Bonbon" bietet das Modem die Möglichkeit, es ohne Hardwareänderung auf den gebräuchlichen 1200Bd AFSK-Standard umzuschalten. Sein Schwerpunkt liegt aber eindeutig auf dem FSK-Betrieb und die Dekodierqualität bei 1200Bd ist nicht ganz so gut wie bei einem Modem mit TCM3105. Das Modem besitzt Standardgröße und -anschlüsse für die Benutzung mit einer BayCom USCC-Karte, ein Anschluß an andere Geräte ist über die normgerechte DF9IC-Schnittstelle allerdings ebenfalls möglich.

Die Schaltung

Das folgende Bild zeigt ein Block-Diagramm des Modems mit angeschlossenem Funkgerät. Alle Funktionen innerhalb des dunkelgrau gezeichneten Gebiets sind im PIC-Prozessor realisiert. Auf der Digitalseite erzeugt das Modem den Sendetakt, mit dessen steigender Flanke jeweils ein Sendebit übernommen wird. Der eingehende Datenstrom wird zunächst von NRZ nach NRZI gewandelt und dann über einen Scrambler verwürfelt, um später ein möglichst gleichspannungsarmes Signal zu erhalten.

Fig. 1. DF9IC-PIC Modem: Blockschaltbild

Anschließend wird das Signal entsprechend seiner Datenrate und der beabsichtigten Kanalbandbreite gefiltert. Der Hauptteil des Filters besteht in einem digitalen FIR-Filter, das innerhalb des Prozessors berechnet wird, anschließend erfolgt die D/A-Wandlung und einfache analoge Tiefpassfilterung, um den hochfrequenten Signalanteil, der aus dem Digitalfilter resultiert, zu beseitigen. Das daraus resultierende NF-Signal kann direkt auf den Modulator des Funkgerätes geführtw erden.

Das vom Empfänger kommende Eingangssignal wird tiefpassgefiltert, um hochfrequente Signalanteile zu entfernen und dann in einen Entscheider geführt, der das Signal mit einem konstanten Schwellwert vergleicht.

Das so entstehende digitale Rohsignal wird direkt in den PIC-Prozessor geführt. Der korrekte Abtastzeitpunkt wird aus den Rohdaten mittels einer 32stufigen PLL rekonstruiert, die in der Software implementiert ist. Die Taktrückgewinnung stellt außerdem das Kanal-belegt-Signal (DCD) zur Verfügung, das für den ordnungsgemäßen, möglichst kollisionsfreien Halbduplexbetrieb notwendig ist. Die dann rekonstrierten digitalen Daten werden anschließend noch entscramblelt und in den NRZ-Code zurückgewandelt und auf die Digitalschnittstelle ausgegeben.

Die digitalen Teile des Modems sind komplett in einem Microchip PIC 16C84 Prozessor implementiert, der mit 4 MHz für 9600Bd getaktet wird bzw. mit 8MHz für 19200Bd Betrieb.

Die Schaltung

Schaltplan als GIF,
Schaltplan für Postscript-Viewer

Sendezweig

Das Schaltbild des Modems befindet sich auf der Mittelseite dieses Manuals. Der PIC-Prozessor als zentrales Bestandteil dieses Modems ist unterhalb der Seitenmitte zu sehen. Daten und Takte des Prozessors werden auf einen Standard-Steckverbinder (DF9IC-Norm) geführt. Aufgrund des limitierten Pincounts des Prozessors und der Halbduplexfähigkeit des Modems werden Sende- und Empfangsdaten und -takte für das Modem gemultiplext. Sende- und Empfangstakt (mit der einfachen Datenrate) werden an Pin2 des Prozessors erzeugt. Sendedaten werden an Pin 1 des PICs geführt. Während des Empfangs werden die Empfangsdaten am gleichen Pin ausgegeben. über D1 und D2 wird eine Trennung beider Signale durchgeführt. Die Sende- Empfangsumschaltung wird über das RTS/CTS-Signal an Pin 18 des PICs durchgeführt. T2 invertiert das PTT-Signal, dieses wird dann anschließend von T1, T3 und T4 genutzt, um die Funkgeräte PTT und die LED als optischen Anzeiger zu schalten. R6 und C2 generieren einen ordnungsgemäßen Power-Up-Reset. Der Systemtakt wird über den PIC-internen Quarzoszillator aus Q1 gewonnen.

Nach dem Scrambeln und Filtern innerhalb des PICs wird ein 8 bit Sendesignal an den D/A-Wandler IC2 ausgegeben. Er erzeugt ein rohes Ausgangssignal an Pin 4. Die Ausgangsspannung des D/A-Wandlers wird dann von enthaltenen höherfrequenten Anteilen durch ein gleichspannungsgekoppeltes Tiefpaßfilter befreit (IC3D + C). Am Ausgang des Filters entsteht ein Gleichspannungssignal von etwa 2.7V, auf den das amplitudengeregelte (R20) Ausgangssignal überlagert ist. Ein 10uF-Tantal-Elko wird zur Entfernung des Gleichspannungsanteils genutzt. Die mögliche Umschaltung von 9600Bd FSK auf 1200Bd AFSK wird via Jumper J1 durchgeführt. Ist dieser offen, wird FSK-Modus selektiert, bei geschlossenem Jumper wird auf 1200Bd AFSK umgeschaltet (jeweils nach dem nächsten Sendedurchgang).

Empfänger

Im Empfänger übernimmt IC3A die Tiefpaßfilterung mit einem dreipoligen Butterworth-Filter und IC3B die Entscheidung (Wandlung in digitale Daten). Das dann digitale Signal wird an Pin3 in den PIC geführt. Der PIC führt intern die Taktrückgewinnung und die DCD-Generierung durch. Empfangstakt, Empfangsdaten und ein DCD-Signal wird dem Modem zugeführt. Die für das Modem benötigte Hilfsspannung von 2.7V (virtual ground) wird dabei aus der 5V-Versorgungsspannung durch D6 und R9 gewonnen.

Aufbau

Der Aufbau des Modems gestaltet sich verhältnismäßig einfach. Alle Komponenten finden auf einer einseitig kupferbeschichteten Leiterplatte Platz. Beim Aufbau ist generell darauf zu achten, daß sämtliche Komponenten so dicht wie möglich auf die Leiterplatte plaziert und verlötet werden, da die Platine anschließend kopfüber mit relativ wenig Freiraum auf den träger (z.B. USCC-Karte oder TNC) montiert wird. Die Bestückung sollte mit den zwei Drahtbrücken (neben IC3 und zwischen R4 und R5) beginnen. Fahren Sie mit allen Widerständen und den niedrigeren Kondensatoren (alle außer C6, C9 und C16) fort. Beachten Sie unbedingt die korrekte Polung der Tantal-Elkos. Fahren Sie mit den aktiven Bauteilen fort. Achten Sie bei der Bestückung der Dioden darauf, daß zwei von ihnen Z-Dioden sind, der Unterschied ist nur anhand der Beschriftung zu erkennen. überprüfen Sie bei jeder Diode die korrekte Polarität. Dann sollten die Steckverbinder eingelötet werden. Die Bestückung von St2 hängt dabei vom Einsatzgebiet ab: Für Benutzung in der USCC>4 werden St2a und St2b bestückt. Für die Nutzung im TNC werden St2 und St2a bestückt, siehe Zeichnung.

Fig. 2. Schaltplan des DF9IC-PIC-Modems

Bestückungsplan als GIF