Dokumentation
zur Hardware
Version 2, 1997
Inhalt:
Wichtiger Hinweis:
Ideen, Texte, Zeichnungen und Schaltungen in diesem Handbuch sind urheberrechtlich geschützt. Eine auch nur auszugsweise Verbreitung und Veröffentlichung sowie der Nachbau zu kommerziellen Zwecken ist grundsätzlich nur mit vorheriger Zustimmung der Autoren gestattet. Zuwiderhandlungen werden strafrechtlich verfolgt.
Die Urheberrechte für das DF9IC-Modemschaltung liegen bei Henning Rech, DF9IC, die Rechte für die Ausführung für die USCC>4 bei Johannes Kneip, DG3RBU
Haftungsausschluß: Die Autoren übernehmen keine, über die gesetzlich vorgeschriebene Produkthaftung hinausgehende Haftung für die Richtigkeit der veröffentlichten Schaltungen und sonstigen Anordnungen sowie der technischen Beschreibung. Für den ordnungsgemäßen Einsatz und die Einhaltung der gesetzlichen Bestimmungen für den Betrieb ist der Betreiber selbst zuständig.
Das DF9IC-Modem für die USCC>4
Das DF9IC-Modem für die USCC>4 stellt ein universelles FSK-Modem für Übertragungsgeschwindigkeiten von 4800 - 38400Bd dar, es ist kompatibel zum weitverbreiteten G3RUH-FSK-Standard. Die hier beschriebene Version stellt eine Weiterentwicklung des "Modernen FSK-Modems" von DF9IC dar, das im ADACOM-Heft 2/1991 verffentlicht wurde. Wesentliche Neuerungen ist der Einsatz eines PIC-Prozessors mit digitaler DCD im Empfangszweig, außerdem kommt ein schwingfester Rail-to-Rail-Operationsverstärker zum Einsatz, der einen besonders hohen Ausgangshub erzeugt.
Bild 1 zeigt ein Blockschaltbild des Modems mit angeschlossenem Funkgert. Das Modem liefert den Sendetakt (TxC) an die USCC>4; diese mu synchron Sendedaten (TxD), d.h. Pakete oder Fllzeichen, erzeugen. Sie werden zunchst aus dem NRZ- in den NRZI-Code bersetzt (differentiell codiert) und dann einem Scrambler zugefhrt, welcher als linear rckgekoppeltes Schieberegister (17 bit lang, Anzapfung bei bit 12) ausgefhrt ist. So soll ein Ungleichgewicht in der Hufigkeit von Nullen und Einsen sowie eine Korrelation ber lngere Zeitrume vermieden werden - dies gelingt nur mit einer gewissen statistischen Restunsicherheit.
Fig. 1. DF9IC-Modem: Blockschaltbild
Anschlieend wird das Basisbandmodulationssignal entsprechend der Datenrate und der Kanalbandbreite gefiltert. Den Hauptteil der Filterung übernimmt ein in einem EPROM codiertes FIR-Filter; es wird ergänzt durch einen einfachen analogen Tiefpaß, der insbesondere hochfrequente Störsignale, die in einem Abtastfilter entstehen, beseitigt. Die so aufbereitete Modulation (TxNF) wird unmittelbar dem Modulator des Funkgerätes zugeführt.
Umgekehrt wird die demodulierte NF des Funkempfängers (RxNF) wieder tiefpaßgefiltert, diesmal, um außerhalb des Übertragungskanals liegende Rauschanteile zu beseitigen, und einem binären Entscheider zugeführt, der das Signal mit einem Schwellenwert vergleicht. Als Schwelle dient dabei der mittlere Wert des Signals (Nullen und Einsen sollten ja gleich häufig sein); die zur Bestimmung notwendige große Mittelungszeit bedingt aber eine sehr niedrige untere Modulationsgrenzfrequenz von Sender und Empfänger, was häufig bei einfachen PLL-Synthesizer-Transceivern grundsätzlich nicht gegeben ist.
Das gewonnene Rohdatensignal muß nun zu den richtigen Zeitpunkten abgetastet werden; dazu wird zunächst der Sendetakt rückgewonnen. Hier findet eine 32-stufige digitale Phasenregelschleife (DPLL) Verwendung; das Originalmodem von G3RUH benutzt statt dessen eine aufwendige gemischt analog/digitale PLL, die 256 Stufen aufweist und mit dem (vom TNC gelieferten) 16-fachen Takt auskommt. Die Taktrückgewinnungsschaltung liefert neben dem Empfangstakt (RXC) auch das Kanalbelegungssignal (DCD), welches zur Senderichtungssteuerung bei Halbduplexbetrieb notwendig ist. Die abgetasteten Empfangsdaten werden wieder descrambelt und schließlich nach NRZ zurückcodiert.
Die benötigten Taktfrequenzen generiert eine Takterzeugungsbaugruppe auf dem Modem; dadurch wird Unabhängigkeit vom verwendeten Rechner garantiert, und das Modem ist autark voll funktionsfähig und testbar.
Der Detailschaltplan ist in zwei Teilen dargestellt, um eine bessere Übersicht zu gewährleisten; Bild 2 zeigt die Taktaufbereitung, die PTT-Beschaltung und die Rechnerinterfaces. Bild 3 beschreibt den gesamten Sende- und Empfängerzweig. Die Logik des Sendezweigs ist größtenteils in einem GAL16V8 integriert, während im Empfänger ein PIC-Prozessor die aufwendige Taktregenerierung und DCD-Erkennung übernimmt.
Bild 2 als GIF, Bild 2 für Postscript-Viewer
Bild 3 als GIF, Bild 3 für Postscript-Viewer
Takt und Interface
Die Takterzeugung geht von der Grundfrequenz 2.45 MHz aus, die von einem Quarzoszillator zur Verfügung gestellt wird. Damit können Datenraten zwischen 4,8 kBit/s und 38,4 kBit/s eingestellt werden (J1). IC2 und IC3 generieren daraus die verschiedenen benötigten Frequenzen (32-fach, 2-fach, einfach mit 2 Phasen). Über eine Z-Diode (D1) wird eine Referenzspannung für den Analogteil der Schaltung erzeugt; durch die einfache positive Versorgungsspannung ist dies notwendig. Die Schnittstelle zum Funkgerät umfaßt neben TxNF und RxNF noch ein PTT-Signal zur Senderichtungssteuerung. Die PTT-Schaltstufe ist auf dem Modem selbst integriert und für alle üblichen transistorisierten Transceiver geeignet. Über eine LED wird eine Funktionsanzeige vorgenommen.
Sender
Der Sender beginnt mit IC5; es enthält die NRZ-/NRZI-Wandlung und bildet zusammen mit IC6 den Scrambler. J2 schaltet statt der NRZI-Sendedaten eine Dauer-Null oder -Eins zum Streckentest auf; diese muß am Ende der Übertragungsstrecke unverfälscht ankommen. Die letzten 8 Datenbit (TD1-TD8) werden dem FIR-Filter zugeführt; das EPROM IC7 hat über J3 wählbar 16 verschiedene Kurvenformen abgelegt, die 4 Abtastpunkte je Datenbit am Ausgang zur Verfgung stellen.
Auf das EPROM folgt unmittelbar der D/A-Wandler IC8. Dessen Ausgangsspannung wird dann mit einem 4-poligen gleichspannungsgekoppelten Tiefpaßfilter (IC9A+B) von hochfrequenten Spektralanteilen befreit. Am Ausgang steht eine Gleichspannung von 2 Volt mit in der Amplitude regelbarer (R21) überlagerter Wechselspannung an. Die Modulation wird in den Sendepausen über das FIR-EPROM unterdrückt.
Empfänger
Im Empfänger übernimmt IC9D die Tiefpaßfilterung mit einem 3-poligen Butterworth-Tiefpaß und IC9C die Entscheidung. Alle weiteren Funktionen werden in einem PIC-Mikroprozessor (IC4) durchgeführt. Dies betrifft insbesondere die Taktregenerierung, die Abtastung und die DCD-Gewinnung. Am Ausgang des PICs stehen direkt die Empfangsdaten und der Empfangstakt zur Verfgung, die über St1 zum Host geführt werden.
R1 100 Ohm 1206 |
D1 Z-Diode 2.7V |
R2 10k 1206 | D2 LED |
|
R3 10k 1206 | T1 BC848 o. ae. |
|
R4 1k 1206 | T2 BC848 o. ae. |
|
R5 56k 1206 | T3 BC848 o. ae. |
|
R6 100k 1206 | IC1 Oszillator 2.45MHz DIL8 |
|
R7 10k 1206 | IC2 74HC393 SO-14 |
|
R8 8k2 1206 | IC3 74HC74 SO-14 |
|
R9 10k 1206 | IC4 PIC FSK, programmiert |
|
R10 10k 1206 | IC5 GAL FSKT2 |
|
R11 12k 1206 | IC6 4006 SO-14 |
|
R12 100 1206 | IC7 EPROM DF9IC 27C256 |
|
R13 27k 1206 | IC8 ZN429 |
|
R14 39k 1206 | IC9 LM6134 o. OP491 o.ae. |
|
R15 100k 1206 | |
|
R16 82k 1206 | St1 Pfostenstecker 2x10 |
|
R17 27k 1206 | St2 Pfostenstecker 2x5 |
|
R18 1k 1206 | St2a/b Pfostenstecker 2x5 |
|
R19 1k 1206 | (entweder a oder b bestckt) |
|
R20 1k 1206 | J2, J3 Pfostenstecker 2x5 90Grad |
|
R21 Trimmer 10k | Q1 4.0 MHz |
|
R22 SIL 10k | |
|
Platine DF9IC | |
|
C1 27p 0805 | 5 Jumper |
|
C2 27p 0805 | |
|
C3 47p 0805 | |
|
C4 470p 0805 * | |
|
C5 100p 0805 * | |
|
C6 3n3 0805 * | |
|
C7 1n 0805 * | |
|
C8 470n 1812 | |
|
C9 1n 0805 * | |
|
C10 220p 0805 * | |
|
C11 1n 0805 * | |
|
C12 470n 1812 | |
|
C13 100n 1206 | |
|
C14 100n 1206 | |
|
C15 100n 1206 | |
|
C16 10uF Tantal | |
|
C17 1uF Tantal | |
|
C18 1uF Tantal |
*: Dimensionierung 9600Bd, andere Baudraten siehe Tabelle auf der nächsten Seite!
Prozessorversion entsprechend Q1.
Dimensionierung für andere Baudraten:
| Bauteil | 4800Bd | 19200Bd | 38400Bd |
| C6 | 6n8 | 1n5 | 680pF |
| C4 | 1nF | 220pF | 100pF |
| C5 | 220pF | 47pF | 22pF |
| C7, C9, C11 | 2n2 | 470pF | 220pF |
| C10 | 470pF | 100pF | 47pF |
| Q1 | 2.0 MHz | 8.0 MHz | 16.0MHz |
Prozessortyp muß der Frequenz von Q1 angepaßt sein (4, 10 20 MHz).
Bestückungsplan als GIF
Fig. 4. Bestückungsplan des DF9IC-Modems.
Das Modem wird betriebsfertig geliefert, es mssen nur noch die Jumper gesetzt werden und der Hub abgeglichen werden.
J1: Baudrate
J1 befindet sich als Pad-Jumper oberhalb IC2 auf der Bestckungsseite der Platine, Standardmäßig ist der Jumper auf 9600Bd gesetzt. Soll eine andere Baudrate benutzt werden, wird die Leiterbahn zwischen den Padreihen unterbrochen und stattdessen die der gewünschten Baudrate entsprechende Verbindung gesetzt:
Sicht auf Bestückungsseite der Platine!
Bitte beachten Sie, daß bei einer Änderung der Baudrate auch einige Filterkondensatoren ausgetauscht werden müssen, siehe Stückliste.
J2: BER-Test, J3: Sendemodi.
Die Jumper J2-J3 sind zu einem Kombinationsjumper neben dem EPROM zusammengefasst. Folgende Bilder zeigen die Anordnung, Sicht auf Platinenrückseite:
J2: DATA/BER
J2 dient zur Durchführung des Bit-Rate-Error Tests. Durch Setzen einer Brücke zwischen den Pins wird eine Dauer-Eins über das Modem und die Funkstrecke übertragen. Durch Messen der dabei festgestellten Fehler (Nullen) kann auf die Güte der Übertragungsstrecke geschlossen werden. Im Normalbetrieb steht J2 wie links gezeigt (offen).
J3: FIR-Filterkennlinie
Mit den vier Jumpern von J3 wird die Sendevorverzerrung durch das FIR-Filter eingestellt. In der Grundeinstellung (alle vier Jumper geschlossen) ist ein lineares Verhalten eingestellt. Andere Kombinationen enthalten verschiedene, für manche Funkgeräte besser geeignete Kennlinien. Die beste Stellung sollte durch Probieren herausgefunden werden. Default-Einstellung: Alle Jumper geschlossen (lineares Filter). Die Anschlüsse von J2 und J3 sind ebenfalls auf St2a geführt, um sie über einen von außen zugänglichen Schalter bedienen zu können. In diesem Fall müssen alle Jumper on Board entfernt sein.
Test des Modems ohne Funkgerät
Das Modem kann mithilfe des Loopback-Tests zunchst auch ohne Funkgerät getestet werden. Dazu setze man die Jumper wie folgt: J2 offen, J3 alle geschlossen. Man stecke das Modem auf einen beliebigen Steckplatz auf der USCC>4 oder im TNC (im folgenden Kanal 0 einer USCC angenommen, TNC entsprechend) und stecke die Karte in den PC bzw. schließe den TNC an. Gleichzeitig werden am Funk-Steckverbinder von USCC/TNC Sende- und Empfangs-NF über eine Drahtbrücke kurzgeschlossen.
Man konfiguriere (über INSTALL oder Editieren der Datei SCC.INI) den Kanal wie folgt:
MODE 0 9600trzd
(bzw. entsprechende Kanalnummer bzw. abweichende Baudrate bei 19k2/38k4-Modem), im TNC muß keine Konfiguration vorgenommen werden. Durch Aussenden einiger Unprotopakete auf dem entsprechenden Kanal kann nun die Funktionsfähigkeit des Modems überprüft werden. Man gehe dazu (bei Einsatz der BayCom-Software) auf den F10-Schirm, wechsle mit :K 0 auf Kanal 0 und drücke einige Male Return.
Man kann nun folgende Bildschirmausgabe beobachten:
T0:16 20:02 DG3RBU>TEST>UI,P,F0:
R0:216 20:02 DG3RBU>TEST>UI,P,F0
(bzw. andere Ziffern oder Rufzeichen).
Die zweite Zeile stellt dabei das über den Loopback-Jumper zurückempfangene Signal dar. Fehlt die zweite Zeile oder bleibt der Rechner auf SEND hängen, so haben Sie entweder das Modem auf einem anderen USCC>4-Steckplatz als in der Software angegeben oder es liegt ein Hardwaredefekt vor.
Der Anschluß des Funkgeräts wird über die 9-poligen Buchsen der USCC>4 oder des TNCs vorgenommen. Die Belegung der Buchsen entnehmen Sie bitte dem entsprechenden Manual. Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, daß das DF9IC-Modem speziell dafür geeignete Funkgeräte bentöigt oder einen Umbau bestehender Geräte erfordert. Das Modem enthält einen Auskoppel-Elko, d.h. es liegt kein Gleichspannungsanteil des Signals am Ausgang mit an (Unterschied zum normalen DF9IC-Modem). Die korrekten Einstellungen für das DF9IC-Modem lauten in der BayCom-Terminalsoftware:
mode 9600trz
dwait 20
txdelay 20 (funkgeräteabhängig!)
maxfram 7
Andere Terminalprogramme müssen entsprechend konfiguriert werden (NRZ-Signale, einfacher Sende- und Empfangstakt werden vom Modem bereitgestellt).
Der Senderhub für den 9k6-Betrieb sollte etwa 3kHz betragen und wird mit dem durch an der Front der Platine befindliche Poti R21 eingestellt. Entnehmen Sie dem technischen Handbuch Ihres Funkgeräts, welche Nf-Spannung am Modulator nötig ist, um 3kHz Hub zu erreichen und stellen Sie diese Spannung dann am Modemausgang (bei angeschlossenem Funkgerät!) mit R21 unter Zuhilfenahme eines Oszilloskops oder Nf-Millivoltmeters ein. Dazu mssen Sie einige Probepakete aussenden, um das Signal beobachten zu können. Gehen Sie dazu auf den Monitorschirm (BayCom-Terminal), stellen Sie mit :TXDELAY 200 eine lange Hochtastzeit ein und drücken Sie danach ein paar mal Return (es darf dabei kein : am Zeilenanfang stehen!). Auf diese Weise senden Sie einige UNPROTO-Pakete aus, die Ihren Sender hochtasten.
Fehlen Ihnen die nötigen Angaben oder Meßmittel, so können Sie den Hub empirisch einstellen. Senden Sie dazu UNPROTO-Pakete wie eben beschrieben aus und hören Sie das Signal mit einem zusätzlichen Empfänger mit geöffneter Squelch zurück. Stellen Sie die Lautstärke des Signals, das sich wie Rauschen anhört, nun so ein, daß es in seiner Lautstärke knapp unterhalb des bei freiem Kanal hörbaren Empfängerrauschens liegt.
Versuchen Sie nun, eine Verbindung zum nächsten Digipeater aufzubauen. Achten Sie darauf, ob Ihre Pakte jedesmal gleich bestätigt werden oder ob es vorkommt, daß Retrys entstehen. Optimieren Sie auch Ihre Hubeinstellung nochmals so, daß möglichst jedes Packet sofort von der Gegenstation bestätigt wird. Gegebenfalls ist auch noch durch Setzen der Jumper J3 eine Verbesserung der Aussendung zu erreichen, hier hilft nur das Probieren der einzelnen Stellungen.
Damit sind die Einstellarbeiten abgeschlossen. Versuchen Sie nun noch, einen möglichst geringen Wert für Ihr TXDELAY zu finden. Dies geschieht dadurch, daß man den Wert, von 25 beginnend, langsam herabsetzt, solange, bis nicht mehr jedes Paket von der Gegenstation mitgeschrieben wird. Ein Wert knapp oberhalb dieses Grenzwertes ist der richtige TXDELAY-Wert, der in die Initialisierungsdatei SCC.INI eingetragen wird.
Belegung der Steckverbinder St1 und St2
Viel Spaß beim Betrieb mit dem FSK-Modem!
Alle BayCom-Produte können über die untenstehende Adresse geordert werden. Wir schicken Ihnen gerne unsere aktuellen Kataloge und Preislisten. Telefonisch stehen wir Ihnen unter 05105/585050 zur Verfgung. Bitte beachten Sie, da wir BayCom nebenberuflich und primär aus "Spaß an der Freud" betreiben und daher nicht ständig telefonisch zu erreichen sind (am besten abends). BayCom-Artikel sind außerdem über den Fachhandel erhältlich.
4630 DF9IC-Modem für USCC/TNC, SMD-Ausführung, Fertiggerät 9600Bd
4631 DF9IC-Modem für USCC/TNC, SMD-Ausführung, Fertiggerät 19200Bd
4632 DF9IC-Modem für USCC/TNC, SMD-Ausführung, Fertiggerät 38400Bd
