Интерфейс для цифровых видов связи своими руками
написано в апреле 2004г.
(обновлено в марте 2012г.)
Предлагаю схему интерфейса для цифровых видов связи на которой я остановился, после экспериментов и прочтения публикаций на эту тему. Эта схема работает очень хорошо и в ней нет лишних деталей, только необходимый минимум. Полная гавальническая развязка благоприятно сказывается на взаимных помехах и позволяет избежать многих проблем, особенно на КВ. Наличие трансформаторов, улучшает форму сигнала на передачу и снижает помехи от компьютера во время приема. Отсутствие операционных усилителей и другой рассыпухи, минимизирует фазовые искажения, упрощает конструкцию. Интерфейс был испытан с радиостанциями Р-143, IC-718, FT-857D, GM-300, GP-300, FT-817, IC-281, АНГАРА-1, FT-5100, CT-180, VX-3, FT-50, C-568, TS-570D, T7F, Elecraft K2, UV-3.
Вся конструкция, условно состоит из трёх частей (приёмная, передающая, управление). Каждая часть может работать и автономно. Всю конструкцию, можно сделать в виде отдельных частей, а можно как единый интерфейс. Рассмотрим их работу.
Самый главный элемент — трансформаторы, берём от старых транзисторных приемников или согласующие, типа ‘ТОТ’ с коэффициентом трансформации от 1:1 до 1:3. Желательно, чтобы сопротивление обмоток было не ниже 60ом. и не выше 600ом. Подключать их нужно так, что на обмотку с большим сопротивление должен приходить сигнал, а с обмотки у которой меньшее сопротивление — сигнал снимается.
Интерфейс лучше поместить в коробочку из фольгированного текстолита или жести. Использование пластмассовой коробочки — не желательно. Провода идущие на СОМ-порт и на звуковую карту экранированне и продеты через маленькие ферритовые кольца (1-2 витка).
Приёмная часть
Во время, приема сигнал из трансивера поступает на трансформатор. Не желательно (хотя и можно) использовать для этого выход УНЧ, в цифровых видах связи важно минимизировать искажения, которых и так накапливается достаточно, поэтому используйте выход из специального разьема для подключения модема, если его нет, то выход с предварительного УНЧ до регулятора громкости. Необходимый уровень НЧ для программы, устанавливается регулятором громкости в операционной системе. В приёмной части не должно быть конденсаторов и других элементов влияющих на АЧХ пришедшего из радиостанции сигнала.
Передающая часть
Сигнал со звуковой карты компьютера, поступает на разьем LINE OUT и далее на трансформатор. После него установлен простейший фильт в частотой среза 3кГц, он обрезает гармоники, которыми так богат НЧ сигнал с компьютера. Далее, сигнал поступает на вход трансивера TXD. Хочу обратить внимание, не на микрофонный вход, а именно на вход для подключения модема! На всех современных трансиверах, есть отдельный разьем для модема, его и нужно использовать. Подключаться к микрофонному входу крайне не желательно, но если другого выхода нет, то поставьте делитель 1:100 на двух резисторах (10ком/100ом). Этот делитель, нужно сделать штеккере который подключается к микрофонному разьёму. Для самоконтроля передаваемого сигнала, используется капсуль от наушников плеера (ТЛФ), распологается он в коробочке. Уровень НЧ сигнала на передатчик, устанавливается регуляторами уровня звука, из операционной системы.
Управление (PTT)
Оптронная развязка в цепи управления приемом и предачей, применена для гавальнической развязки между ПК и радиостанцией. Следует обратить внимание на выбор оптопары. Дело в том, что многие типы оптопар, при открытии транзистора имеют остаточное сопротивление 80-150ом, между переходом коллектор-эмиттер. Это приводит к тому, что некоторые модели трансиверов могут не переключаться на передачу. Я использовал 4N28 или CNY17. В скобках указан 4 вывод, это сигнал DTR, его можно использовать вместо RTS, в некоторых программах. Светодиод, любой красный, он загорается во время передачи и служит индикатором PTT. Его можно заменить резистором.
Если трансивер не переключается на передачу из-за остаточного сопротивления, самый простой способ — подобрать оптопару с наименьшим сопротивлением. Второй способ — установить постоянный резистор между коллектором и эмиттером оптопары, для того чтобы он уменьшал остаточное сопротивление, до того значения когда трансивер переключится на передачу (например для ic-718 я использовал резистор 470 ом). Третий способ — установить два оптрона последовательно по цепи диодов и паралельно по цепи транзисторов, в этом случае сопротивление перехода оптрона уменьшается в два раза и составит 30-80 ом.
Некоторые современные компьютеры не имеют COM-портов. В этом случае, купите преобразователь и пользуйтесь им для управления PTT. Другой вариант, использовать LPT-порт. Некоторые программы, позволяют это, например TrueTTY, MixW, UZ7HO и др. Ввиду того что уровень напряжений на LPT порту меньше чем на COM, иногда нужно немного уменьшить резистор включенный последовательно с оптроном.
Один из вариантов исполнения интерфейса на трансформаторах (с переходником для LPT-порта) смотрите на фотографии. Со стороны радиостанции припаяны два разьёма, один для FT-857D, другой для MOTOROLы.
Моно или Стерео?
Для соединения со зв.картой используются стандартные стерео-штеккеры диаметром 3.5мм. Я думаю, что правильнее подавать сигнал только по одному из каналов и лучше для этого использовать крайний штеккер, для совместимости с моно разьемами. Средний вывод на разьеме, просто не нужно никуда подключать. Почему именно так? Дело в том, что при подачи сигналов одновременно по двум каналам на один источник, могут возникнуть взаимные фазовые искажения и накладки. Теоретически, этого не должно быть, но так ли это на самом деле проверить мы не можем, поэтому лучше использовать всегда МОНО соединение.
Звуковая карта
Для того чтобы получить высокое качество цифрового сигнала, мало сделать этот интерфейс, нужно еще настроить саму звуковую карту. Это несложно и займет немного времени, зато результат будет отличным! Настройку звуковой карты можно условно разделить на несколько этапов:
- Установка оптимального уровня звукового сигнала для приема и уровня для передачи.
(в разных программах, эти уровни могут отличаться) - Калибровка приемного канала звуковой карты (калибровка на прием).
- Калибровка передающего канала звуковой карты (калибровка на передачу). Устранение несовпадения частот между приемным и передающим каналом. —>
По качеству приема, я не замечал большие различия между зв.картами. Есть такие, которым нужно подавать больший сигнал на вход, если он достаточен — прием нормальный. Используйте ту карту которая у вас есть, главное правильно настроить ее.
Две звуковые карты
Часто, удобнее поставить в ПК дополнительную звуковую карту. Так вы сможете основную зв.карту использовать по прямому назначению, а дополнительную только для работы цифровыми видами связи. Никаких конфликтов в Windows2000, WindowsXP, Win7 не возникает.
Источник
Записки программиста
Самодельный интерфейс для работы в цифровых видах связи
Из статей про BPSK и FT8 нам известно, что для работы в цифровых видах связи требуется внешняя звуковая карта. Иногда ее называют цифровым интерфейсом, digital mode interface или как-то так, хотя, если не считать пары особенностей, это самая обычная USB звуковая карта. Популярным среди радиолюбителей решением является SignaLink USB, но устройство это не из дешевых. Существуют более бюджетные аналоги, но они имеют целый ряд проблем, который уже был озвучен ранее. Так вот, оказывается, не так уж сложно сделать свое устройство, ничем не уступающее SignaLink, только намного дешевле.
Fun fact! Некоторые трансиверы, например Yaesu FT-991A, имеют встроенную звуковую карту, но это исключение из общего правила.
В основе нашего устройства будет лежать готовая звуковая карта с USB-интерфейсом. На eBay было заказано сразу несколько недорогих звуковых карт. К сожалению, оказалось, что качество многих из них ни на что не годится. Одни звуковые карты воспроизводят или записывают звук с заметными артефактами, например, с каким-то писком. Другие устройства приходят дефектными, например, воспроизводят звук только на одном канале. В итоге оптимальным в плане отношения цена/качество мне показались карты на базе чипа CM108, вот такие:
Устройство имеет предустановленные драйверы как в MacOS, так и в Linux. Запись и воспроизведение звука происходит без каких-либо артефактов. Три экземпляра, приобретенные у трех разных продавцов, пришли в полностью исправном состоянии. А еще к устройству легко подпаяться, что немаловажно в нашей задаче. Цена такой звуковой карты составляет менее 3$ вместе с доставкой.
Стоит сказать, что CM108 не то чтобы очень хорошо воспроизводил музыку. Но нам это и не требуется, так как работать предстоит с частотами до 3 кГц.
Рассмотрим схему нашего самодельного цифрового интерфейса. Отмечу, что все подобные устройства работают примерно одинаково. Если вы поняли принцип работы одного, то вы знаете, как работают все. Для рисования принципиальных схем я использовал KiCad.
К звуковой карте был подпаян разъем USB тип B. Это позволяет использовать USB-кабель той длины, какой удобно, и при необходимости легко заменить его. Аудио вход и выход карты идет на потенциометры, при помощи которых осуществляется регулировка звука. Если вы предпочитаете регулировать звук в системных настройках, то можете спокойно обойтись и без потенциометров.
Подключение к трансиверу осуществляется через разъем RJ45. Если у вас несколько трансиверов, то вы сможете использовать для них один и тот же цифровой интерфейс, нужно только обжать разные кабели. Опять же, в случае повреждения кабеля, его будет легко заменить. Приведенная распиновка соответствует распиновке SignaLink для трансивера Yaesu FT-891. У меня уже была пара соответствующих кабелей как для этого трансивера, так и для Xiegu X5105, и я не видел смысла что-то менять.
Трансивер соединен с аудио входом и выходом звуковой карты через пару трансформаторов. Недорогие трансформаторы можно найти на eBay по запросу вроде «audio transformer 600:600 ohm». Трансформаторы осуществляют гальваническую развязку цепи. Если их не использовать, возникает земляная петля (ground loop).
Суть проблемы заключается в том, что земля в вашем компьютере и земля в трансивере на самом деле имеют немного разные потенциалы. В результате возникает паразитный электрический ток, называемый выравнивающим током. Само собой разумеется, ни к чему хорошему такой ток не приводит. В лучшем случае WSJT-X будет видеть непонятные наводки, в худшем — трансивер будет жить своей жизнью, включаясь на передачу когда ему вздумается. Трансформаторы разрывают земляную петлю, тем самым избавляя нас от всех этих проблем.
На третьем пине разъема RJ45 мы видим PTT. Трансивер включается на передачу, когда этот пин притянут к земле. Если же пин «плавает», трансивер находится в режиме приема. Нам предстоит реализовать схему VOX (Voice-Operated eXchange), которая как бы нажимает PTT, когда с аудиокарты идет какой-то звук, и отпускает PTT в остальное время. Схема VOX приводится далее.
Конденсатор C1 на всякий случай отрезает постоянную составляющую сигнала с аудио выхода звуковой карты. Диоды D1 и D2 образуют выпрямитель. Ранее мы использовали такой же выпрямитель в индикаторе напряженности поля. Они нужны по той причине, что аудиосигнал колеблется около нуля. Однако далее его требуется подать на вход операционного усилителя LM358, который запитан от 0 В и 5 В. То есть, никакой шины отрицательного напряжения в нашем устройстве нет, и подавать напряжение меньше 0 В на вход LM358 нельзя. Выпрямитель как раз и гарантирует, что этого не произойдет.
Fun fact! Как правило, операционные усилители могут принимать на вход напряжение где-то от Vee+2 до Vcc−2 В. Однако операционные усилители, использующие PNP-транзисторы на входе, могут работать с входом от Vee до Vcc−2 В. LM358 как раз относится к последним, см даташит [PDF]. Это позволяет подавать от 0 до 3 В на вход при однополярном питании 5 В. А вот с LM741 схема работать не будет.
В качестве D1 и D2 следует использовать германиевые диоды — 1N34 или их аналоги. Лично я использовал диоды отечественного производства Д310. Резистор R3 притягивает вход операционного усилителя к земле, чтобы он не плавал. Номинал резистора не критичен.
Далее идет схема под названием peak detector. Принцип ее работы прекрасно описан в видео Op Amp Peak Detector Tutorial, With Peak Detector Basics, снятом Alan Wolke, W2AEW. Поэтому здесь я воздержусь от объяснения ее работы и приведу только осциллограмму входа и выхода схемы:
На первом канале (желтым цветом) мы видим выход выпрямителя, он же вход peak detector’а. На втором канале (синим цветом) — выход peak detector’а. Фактически, схема определяет амплитуду входного сигнала. А умея определять его амплитуду, нетрудно реализовать VOX:
Второй операционный усилитель работает в режиме компаратора. Когда вход компаратора выше заданного порога, на выходе получаем высокое напряжение. В противном случае имеем низкое напряжение. Порог задается подстроечным потенциометром RV3.
Выход компаратора идет на оптопару 4N25. Когда компаратор выдает высокое напряжение, светодиод внутри оптопары излучает свет на базу транзистора, и он притягивает PTT к земле. Иначе светодиод не светится, и, как результат, PTT плавает. Как и трансформаторы, оптопара обеспечивает гальваническую развязку цепи. LM358 не может выдавать большой ток, поэтому в токоограничивающем резисторе на входе оптопары нет необходимости. Если его поставить, он даже будет мешать.
Поскольку данное устройство не работает с высокими частотами (если не считать сигнала в USB шине), и серийное производство в мои планы не входит, то плату я разводить не стал. Все было собрано на макетке:
Я не стал мудрить, и закрепил плату внутри корпуса с помощью двухстороннего скотча. Дно корпуса на всякий случай было изолировано с помощью каптона (термоскотча).
5.5$). Раньше мы использовали такой же корпус в самодельном эквиваленте нагрузки. Пластиковый корпус использовать нежелательно, когда неподалеку стоит КВ-антенна, излучающая несколько десятков ватт. Мы же не хотим, чтобы устройство ловило наводки и терялось системой посреди QSO.
Разъемы USB тип B (слева) и RJ45 (справа) были припаяны к уголкам из фольгированного текстолита. Затем в этих уголках были просверлены отверстия под болты M3, при помощи которых разъемы и крепились к корпусу. Таким образом, из разъемов, предназначенных для крепления на плату, получились разъемы для крепления на панель. Провода, идущие к USB разъему, я залил эпоксидкой, чтобы они не изгибались и не коротили на металлический корпус разъема, или друг на друга. Остатками эпоксидки я решил дополнительно закрепить разъем RJ45.
Квадратные отверстия я делал так. Сначала использовался шуруповерт со ступенчатым сверлом («елочкой») для получения круглых отверстий. Затем отверстиям придавалась окончательная форма при помощи квадратного надфиля.
Устройство тестировалось с трансиверами Yaesu FT-891 и Xiegu X5105, а также ноутбуками под управлением MacOS и Linux. Для работы в BPSK31 использовалась программа Fldigi, для FT8 и FT4 — WSJT-X, для SSTV — программа QSSTV (только под Linux). Радиосвязи были успешно проведены во всех комбинациях на разных КВ-диапазонах.
Мне не удалось выявить каких-либо недостатков такого самодельного устройства по сравнению с SignaLink. Цена устройства составила не более 10$, плюс пара свободных вечеров на его изготовление.
Источник