4. November 2010
Ein Soundkarteninterface selbst zu bauen, ist ein typisches und einfaches Selbstbauprojekt für jeden Funkamateur, der sich mit digitalen Betriebsarten beschäftigt. Die nachfolgend beschriebene Schaltung ist fast schon eine Standardlösung und natürlich nicht nur für PSK31 geeignet. Sie sorgt mittels der beiden NF-Übertrager und einem Optokoppler für eine vollständige Potenzialtrennung zwischen dem PC und dem Transceiver. Die PTT wird über die serielle Schnittstelle des PC gesteuert. Viele neue PCs besitzen leider keine serielle Schnittstelle (RS232) mehr. Dies ist aber kein Problem, da es für ein paar Euro Adapter von USB auf RS232 gibt, die zudem nicht besonders leistungsfähig sein müssen, da nur der Pin 7 (RTS) der seriellen Schnittstelle belegt ist.
Aufbau meines Soundkarteninterfaces einschließlich des Kabelsatzes. Farbiger Schrumpfschlauch vermeidet Verwechslungen. Der Anschluss an die serielle Schnittstelle benötigt unbedingt eine Zugentlastung (Schraube, Mutter, Unterlegscheibe) des Kabels, dessen Verlötungen früher oder später abbrechen. Der Mikrophon-Eingang wurde zu Sicherheit noch mit einem Ringkern versehen, um HF-Einstrahlungen zu unterdrücken.
Warum eine Potenzialtrennung? Potenzialtrennung bedeutet, dass die Masse und andere leitende Verbindungen des PC zur Funkanlage galvanisch getrennt sind. Es besteht kein Gleichstrompfad zwischen den zu trennenden Einheiten, in diesem Falle zwischen dem PC und dem Transceiver. Eine galvanische Trennung hat folgende Vorteile:
1. Vermeidung von Brummschleifen.
2. Schutz des PC vor Überspannung durch die Antenne oder des Senders.
3. Unter Umständen Dämpfung der Störeinstrahlung vom PC zum Empfänger.
Ich schloss einmal ein defektes Anpassgerät an meinem Transceiver. Dadurch war die Antenne nicht angeschlossen. Das Antennenkabel, dessen Mantel unter durch die Fehlanpassung unter einer hohen HF-Spannung stand, berührte das Kabel zur seriellen Schnittstelle auf kapazitiven Wege. Bevor ich den Fehler bemerkte, war die Schnittstelle für die Maus zerstört und ich musste das Motherboard wechseln. Übrigens verhindert in meinem Fall der Optokoppler, dass störende HF der seriellen Schnittstelle des Rechners einen Rauschteppich von mehreren S-Stufen beim Empfangen erzeugt.
Wann benötige ich keine Potenzialtrennung? Wenn zum Beispiel ein Notebook mit der Funkanlage verbunden ist, denn das Notebook ist im Gegensatz zu einem Desktop-PC nicht mit dem Schutzleiter verbunden. Ein anderer Fall liegt vor, wenn die Funkananlage und das Notebook über eine gemeinsame Batterie im Portabel-Betrieb gespeist werden. Falls das Notebook seine Masse am Pluspol der Batterie liegen hat, können wir in der Regel das Notebook bei der Elektronikschrott-Verwertung abgeben, da ein Kurzschluss Leiterbahnen im Notebook zerstört. Eine Potenzialtrennung vermeidet einfach Unheil.
Die Schaltung der PTT-Steuerung:
Stromlaufplan der PTT-Steuerung mit Otpokoppler (Großansicht hier).
Der Aufbau der PTT ist einfach. Auf den Buchsen und Steckern der seriellen Schnittstelle sind die Pin-Nummern erkennbar, so dass Verwechslungen ausgeschlossen sind. Pin 7 (RTS) der neunpoligen seriellen Schnittstelle liefert beim Senden eine positive Spannung, wodurch die rote LED D2 leuchtet und der Foto-Transistor des Optokopplers leitet. Dadurch steigt an der Basis von T1 die Spannung an, T1 leitet und die PTT schaltet durch. D1 ist eine Rückschlag-Diode, falls ein Relais angesteuert wird. C1 schließt eventuell einströmende HF kurz, damit beim Senden die PTT nicht hängenbleibt. Das Gehäuse der 9-poligen seriellen Buchse ist mit seinem Pin 5 zu verbinden. Als Optokoppler setzte ich den 4N25GV ein, weil ich ihn in der Bastelkiste fand. Es gehen aber fast alle anderen Typen. Manche Optokoppler liefern einen so hohen Ausgangsstrom, dass T entfallen kann.
9-polige Einbaubuchse für die serielle Schnittstelle mit improvisierter Zugentlastung mit Hilfe einer M3-Schraube. Mit Heißkleber vergossen, kann dieser Stecker direkt an den PC angeschlossen werden.
Beim Empfangen liegt an Pin 7 eine negative Spannung an und es leuchtet nur die grüne LED D3. R1 hat 2,2 kOhm und sorgt für eine Strombegrenzung, um die LEDs und die serielle Schnittstelle nicht zu zerstören.
Die Bauteile sind unkritisch. Für den Optokoppler geht wie gesagt fast jeder Typ aus der Bastelkiste. Die LEDs sind ebenfalls ganz normale Typen. D1 kann eine D1N4001 sein. Der Transisoter T1 kann zum Beispiel ein BC550 sein. Es geht jeder NPN-Kleinleistungstransistor mit mindestens 100 mA Kollektorstrom. Eigentlich könnte man auf den T1 verzichten, da die meisten PTT nur 20 mA benötigen und dies die meisten Optokoppler auch liefern können. Aber ich liege bei solchen Bastellösungen, die nicht auf den letzten Cent durchkalkuliert werden müssen, lieber auf der sicheren Seite.
Die Schaltung der Potenzialtrennung für die Soundkarte:
Die Potenzialtrennung für die NF der Soundkarte (Großansicht hier).
Mit dem oberen Teil wird die von der Soundkarte (Line OUT) kommende NF dem Mikrofoneingang des Transceivers zugeführt. R5 habe ich eingefügt, da oft der Soundkartenpegel viel zu hoch ist. Gerade bei PSK31 ist ein Übersteeurung des Senders unbedingt zu vermeiden, da sonst das Signal über das ganze PSK31-Segment splattert. Optional habe ich noch eine HF-Sperre in Form eines Mantelwellenfilters eingebaut, um zu vermeiden, dass der Sender mit einströmender HF moduliert wird. Ob das wirklich notwendig ist, kann ich noch nicht beantworten. Es hängt wie immer vom Einzelfall ab.
Der untere Teil führt die NF vom Empfänger zum Line IN-Eingang der Soundkarte. R3 und R4 (500 Ohm bis 1 kOhm) sorgen dafür, dass der linke und rechte Kanal versorgt wird, ohne dass diese beiden Kanäle kurzgeschlossen werden, was vielleicht einige Soundkarten nicht vertragen. Wer nur empfangen will, braucht nur diesen Teil der Schaltung aufbauen.
Mit den Trimmpotis (es gehen Werte zwischen 5 und 10 kOhm) werden die Pegel einmalig fest eingestellt. Die Kondensatoren stellen Tiefpässe dar, die eine Grenzfrequenz von über 20 kHz bilden, wodurch auch der Betrieb von DREAM für DRM und der Einsatz der Software SDRadio möglich ist. Beide Programme arbeiten mit einer ZF von etwa 12 kHz. Die Übertrager haben ein Windungszahlenverhältnis von 1:1 und eine Impededanz von 600 Ohm. Ich habe sie über den Online-Shop der Zeitschrift Funkamateur bezogen. Der Trafo heißt P1200 und stammt von ETAL. Selbstverständlich gehen auch andere Übertrager, die z.B. aus alten Monitoren ausgeschlachtet werden können. Je nach Windungszahlenverhältnis muss die Schaltung etwas angepasst werden. Viel falsch kann man bei dieser Schaltung nicht machen. Wer keine Lust hat die abgeschirmten Leitungen an die 3,5-mm-Stereoklinkenstecker zu löten, soll sich nicht scheuen zu fertig konfektionierten Kabeln zu greifen. Diese sind kaum teuerer und sparen eine Menge Zeit. Weitere Anregungen zu Soundkarten-Interfaces gibt es unter http://lea.hamradio.si/~s57nan/ham_radio/sb_intf/sb_intf.html von S56AL.
Aufbau auf einer Lochrasterplatte: Ich entschied mich für den Aufbau einer Lochrasterplatte, da diese Lösung mehr Möglichkeiten für Experimente und Erweiterungen liefert.
Der Aufbau des Soundkarteninterfaces auf einer Lochrasterplatte. Der blaue Block ist ist Relais, das für einen eventuellen zukünftigen Einsatz geplant ist. Die meisten Bauteile stammen aus austgeschlachteten Geräten.
Eine einfache Handskizze der Anschlussbelegung ist sehr hilfreich, wenn nach Jahren Umbauten gewünscht sind.
Wegen der großen und wenigen Bauteile habe ich es nicht für sinnvoll erachtet, einen Leiterplatte zu entwerfen, da diese zudem nur für einen bestimmten Transformator-Typ geeignet wäre.
Was mache ich, wenn meine Modulation bei PSK31 eine zu hohes IMD hat? Eine schlecht Modulation durch Verzerrungen führt zu einer Erhöhung der Bandbreite des ausgesendeten Signals. Dadurch wird Sendeenergie verschwendet und andere Stationen werden zudem gestört. Das IMD sollte kleiner als -20 dB sein. In der Regel werden IMD von -30 dB erzielt. Soundkartenprogramme für PSK31 können meistens das IMD der Gegenstation anzeigen. Allerdings entstehen ab und zu Fehlmessungen durch den Übertragungsweg. Folgende Ursachen können für ein hohes IMD verantworlich sein:
1. Nichtlinearitäten des Sender, besonders bei zu hoher Ausssteueurung. Mehr als 50 Watt sollte man einer 100-Watt-Endstufe nicht zumuten und 30 Watt reichen meistens für PSK31-Verbindungen.
2. Die Soundkarte selbst. Insbesondere billige Soundkarten für ein paar Euro im USB-Stecker-Gehäuse sind oft völlig ungeeignet, da die notwendige Filterung des Klasse-D-Endverstärkers aus Kostengründen unterlassen wurde. Zudem können diese billigen USB-Soundkarten Empfangsstörungen verursachen.
3. Falscher Soundkartentreiber. Obwohl die Soundkarte aus dem Lautsprecher gut klingt, kann der Treiber für Digi-Modes ungeeignet sein. Geeignete Treiber findet man direkt auf den Seiten des Herstellers der Soundkarte, des Chipsatzes oder des Mainboards.
4. Zu hohe Aussteuerung des Line-Ausgangs. Eine Mittelstellung scheint in den meisten Fällen optimal zu sein.
5. HF-Einstrahlung in den Mikrophon-Eingang des Senders. Abhilfe schaffen neben abgeschirmten Leitungen Ringkerne, um die ein paar Windungen der abgeschirmten NF-Leitung gewickelt werden.
Nach einigen Jahren ist das Soundkarten-Interface endlich in einem Gehäuse untergebracht worden. Von dieser Umschaltbox kann auch das Netzteil eingeschaltet werden.