Samstag, 21. März 2020

Automatischer Antennenschalter, Teil 4

Die Bedienung

... beschränkt sich im Normalfall auf das Einschalten.
Bei vorhandener Versorgungsspannung zeigt der rot leuchtende Einschalter an, dass sich das Gerät im Standby befindet. Nach dem Einschalten erlicht der Einschalter. 



Kurz nach dem Einschalten wird für ca. drei Sekunden die Firmware-Version angezeigt und ein Farbwechsel des Displays durchgeführt.
 

Das Gerät erkennt, ob auf dem PC ein CAT-fähiges Programm läuft, oder ob es selbst die CAT Requests erzeugen muss. Die Auswahl der Antenne erfolgt entsprechende dem am FTDX1200 eingestellten Sendeband. Sind mehr als eine Antenne für ein Band verfügbar, so wird die definierte Standardauswahl genutzt (orange LED). Alternativ für dieses Band verfügbare Antennen (grüne LED) können per Tastendruck gewählt werden.



Die Anzeige ist wie folgt aufgebaut:



Band:
Es wird das aktuelle Sende-Band angezeigt.

Antenn.Name
Hier wird die bis zu 11-stellige Bezeichnung der Antenne über die gesendet wird oder ERROR! angezeigt.

MODE
An dieser Stelle wird entweder AUTO oder PC-> angezeigt.

SPEC
An dieser Stelle wird entweder MAN! oder [SD] angezeigt.



*** Funktionsmodi ***

AUTO
Der Controller erzeugt die CAT Requests. Es ist keine externe "CAT request" Quelle in Betrieb, also auf dem PC läuft kein Programm (WSJT-X, JTDX, HRD, etc. ) oder der PC ist ausgeschaltet.




PC->
WSJT-X, JTDX, HRD oder ein anderes Programm erzeugt die CAT requests und der Controller wertet diese bzw. die Antworten des Trx aus.




ERROR (Display rot)
Ein Fehlerzustand: der Trx ist nicht eingeschaltet oder es ist eine Sendefrequenz gewählt, für die keine Antenne im System hinterlegt wurde.




MAN (Display magenta)
Alle Antennen können manuell über die Tasten ausgewählt werden, unabhängig davon, ob sie für die Sendefrequenz geeignet sind. Dies ist z.B. beim Testen von neuen Antennen sinnvoll, wenn man noch keine Konfiguration im System hinterlegt hat.




[SD]
Zum Aktualisieren der Antennenkonfiguration werden die Daten via SD-Karte übertragen. Die SD-Karte wird vor dem Einschalten des Gerätes eingelegt. Nach dem Einschalten erscheint dann [SD] im Display. Ein Druck auf die F-Taste bestätigt, dass die Daten von der SD-Karte übernommen werden sollen. Eine Prüfung, ob die Daten der SD-Karte Unterschiede zu den bereits eingespielten Daten aufweisen, erfogt nicht.





*** Antennenauswahl ***

AUTO und PC Mode
Die aktive Antenne wird im Display angezeigt und die zugehörige Taste durch die orange leuchtende LED markiert. Eine grüne LED zeigt alternativ wählbare Antennen an.




Durch Druck auf die entsprechende Taste wird diese Antenne aktiviert.




Während des Sendens leuchtet die LED rot.




Achtung: während des Sendens ist keine Neuwahl von Antennen möglich.


Manueller Mode
Durch Betätigen der F-Taste wird der manuelle Modus aktiviert. Der Display-Hintergrund leuchtet nun magentafarben.
Jede Antenne kann nun per Tastendruck ausgewählt werden.




Z.B. kann Antenne 5 zum Testen ausgewählt werden:




Durch erneuetes Betätigen der F-Taste wird der manuelle Modus beendet. Und die Standard-Antenne für das aktuelle Band wieder aktiviert.






Automatischer Antennenschalter, Teil 3

Das Gehäuse

Nach einer ausreichend langen Testphase und Designüberlegungen, folgte der Einbau der Komponenten in ein Gehäuse.
Ein Kühlrippengehäuse von Proma, mit den Maßen 168 x 110 x 80mm bot ausreichend Platz zum Unterbringen der Bedienteile und der Anschlüsse.

Die Frontplatte:




Als Designelement und zum Abdecken des wenig schönen Displaygehäuses, erhielt die Frontplatte eine 3D-gedruckte Blende aus PLA. Auch eine Halterung für die Frontplatine ist per 3D-Druck entstanden, um unschöne Verschraubungen mit der Frontplatte zu umgehen.




Der Platinenausschnitt für den SD-Kartenslot wird nicht mehr benötigt.




Die Rückseite:




Der SD-Karten Slot ist von der Vorderseite auf die Rückseite gewandert. Damit die SD-Karte leichter einzuführen ist, habe ich den Slot  mit einer Blende versehen (auch aus dem 3D-Drucker). Auch der Abstandhalter des SD-Kartenmoduls wurde ausgedruckt. Damit wurde das Modul an der Seitenwand der Oberschale verschraubt.



Für die Steckverbindungen der Steuerleitungen und der Stromversorgung habe ich auf verschraubbare Verbinder gesetzt, um ein unbeabsichtigtes Lösen zu verhindern.
Die Hauptplatine wurde in die Führungsschinen der Gehäuseunterschale eingelegt und mit zwei M3 Schraube so fixiert, dass sie bündig mit der Schalenkante abschloss. Die USB Buchse des Arduino steht etwas darüber hinaus ud findet in einer entsprechenden Öffnung der rückseitigen Anschlussplatte Platz.




Es folgte die Verkabelung mit Dupont-Steckverbindern.




Ein abschließender Funktionstest, vor dem Verschrauben des Gehäuses.




Die Verkabelung an der Rückseite:




Ready, ...

... steady, ...

...go!


Noch ein kurzes Update der Antennendaten per SD-Karte, um die Testdaten durch die Realität zu ersetzen und nun ist der Automatische Antennenumschalter im Einsatz.

Foto: Vergleich manueller Umschalter vs. automatischem Umschalter

 

[Teil 4: Bedienungsanleitung]
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Donnerstag, 9. Januar 2020

Abgleich Marantz PM8000 Vollverstärker

Ein "verwandter" (gehört meinem Cousin) Marantz PM8000 litt unter Verzerrungen im Class AB Betrieb des linken Kanals. Dies trat auch im Source Direct Mode auf. Die Klangregelung wird dabei umgangen, kann also als Ursache der Verzerrungen schon ausgeschlossen werden.

1. Maßnahme: Testhören



  • erst mit Boxen - die dem Verstärker in keinster Weise gerecht werden, ihn aber auf Temperatur bringen ;-)
  • dann mit Kopfhörer

Ja, die Wiedergabe wird mit der Zeit im linken Kanal unsauber.

2. Maßnahme: Sichtprüfung
  • keine abgerauchten Bauteile
  • keine ausgelaufenen Kondensatoren
  • keine Kondensatoren mit ausgebeulten Gehäusen
  • alle Steckverbindungen fest
  • keine korrodierten Anschlussbuchsen


3. Maßnahme: Ruhestrom-Abgleich und der DC Offset-Abgleich

Sind beide nicht richtig eingestellt, liegt der Arbeitspunkt der Verstärkerstufen evtl. im nichtlinearen Kennlinienbereich und es treten Verzerrungen auf.

Laut Service Manual ist wie folgt vorzugehen...

Ruhestrom Abgleich:

Die Messgeräte sollten möglichst vor dem Einschalten der Versorgungsspannung an die Messpunkte angeschlossen werden bzw. man sollte sich vergewissern, wo die Messpunkte sind. Denn die Erste Messung soll zwischen 30 und 60 Sekunden nach dem Kaltstart erfolgen.



Messpunkte an den beiden außenliegenden Anschlüssen (Widerstand mit Mittenabgriff), hier z.B. am 3335:

  • Input Selector auf CD stellen, ohne Signalquelle am CD-Eingang
  • Volume auf Minimum stellen
  • Spannungsversorgung (230V~, ±5%) einschalten
  • Spannungsmessung an den Widerständen 3335 und 3337 für den linken Kanal (L)
  • Spannungsmessung an den Widerständen 3336 und 3338 für den rechten Kanal (R)
  • durch langsames Drehen an den Trimmern 3299 (L) und 3300 (R) die Spannungen einstellen.
 
Nach 30 bis 60 Sekunden sollten die Spannungen zwischen 0,3 mV und < 0,4 mV liegen.


Die Spannungswerte sind die gemessenen Werte an den Widerständen 3335 und 3336. Die Werte an 3337 und 3338 wichen um ca. ±0,2 mV davon ab.


Sofort nach dieser Messung:
  • Class A Betrieb auswählen
  • Messpunkte bleiben gleich
  • durch langsames Drehen an den Trimmern 3309 (L) und 3310 (R)  die Spannungen einstellen.



Die Spannungen sollten zwischen 65 mV und < 70 mV liegen.



Die Spannungswerte sind die gemessenen Werte an den Widerständen 3335 und 3336. Die Werte an 3337 und 3338 wichen um ca. ±1 mVdavon ab.




30 Minuten warten ...

  • Class AB Betrieb auswählen
  • Messpunkte bleiben gleich
 
Die Spannungen sollten sie sich bei 18 mV ±3 mV einpendeln.



Die Spannungswerte sind die gemessenen Werte an den Widerständen 3335 und 3336. Die Werte an 3337 und 3338 wichen um ca. ±2 mV davon ab.


  • Class A Betrieb auswählen
  • Messpunkte bleiben gleich
 
Die Spannungen sollten sie sich bei 90 mV ±5 mV einpendeln.



Die Spannungswerte sind die gemessenen Werte an den Widerständen 3335 und 3336. Die Werte an 3337 und 3338 wichen um ca. ±1 mV davon ab.






Abgleich DC Offset-Spannung:

  • Spannungsmessung an den Lautsprecheranschlüssen des linken und rechten Kanals
  • durch Drehen an den Trimmern 3263 (L) und 3264 (R) die Offset Gleichspannung auf < ±10 mV einstellen. Ideal wären 0 V.


Nahe dran:



Damit war der Abgleich abgeschlossen.

4. Maßnahme: Übertragungsmessung



  • magenta: Eingangssignal 10 kHz, CD Eingang linker Kanal, Class AB, Direct Source
  • gelb: Ausgangssignal linker Kanal an 50Ω Lastwiderstand mit aufgedrehtem Volume
  • weiß: Frequenzspektrum 0 - 100 kHz

Bei Verzerrungen hätte Harmonische der 10 kHz Schwingung im Frequenzspektrum erkennbar sein müssen. Da waren keine.


5. Maßnahme: Wieder Testhören

Auch nach einer Stunde - diesmal an brauchbaren Infinity Boxen - keine hörbaren Verzerrungen oder Unsauberkeiten. Aber da jeder ein anderes Gehör hat, ist letztendlich das Urteil meines Cousins ausschlaggebend und der bestätigte, dass sein Verstärker wieder einwandfrei läuft. :-)



Eingesetzte Messgeräte:
  • Digitech DT-4000ZC, 400 mV Messbereich, ±0,5%+5Dig, Auflösung 100 μV
  • PeakTech 3345, 400 mV Messbereich, ±0,5%+2Dig, Auflösung 100 μV
  • Siglent SDS1202X-E

Samstag, 4. Januar 2020

Automatischer Antennenschalter, Teil 2

Ich habe das System auf zwei Platinen verteilt, das Controller Board und das Front-Board. Das Front-Board enthält alle Bedienelemente, das Display und - obwohl nicht auf dem Board platziert - das SD-Card Modul. Zusammenfassend: alles was über die Frontplatte zugänglich ist.


Ein erster Entwurf für die Platzierung der Bauteile:


Als Display verwende ich jedoch ein Dot-Matrix LCD Display mit 2x16 Zeichen und RGB Hintergrundbeleuchtung von Adafruit. Dadurch erübrigen sich die beiden LEDs links neben dem Display.



 
Bis auf zwei zusätzliche Pins ist die Pin-Belegung nahezu identisch mit den üblichen einfarbig hintergrundbeleuchteten Displays, so dass ein Austausch jederzeit möglich wäre. Die RGB-Beleuchtung hat den Charme, unterschiedliche Betriebszustände so sichtbar zu machen, dass man sie auch aus den Augenwinkeln erkennen kann.

Das Display wird mittels eines TWI Moduls angesteuert.
TWI = Two-Wire-Interface (oder I2C = Inter-Integrated Circuit)



Auch die Tasten und die 2-farbigen LEDs werden mit dem TWI verbunden. Dazu verwende ich einen MCP23017-E/SO 16-Bit I/O-Expander.

Das SD-Card-Modul wird via SPI mit dem Controller verbunden.
SPI = Serial Peripheral Interface



Ich habe mich für eine SD-Card im Normalformat entschieden. Micro-SD ist mir in der Handhabung zu fummelig. Die Konfigurationsdateien sind nur wenige Kilobyte groß. Die Speicherkapazität gebräuchlicher SD-Karten wird dadurch also nicht erschöpft.

Apropos fummelig:
Der MCP23017-E/SO hat ein 28-poliges SOIC Gehäuse, also ein SMD. Ebenso habe ich mich entschlossen, alle Widerstände und Kondensatoren als SMD auf die Leiterbahnseite zu montieren. Durch die Schalter, LEDs und das Display ist der Platz auf der Oberseite der Platine sehr begrenzt. Eine Hybridbestückung schuf Abhilfe.


Die Schaltung



Das Board

Maße: 68 mm x 100 mm
SD ist hier ein "Platzhalter" für einen Ausschnitt aus der Platine, in den das SD-Card-Modul eingefügt wird, und zwar im 90°-Winkel, an der Seitenwand des Gehäuses befestigt. Der Kreis daneben wird eine Bohrung für den Ein-Schalter, der leider tiefer ist, als der Abstand der Platine zur Frontplatte.

Bauteilliste:



Der Aufbau

Das Layout stammt noch von einer Vorversion und stimmt nicht zu 100% mit der oben dargestellten Version überein. Manche Fehler fallen erst beim Aufbauen auf. So fehlt JP6 für die Spannungsversorgung des SD-Card-Moduls - nicht notwendig, aber sinnvoll.
R11, der Pull-Up-Widerstand für den RESET-Pin des MCP23017, hatte ich schlicht vergessen und nachträglich aufgelötet.



Das TWI-Modul des Displays habe ich nicht direkt verlötet. Eine abgewinkelte Buchsenleiste lässt sich problemlos auf die Pads auflöten. Das Modul wird somit steckbar.



Eigentlich sind diese Module dafür gedacht, sie direkt von hinten mit dem Display zu verlöten. Da mein Display aber schon mit einer Stiftleiste bestückt war, hätte ich diese dazu entlöten müssen. Die Aufsteckvariante gefiel mir besser und brachte mehr verfügbare Bestückungsfläche auf der Platinenunterseite.



Verbindungen:


Funktionstest:

Die Firmware benötigte noch geringfügige Anpassungen und läuft nun.
Z.B. könnten für das 20m-Band die Antennen 3-5 genutzt werden. Vorgegeben und automatisch ausgewählt wird Antenne 3 (Dipol 20), erkennbar auch an der gelben LED. Die grünen LEDs zeigen an, welche Antennen für das 20m-Band noch in Frage kämen. Diese können dann durch Tastendruck ausgewählt werden.



Bis hierhin funktioniert es technisch schon mal. Als nächstes erfolgt der Einbau in ein Gehäuse und die Verkabelung mit den externen Steckverbindern. Eine Programmbeschreibung folgt.

[Teil 3...]