ELcon Consulting & Engineering

Brunnhaldenstrasse 8 3510 Konolfingen Switzerland

Telefon Fax E-Mail Shop

+41 (0) 31 792 04 61 +41 (0) 31 792 04 62 info@elcon.ch http://shop.elcon.ch

EL-2 Universeller DRM-Mischer

Beschreibung und Einbauanleitung Software Version 1.0e

5. Oktober 2007

Inhaltsverzeichnis: 1 Einleitung ........................................................................................................................................ 3 2 Der universelle DRM-Mischer ......................................................................................................... 4

2.1 Aufbau .................................................................................................................................... 4 2.1.1 Der "Local Oscillator" ......................................................................................................... 4 2.1.2 Der Teiler ........................................................................................................................... 5 2.1.3 Der Mischer........................................................................................................................ 5 2.1.4 Stromversorgung ............................................................................................................... 5

2.2 Konfigurieren des Oszillators ................................................................................................. 5 2.2.1 Berechnen der LO-Frequenz ............................................................................................. 5 2.2.2 Programmieren des Oszillators ......................................................................................... 8

2.3 Einbau des Moduls in den Empfänger ................................................................................. 10 2.4 Empfangstest ....................................................................................................................... 10

3 Anhang.......................................................................................................................................... 11 3.1 Spezifikationen ..................................................................................................................... 11 3.2 Bestückungsplan .................................................................................................................. 11 3.3 Schema ................................................................................................................................ 11

Wichtig! Hinweise oder Tipps für die korrekte Funktion des EL-2.

Vorsicht! Unbedingt beachten.

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 2 / 12

1 Einleitung Digital Radio Mondiale (DRM) ist weltweiter Digitalrundfunk auf Lang-, Mittel- und Kurzwelle. Er umfasst vor allem Radio, aber auch Datendienste und Amateurfunk. Eine Weiter-entwicklung ist DRM+ als Übertragungsstandard für Frequenzen über 30 MHz, somit auch für UKW. Die Audiodaten werden mittels AAC oder AAC+ komprimiert und per OFDM / COFDM übertragen. Die Klangqualität des Audiosignals soll "Near-FM Quality", also UKW-ähnliche Qualität erreichen. Die Audioqualität ist ab einer Datenrate von ca. 16kBit bei Ver-wendung des AAC+ Codecs doch deutlich besser als ein übliches 5kHz breites analoges Audiosignal und es ist auch möglich, die Sendungen in Stereo zu übertragen. DRM ist ein offener Standard und ist die logische Konsequenz der Digitalisierung anderer Rundfunkverbreitungswege wie DAB, DVB-S, DVB-T etc. für den Kurz- Mittel- und Lang-wellenbereich. Durch die schrittweise Digitalisierung der AM Frequenzbänder und der damit verbundenen Verbesserung der Audio-Übertragungsqualität erhofft man sich eine Wieder-belebung der altbewährten AM-Verbreitungswege.

Abbildung 1 Abbildung 2

Das DRM Signal wird über die bereits bestehenden Kurz- Mittel- und Langsender aus-gestrahlt. Die Abbildung 1 zeigt die mächtige Antenne des Senders in Sines, Portugal (37.57N 08.46W). Mit 90 kW ist das Programm der "Deutschen Welle" z.B. auf 13.81 MHz oder 15.715 MHz in grossen Teilen von Europa zu hören, siehe Abbildung 2. Eine Liste der DRM-Sender findet man auf der Internetseite http://www.wwdxc.de/drm.htm . Damit DRM-Sendungen empfangen werden können, braucht es einen DRM tauglichen Empfänger. Leider werden solche noch nicht so zahlreich auf dem Markt angeboten oder sind noch recht teuer. Es ist auch möglich, einein normalen AM-Empfänger DRM-tauglich zu machen, in dem man einen zusätzlichen DRM-Mischer einbaut. Dieser mischt die Zwischenfrequenz, z.B. 455kHz auf eine tiefere ZF von 12kHz hinunter. Dieses Signal wird auf den Audioeingang einer Soundkarte eines PCs oder Laptops gegeben. Im PC sorgt dann ein Softwaredecoder z.B. "Dream" für die weitere Verarbeitung.

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 3 / 12

2 Der universelle DRM-Mischer

2.1 Aufbau Der universelle DRM-Mischer besteht aus vier Funktionsblöcken (siehe Schema im Anhang): ♦ programmierbar Oszillator (CY27EE16) ♦ Teiler (SN74AS74, kann optional geschaltet werden) ♦ Mischer (SA612) ♦ Stromversorgungen (LM78L05, LM78L33)

2.1.1 Der "Local Oscillator" Der Local Oscillator ist mit dem Baustein CY27EE16 von Cypress aufgebaut, welcher über ein I²C-Interface reprogrammierbar ist. Er enthält einen 2KBit EEPROM-Speicher zum Speichern von Konfigurationsdaten sowie einen 16KBit unabhängigen EEPROM-Speicher der, jedoch in unserer Anwendung nicht gebraucht wird. Die Abbildung 3 zeigt den Aufbau dieses universellen Oszillatorbausteins.

Abbildung 3

Ein 8MHz Quarz bestimmt den Masterclock (OSC). Der genaue Frequenzabgleich des Quarzes erfolgt nicht mit einem externen Trimm-Kondensator, sondern mit einem internen Abgleichkondensator, dessen Wert per Software bestimmt werden kann. Damit kann die Quarzfrequenz genügend genau kalibriert werden. Eine PLL, mit den softwareprogrammierbaren Frequenzteilern Q und P, erzeugt aus der Quarzfrequenz eine Frequenz zwischen 100 und 400MHz, welche mit dem Ausgangsteiler auf die gewünschte Ausgangsfrequenz geteilt wird. Die optimale Kombination der ver-schiedenen Einstellungen von P, Q und dem Ausgangsteiler ergeben (fast) alle gewünschten Frequenzen. Zum Berechnen dieser Parameter hat Cypress ein Tool, die CyberClocks Software, zur Ver-fügung gestellt, mit dem die Frequenzberechnung sehr einfach ist (siehe Kapitel 2.2.). Die programmierbaren Frequenzen können im Bereich von ca. 0.8 bis 200MHz liegen.

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 4 / 12

2.1.2 Der Teiler Da der Local Oscillator nur Frequenzen ab ca. 800kHz generieren kann, muss für niedrigere Zwischenfrequenzen die Frequenz des Local Oscillators geteilt werden. Dazu stehen zwei Frequenzteiler mit einem Teilerverhältnis 2:1 und 4:1 zur Verfügung. Je nach gewünschter Frequenz wird der Local Oscillator auf die doppelte oder vierfache Frequenz programmiert (Beispiel siehe Kapitel 2.2).

2.1.3 Der Mischer Der SA612A ist ein monolithischer "low-power VHF monolithic double-balanced mixer" mit integriertem Oszillator- und Spannungsregler. Es ist für Signalfrequenzen bis zu 500MHz und Oszillatorfrequenzen bis 200MHz bestimmt. Die Oszillatorschaltung kann mit einem Quarz, einem LC-Schwingkreis betrieben werden oder als Buffer für einen externen Local Oscillator dienen (siehe Blockschaltbild Abbildung 4).

Abbildung 4

Der Mischer ist eine "Gilbert Zelle", die einen Gewinn von mehr als 14dB hat. In der An-wendung hier wird das Local Oscillator -Signal vom universellen Oszillator (siehe 2.1.1) ein-gespeist. Das zu mischende Signal wird mit einer Rechteckfunktion multipliziert. Aufgrund der Oberwellen der Rechteckfunktion muss eine Filterung des Ausgangssignals vor-genommen werden. Diese Filterung übernimmt der Kondensator C8 (siehe Schema im An-hang). Wird der universelle Mischer für höhere Ausgangsfrequenzen wie für NF (bis 20kHz) benutzt, ist der Kondensator C8 zu entfernen und ein abgestimmtes Filter nachzuschalten.

2.1.4 Stromversorgung Zur Entkopplung des Mischers (analog) und des Local Oscillators (digital) wurde für beide Funktionsgruppen getrennte Spannungsregler eingesetzt. So wird vermieden, dass der Local Oscillator über die Spannungsversorgung in den Mischer einstreut. Die Eingangsspannung des Moduls kann zwischen 7 und 15V betragen. Die Stromaufnahme beträgt, je nach Frequenz des Local Oscillators, zwischen 10 und 30mA.

2.2 Konfigurieren des Oszillators

2.2.1 Berechnen der LO-Frequenz Die Firma Cypress, welche den Baustein CY27EE16 fabriziert, stellt auch gleich ein Hilfs-programm zum Berechnen der verschiedenen Parameter zur Verfügung. Das ca. 15MB grosse Programm kann unter der folgenden Adresse heruntergeladen werden: http://download.cypress.com/publishedcontent/publish/design_resources/software_and_drivers/contents/cyberclocks_r3_20_00_13.zip

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 5 / 12

Nach dem Start des Programms wird der Menupunkt ISR CY27EE16 ausgewählt (siehe Abbildung 5).

rland Seite 6 / 12

Abbildung 5

Jetzt öffnet sich die Programmoberfläche des Berechnungsprogramms für den hier ver-wendeten Baustein CY27EE16. Im Eingabefeld "REF" muss zuerst die Quarzfrequenz von 8MHz eingetragen werden.

Abbildung 6

Die Frequenzen, welche in den Feldern "CLK6" oder "CLK5" eingetragen werden, sind zuerst noch zu berechnen. Zwei Beispiele sollen das Vorgehen veranschaulichen. Beim ersten Beispiel wollen wir den DRM Empfang für den IC-756 ermöglichen. Die Zwischenfrequenz beträgt 455kHz. Diese Standard-ZF wird von vielen Empfängern benutzt, und so sind die berechneten Parameter auch für weitere Geräten verwendbar. Die Aus-gangsfrequenz soll 12kHz betragen: Gegeben: Mischer-Eingangsfrequenz = 455kHz

Mischer-Ausgangsfrequenz = 12kHz Nachgeschalteter Teiler ist 1:2 CLK6 und J1 geschlossen (J2, J3 offen). Der zusätzliche Teiler ist nötig, weil der Oszillator keine Frequenz unter 0.8 MHz er-zeugen kann.

Gesucht: Frequenz "CLK6"

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switze

Berechnung: ( )CLK6 Teilungsfaktor Mischer-Eingangsfrequenz Mischer-Ausgangsfrequenz= ⋅ ±

( )CLK6 2 0.455 0.012 0.934

Für "CLK6" erhalten wir zwei verschiede Frequenzen. (1) MHz MHz MHz= ⋅ + =

( )CLK6 2 0.455 0.012 0.886

bzw.

(2) MHz MHz MHz= ⋅ − =

Die Frequenzen (1) oder (2) werden im Eingabefeld CLK6 eingetragen und mit der Taste

berechnet. Beim IC-756 liegt nach der 3. ZF-Stufe (455kHz) das Signal für das DRM-Decoderprogramm bereits im richtige Seitenband vor. Für die Beibehaltung der korrekten Seitenbandlage des 12kHz NF-Signals muss die Frequenz des LO tiefer liegen als die ZF. Für CLK6 ist die Frequenz (2) = 0.886 MHz einzutragen. Das Übertragen der berechneten Daten in den Oszillatorchip ist im Kapitel 2.2.2 be-schrieben.

Je nachdem, welches Seitenband der von Ihnen verwendete DRM-Decoder ver-arbeiten kann, gelingt der Empfang oder eben nicht. Beim frei erhältliche DRM De-

codierprogramm "Dream"1 ist es möglich, das Eingangssignal zu invertieren. Kann das ver-wendetes DRM-Programm jedoch das Eingangssignal nicht decodieren kann es daran liegen, dass das DRM-Signal im falschen Seitenband vorliegt. Dann ist die Frequenz (1) für "CLK6" zu programmieren. Durch diese Massnahme wird das Seitenband des DRM Signal invertiert. Als zweites Beispiel wollen wir den Mischer für das Gerät FT-747 mit einer Zwischen-frequenz von 8.212MHz konfigurieren: Gegeben: Mischer-Eingangsfrequenz = 8. 212MHz

Mischer-Ausgangsfrequenz = 12kHz Nachgeschalteter Teiler wird nicht benötigt J3 geschlossen (J1, J2 offen)

Gesucht: Frequenz "CLK5" Lösung:

Für "CLK5" erhalten wir auch wieder zwei verschiede Frequenzen. (3)

( )CLK5 Mischer-Eingangsfrequenz Mischer-Ausgangsfrequenz= ±

( )CLK5 8.212 0.012 8.224MHz MHz MHz= + =

( )CLK5 8.212 0.012 8.2

oder

(4) MHz MHz MHz= − =

Abbildung 7

1 kompilierte Versionen können unter http://devel.der-schall.de/dream.php heruntergeladen werden

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 7 / 12

2.2.2 Programmieren des Oszillators Das Laden der berechneten Daten in den CY27EE16 Chip erfolgt über einen Zwischenschritt mit einem speziellen "CY27EE16-Uploader"-Programm. Dazu müssen die Daten aus dem Berechnungsprogramm in ein Binary-File gespeichert werden.

Abbildung 8

Der Name des binären File muss mit "CLK" beginnen und die Endung ".bin" haben. Das File muss im selben Ordner wie das "CY27EE16-Uploader"-Programm gespeichert sein und es darf sich nur ein CLKxxxxx.bin File in diesem Ordner befinden. Beispiele für File-Namen: "CLK6_0_886.bin" Frequenzausgang ist Port CLK6 mit der Frequenz 0.886MHz oder "CLK5_8_200.bin" Frequenzausgang ist Port CLK5 mit der Frequenz 8.200MHz. Verbinden Sie das Programmierkabel mit dem EL-2 und einem freien COM-Port des PCs. Speisen Sie das Modul mit einer Gleichspannung von 7 bis 15V über das Programmierkabel. Nach dem Start des "CY27EE16-Uploader" Programms sucht dieses automatisch an allen COM-Ports nach einem EL-2 Modul. Findet das Uploader-Programm ein entsprechendes Upload-File, wird dieses geladen und der File-Name (grün) und die darin enthaltenen Daten werden angezeigt.

Abbildung 9

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 8 / 12

Sollte beim Start des Programms die automatische Suche nach dem EL-2 Modul erfolglos sein, dann wählen Sie den korrekten Port manuell aus (siehe Abbildung 10). Es werden nur vorhandene COM-Ports angezeigt.

Abbildung 10

Mit den Tasten "Toggle SDA" bzw. "Toggle SCL" (siehe Abbildung 10) können die Pegel am Programmierkabel gesetzt und mit einem Voltmeter überprüft werden (max. 4.7V, min -0.7V). Dies funktioniert jedoch nur einwandfrei, wenn das Programmierkabel an das DRM-Modul angesteckt ist oder die Pins "SDAT-Out" und "SDAT-In" über einen 4.7kΩ Widerstand (Ersatz für R1) miteinander verbunden werden. Mit der Taste werden die Frequenz-Daten aus dem CLKxxxxx.bin File in den permanenten Speicher (EEPROM) des CY27EE16 übertragen. Damit die geladenen Daten aktiv werden, ist am EL-2 Modul für eine kurze Zeit die Speisespannung zu entfernen. Schwingt der Quarz Y1 (8MHz) nicht genau auf der Soll-Frequenz, können die Bürdekapazi-täten des Quarzes per Software in Stufen verändert werden (siehe Abbildung 11). Die Ein-stellung mit dem Schieber "Cap-Load for Crystal" wirkt sich sofort auf die Frequenz aus (mit einem Frequenzzähler die Ausgangsfrequenz messen und auf Sollfrequenz einstellen).

Abbildung 11

Mit der Taste wird anschliessend die Einstellung "Cap-Load" im EEPROM des CY27EE16 gespeichert. Jeder Upload-Vorgang überschreibt diese Daten.

Das "CY27EE16-Uploader" Programm erlaubt auch gezielt einzelne Speicherstellen des CY27EE16 zu lesen oder zu beschreiben (siehe Abbildung 12). Hier ist jedoch

grösste Vorsicht geboten! Die Lese- und Schreib-Funktionen sollten nur nach genauem Studium des Datenblatts des CY27EE16 verwendet werden, da es sonst zu unerwarteten Fehlfunktionen kommen kann. Ändern Sie die "Slave-ID" in den Adressen 0x05 und 0x06 auf keinen Fall, denn sonst ist der Baustein nicht mehr ansprechbar und kann nicht mehr neu- bzw. umprogrammiert werden.

Abbildung 12

Die Taste beendet das Programm.

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 9 / 12

2.3 Einbau des Moduls in den Empfänger Für den Einbau des Moduls in verschiedene Empfänger findet man unter der Internetadresse http://www.drmrx.org/receiver_mods.html hilfreiche Umbauanleitungen für diverse Modelle. Die Anschlüsse des DRM-Moduls sind aus Abbildung 13 ersichtlich. Für die Signale ZF-In und 12kHz-Out sind abgeschirmte Kabel zu verwenden.

GND

12kHz-Out

ZF-In

GND

+7-15V

Abbildung 13

Das 12kHz Signal wird beim Empfänger auf eine separate Buchse (z.B. Klinkenbuchse 3.5mm Mono) geführt, welche meistens noch auf der Empfängerrückseite platziert werden kann.

2.4 Empfangstest Für einen ersten Test wird der 12kHz Ausgang mit der Soundkarte des PCs verbunden. Eine galvanische Trennung ist nicht zwingend notwendig, da das DRM-Signal einen genügend grossen Abstand von niederfrequenten Störern (z.B. 50Hz Netzbrumm) hat. Mit dem Programm "Dream" können Sie jetzt die ersten Gehversuche starten, und Sie sollten z.B. folgendes angezeigt bekommen:

Abbildung 14

Der Eingang der Soundkarte darf nicht übersteuert werden. Auf dem EL-2 befindet sich am Mischereingang deshalb ein Timm-Potentiometer (R3), mit dem der Eingangs-

Pegel (ZF-Eingangssignal) wenn nötig angepasst werden kann. Bei einer Übersteuerung ist kein DRM-Empfang möglich, am Signalspektrum ist nichts zu erkennen. Stellen Sie das Trimm-Potentiometer (R3) so ein, dass beim Empfang eines DRM-Signals ein möglichst grosses SNR Verhältnis resultiert.

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 10 / 12

Abbildung 15

3 Anhang

3.1 Spezifikationen ZF- Eingangsfrequenz: ~0.25 – 50 MHz Eingangsimpedanz: ~20 kΩ ZF- Ausgangsfrequenz: 1 - 50 kHz Ausgangsimpedanz: ~500 Ω Speisung: 7 V bis 15 V ca. 30mA (je nach Frequenz des LO) Abmessungen: 36(L) × 21(B) × 9(H) mm Alle Spezifikationen können ohne weitere Mitteilung oder Verpflichtung geändert werden.

3.2 Bestückungsplan

Abbildung 16

3.3 Schema Siehe folgende Seite

DRM-Mixer B_V1.0e_.doc 6. Oktober 2007, © Elcon, Switzerland Seite 11 / 12

Title

Number RevisionSize

A4

Date: 04.10.2007 Sheet ofFile: E:\Daten\Protel\DRM\DRM.SCHDOC Drawn By:

ELcon Consulting & EngineeringUniversal DRM-Mixer Board

1.0a

1 1

EL-2

Elmiger Roland

GND

0.1uFC1

GND

0.1uFC2

4

CLK3

D2

1

Q 5

Q 6CLR

PR

U2ASN74AS74D 10

CLK11

D12

13

Q 9

Q 8CLR

PR

U2BSN74AS74D

XIN1

VSS

L7

VD

DL

11V

DD

19V

DD

2

XOUT20

CLOCK6 3

AV

DD

4

SDAT5

AV

SS6

CLOCK1 8

CLOCK2 9

CLOCK5 18

OE/PDM10

CLOCK3 12

SCL13

VD

DL

14

CLOCK4 15

VSS

16

VCXO/WP17

U1CY27EE16ZE

GNDGNDGND

GND

Y1 8MHz

+3.3V

+3.3V

R1 4.7k

R2 4.7kGND

SDA

SCL

1234

5678

P1

Clock TestGND GND

1:2 1:4

J11:2

J21:4

+3.3V

+3.3V +3.3V

+3.3V+3.3V VCC

+5V

GN

D3

OSC16OUTA 4

OUTB 5

OSC27

INA1

INB2

VC

C8

U4 SA612A

GND

0.1uF

C6

1nFC8

GND

10nF

C9

GND

10nFC3

R3

20K

10nF

C7

GND

0.1uF

C5

123

P3

ZF-In/Out

GND

Clock6

Clock5

Clock4

Clock3

Clock2Clock1

+5V

GND

+3.3V

GND

OUT 1

62 73IN8

GND

U3 LM78L05ACD

OUT 1

62 73

IN8

GND

U5 LM78L33ACD

GND

0.1uFC11

GND

0.1uFC4

GND

0.1uF

C10

12345

P2

Prog

ram

min

g

+5V

AZ23C4V7 D1

Optional GND

J31:1

12kHz ZF-Out

ZF-In

SDAT

SCLK

12345

P5

to M

ixer

Boa

rd

1

2

3

4

5

6

7

8

9

P4

to PC

SDAT-InSDAT-OutSCLK

Gnd

Programming-Cable

external Power7-15V DC

- + Prog

ram

min

gR10

4.7k

GND GND

R11

4.7k

D2

BZX

55C

4V7

D3

GND

(nicht bestückt)

DC+

P0C101

P0C102

P0C201

P0C202

P0C301

P0C302

P0C401

P0C402

P0C501 P0C502

P0C601 P0C602

P0C701 P0C702

P0C801 P0C802

P0C901 P0C902

P0C1001

P0C1002 P0C1101

P0C1102

P0D101

P0D102

P0D103

P0D201

P0D203

P0D301

P0D303

P0J101

P0J102

P0J201

P0J202

P0J301

P0J302

P0P101

P0P102

P0P103

P0P104

P0P105

P0P106

P0P107

P0P108

P0P201

P0P202

P0P203

P0P204

P0P205

P0P301

P0P302

P0P303

P0P401

P0P402

P0P403

P0P404

P0P405

P0P406

P0P407

P0P408

P0P409

P0P501

P0P502

P0P503

P0P504

P0P505

P0R101 P0R102

P0R201 P0R202

P0R301

P0R302

P0R303

P0R1001 P0R1002

P0R1101 P0R1102

P0U101

P0U102

P0U103

P0U104

P0U105

P0U106

P0U107

P0U108

P0U109

P0U1010

P0U1011

P0U1012

P0U1013

P0U1014

P0U1015

P0U1016

P0U1017

P0U1018

P0U1019

P0U1020

P0U2A01

P0U2A02

P0U2A03 P0U2A04 P0U2A05

P0U2A06 P0U2B08

P0U2B09 P0U2B010 P0U2B011

P0U2B012

P0U2B013

P0U301 P0U302

P0U303

P0U306

P0U307

P0U308

P0U401

P0U402

P0U403

P0U404

P0U405

P0U406

P0U407 P0U408

P0U501

P0U502

P0U503

P0U506

P0U507

P0U508

P0Y101 P0Y102