Sekvencer a automatický přepínač pásem pro IC9700.

28.2.2023

Úvod.

Na EME pracovišti používám pro spojení s anténou systém "dvouvýfuk". To znamená že je oddělená RX a TX cesta. Výhoda tohoto systému je v tom, že je potřeba jen jedno drahé výkonové relé které je přímo nahoře u antény. K anténě tak vedou kabely RX a TX cesty. V TX ceste je zařazen budič PA a PA, v RX cestě je zařazen nízkošumový předzesilovač. Za TCVRem stačí jen malé signálové relé které výstup z něj rozdělí na tyto 2 cesty. Dokud jsem měl starý TCVR IC821 a jen pásmo 144MHz používal jsem jednoduchý analogový sekvencer a malé koaxiální relé. Po koupi TCVRu IC9700 jsem se rozhodl pro stavbu nového sekvenceru který už bude obsahovat i malá koaxiální relé a zároveň na něm byl přepínač který určoval který z PA bude spínán. V toto provedení jsem sekvencer používalasi 2 roky. Rychle se ale ukázalo že každou chvíli po změně pásma zapomenu přepnout i pásmo na sekvenceru. Proto jsem přemýšlel jak přepínání zautomatizovat. Bohužel z TCVRu nevychází žádný jednoduchý signál který by z vnějšku určoval pásmo. Proto jsem začal uvažovat o použití rozhraní CI-V. První pozitivní zjištění bylo že lze používat zároveň rozhraní CI-V v USB portu i 3,5mm Jacku na zadním panelu TCVRu. USB rozhraní používám pro ovládání TCVRu z počítače a rozhraní v 3,5mm Jacku lze použít pro sekvencer. Druhé pozitivní zjištění bylo že slavné CI-V rozhraní je vlastně docela obyčejný sériový port svedený do jednoho vodiče. Procesor ATMEGA který sekvencer řídí sériový port obsahuje a na DPS ho dokonce mám vyvedený. Nic už tedy nebránilo dopsat do původního programu sekvenceru kód pro automatické přepínání pásem.

Fotografie z testování programu sekvenceru v mém domácím Hamshaku.

Popis funkcí sekvenceru.

Popisovaný sekvencer obsahuje několik funkcí

Rozdělení výstupů z TCVR na RX a TX cestu
Správné sekvenování přepínání RX/TX
Zablokování přepnutí na RX pokud není připojený TCVR
Automatické přepínání Výstupu PTT podle zvoleného pásma pomocí CI-V rozhraní
Umožňuje i ruční přepínání Výstupu PTT podle zvoleného pásma
Napájení předzesilovačů a Výkonového relé u antény

Srdcem celého zařízení je procesor ATMEGA328. Tento procesor lze v tomto zařízení přirovnat k pověstnému kanónu na vrabce. Už si nepamatuji proč jsem použil právě tento procesor. Bohatě by zde s velkou rezervou stačil i ATMEGA8. Patně jsem tenkrát zrovna ATMEGA8 neměl v šuplíku. Bylo to v kovidové době kdy byl i jednoduchých procesorů nedostatek. Pokud by někdo chtěl mohu firmware zkompilovat i pro ATMEGA8. SW by měl fungovat i na tomto procesoru, ale vyzkoušené to nemám. Oba procesory jsou pinově kompatibilní takže by náhrada neměla činit problémy.

Základní funkce sekvenceru je přepínání RX/TX cest a dodržení nastavené časové prodlevy při tomto přepínání. Časové konstanty RX->TX i TX->RX jsou nastaveny na 30ms. Pokud by bylo potřeba lze obě tyto konstanty ve firmware nezávisle měnit takže pokud by někdo potřeboval mohu mu konstanty upravit a poslat nový program. Vím že je možné nastavit sekvenování i v TCVRu IC9700 a mám tuším 20ms nastaveno i v něm. Sekvencer jsem použil pro jistotu. Schéma i DPS jsou bohužel poplatné tomu že jsem původně nepočítal s využitím automatického přepínání pásem pomocí CI-V. Protože předzesilovače napájím napětím 24V musel jsem celý sekvencer napájet tímto napětím. Pro rozdělení jednotlivých cest na RX a TX používám relé. V případě pásem 432 a 1296MHz malá levná koaxiální relé JPC-F, V případě 144MHz kde TCVR umí dávat 100W jsem radději použil 24V relé V23079. Na tomto pásmu je toto relé plně vyhovující a uvedený výkon snáší. Samozřejmě za přepokladu že nepřepínáme pod výkonem. To platí pro všechna relé. Relé JPC-2F jsem měl jen na 12V a proto bylo nutné doplnit je srážecími odpory R12, R13, R16 a R17. Všechna tato relé jsou zapojená paralelně. Z bezpečnostních důvodů tak při přepnutí TCVRu na TX přepnu do TX cesty všechna pásma. Tím je zajištěno že při případném chybně přepnutém pásmu nedojde k zavysílání do RX cesty jiného pásma. Toto opatření se mi při dřívějším ručním přepínání mnohokrát vyplatilo... Relé jsou spínaná procesorem pomocí tranzistoru Q3. Pokud je zařízení bez napětí jsou relé přepnutá do TX cesty. Jde o bezpečnost předzesilovačů. Pro přepnutí na RX je nutné rele sepnout. Spínání napětí pro přezesilovače obstarává relé RE4 typu V23105. Napájení všech předzesilovačů zároveň je jištěno pojistkou F1. Opět se spíná napětí pro všechny předzesilovače najednou. Tento výstup ovládá předzesilovač i výkonová relé u antény současně. Na čelním panelu mám pro jednotlivé předzesilovače kolébkové vypínače což mi podle potřeby umožní některý předzesilovač vyřadit z provozu. Zapnutí předzesilovače je na čelním panelu signalizované zelenou LED diodou.

Důležité bezpečnostní opatření je blokování sepnutí PTT_out a přepnutí všech relé do RX cesty dokud není připojen ovládací kabel z TCVRu. Dříve už se mi stalo že jsem ovládací kabel zapomněl připojit a po zaklíčování TCVRu nedošlo k přepnutí na TX cestu. Do RX cesty tak šel budící výkon z TCVRu a důsledek takové příhody pro předzesilovač si jistě umíte představit. Proto jsem nový sekvencer opatřil vstupem blokace. Tento vstup je spojen s pinem 7 multifunkčního DIN konektoru na zadním panelu TRXu. Na tomto pinu je napětí 13,8V které využívám pro detekci připojení TCVTu. Dokud na konektoru blokace není přivedeno toto napětí nepřepne sekvencer na RX cesty a nesepne napětí pro předzesilovače. Současně bliká červená dioda na čelním panelu takže jsme na tento chybový stav důrazně upozorňováni. Tato dioda a dioda PTT byla původně připojená na pinech PD1 a PD2 procesoru. Tyto 2 piny jsem ale potřeboval využít pro CI-V. Abych nemusel dělat další úpravy DPS připojil jsem z nouze tyto diody na piny 1 a 3 ISP konektoru který je určen pro naprogramování procesoru. Diody a příslušné srážecí odpory k nim jsou umístěny na čelním panelu. Pokud by někdo potřeboval z nějakého důvodu tuto funkci zablokovat lze spojit propojkou konektor Blokace1 a pak si sekvencer myslí že je TCVR připojený. Toto zásadně nedoporučuji.

Výstup PTT_out slouží jako signál PTT k ovládání koncových stupňů při ručním přepínání. Na čelním panelu je čtyřpolohový přepínač. Jeho první 3 polohy přepínají signál PTT_out do příslušného pásmového konektoru PTT. Při automatickém přepínání se přepínač přepne do čtvrté polohy která spojí piny konektoru auto. Tím se aktivuje automatické přepínáni pásem. Pokud by někdo nechtěl používat ruční přepínání stačí tento konektor spojit propojkou.

Výstupní konektor obsahuje jednotlivé pásmové signály PTT které jsou spínané tranzistory Q5 až Q7. Dále jsou na tomto konektoru výstupy pro jednotlivé LED které signalizují pásmo na které je sekvencer aktuálně přepnutý. Tím máme kontrolu že automatické přepínání funguje správně. Na konektor CI-V je připojený signál CI-V rozhraní z 3,5mm JACK konektoru na zadním panelu TCVRU. Komunikační rychlost musí být v TCVRu nastavena na 19200 Baud. Na tuto rychlost je nastaven firmware sekvenceru. Diodou D3 je tento signál rozdělen na signály RXD a TXD které se již snadno zpracují procesorem. Pokud signál CI-V není připojen a je zapnutý režim AUTO nedojce k zaklíčování žádného pásmového PTT a nesvítí žádná pásmová LED. Po připojení tohoto signálu se sekvencer každých přibližně 300ms zeptá TCVRu na kmitočet a podle odpovědi od TCVRu se zapne příslušná pásmová LED a po zaklíčování TCVRu dojce k zaklíčování příslušného pásmového PTT signálu. Z toho také plyne, že pokud by došlo k přepnutí pásma a zaklíčování TCVRU v čase kratším než 300ms nestihne sekvencer přepnout pásmo a zaklíčuje nesprávný PTT. K tomu při ručním ovládání TCVRu v podstatě nemůže dojít ale ale mohlo by se to stát při digitálním provozu, kdy by bylo zapnuté vysílání a během toho došlo k přepnutí pásma. Takže pozor na to. Během zaklíčování se sekvencer s TCVRem nedomlouvá a k přepínání pásma tak nedochází!

Konektor ISP slouží k naprogramování procesoru ISP programátorem. Je zapojen ve standardním šestipinovém provedení takže by s programováním neměl nikdo mít problém. Existuje ještě desetipinový standard ISP konektoru, ale s programátory jsou obvykle dodávány buď oba konektory nebo redukce z desetipinového na šestipinový. Za zmínku ještě stojí odpor R5. Ten je třeba osadit v tom případě že programátor vyžaduje na pinu 2 konektoru napětí 5V. Můj programátor STK500 toto napětí nepotřebuje a proto odpor R5 neosazuji. Po naprogramování procesoru je PIN1 ISP konektoru využit pro LED blokování a PIN3 pro LED PTT. Srážecí odpory těchto LED je nutné osadit mimo DPS. Proud těchto LED omezený srážecími odpory by neměl přesáhnout cca 5mA. Vsechny LED diody se zapojují z příslušného pinu na zem. To platí i o diodách na výstupním konektoru.

Sekvencer je z TCVRu ovládán spojovacím kabelem který je na straně TCVRu připojen do univerzálního DIN konektoru. na PINu 3 je zapojen signál PTT, kterým je sekvencer klíčován a na PINu 7 je napětí 13,5V kterým je sekvenceru signalizováno připojení TCVRu. Tyto 2 signály je nutné propojovacím kabelem přivést do sekvenceru. Já pro tento účel používám klasický 5tikolíkový DIN konektor na zadním panelu sekvenceru.

Deska plošných spojů. Zobrazena je ze strany spojů a SMD součástek. Deska je možnán zbytečně rozměrná. Ale koaxiální konektory na zadním panelu musí mít určitý rozestup aby s nimi byla snadná manipulace. Proto jsem se desku nesnažil minimalizovat. Jak je vidět použil jsem kombinaci osazení SMD i THT součástek. Prostě podle toho co jsem zrovna měl v šuplíku :-). Deska je zhotovena z oboustanně plátovaného materiálu FR4 tloušťky 1,5mm. To je důležité protože 50Ω vedení kolem koaxiálních relé jsou spočítána na tento materiál. Horní plocha je ponechána vcelku a slouží jako zemní plocha. Kolem průchodů THT součástek musí být měď odfrézována aby nedošlo ke zkratu. Já k tomu používám malou frézičku vybroušenou z vrtáku průměru 3mm která kolem díry odfrézuje izolační kroužek. Pozor na to, že u relé pro 144MHz jsou výstupy RX a TX orientovány opačně než u pásem 432 a 1296MHz.

Komunikační rychlost v TCVRu musí být nastavena na rychlost 19200 baudů.

SW sekvenceru pro procesor ATMEGA328 ve formátu BIN
SW sekvenceru pro procesor ATMEGA328 ve formátu HEX
Klišé pro výrobu DPS fotocestou.

Klišé je zrcadlově obrácené aby se vytištěným obrazcem přiložilo přímo na měď. Je nutné ho nechat vytisknout v poměru 1:1. PDF prohlížeče obvykle mají tendenci si rozměry PDF stánky přizpůsobovat pro co nejlepší zobrazení. Proto je nutné při tisku zvolit Tisk 1:1. PDF prohlížeče to obvykle umí jen tato volba nebývá na prvním místě. Deska má rozměry 152 x 58mm.

Nastavení "fuses" procesoru.

Mechanické provedení.

Celý přístroj je vestavěn do kovové skříňky. Čelní a zadní panel tvoří kuprextitové desky které jsou dole spojeny hliníkovými hranolky a nahoře distančními sloupky. Ke spodním hranolkům je přišroubováno dno skříňky a kryt skříňky který je tvořen al plechem ohnutým do U tvaru.

Na zadním panelu je vidět dodatečně přidaný CI-V konektor. Rozměr skříňky je v podstatě určen velikostí zdroje Meanwell který sekvencer napájí.

Fotografie vnitřního uspořádání byla pořízena ještě před svázáním kabeláže do svazku takže to vypadá poněkud neuspořádaně :-).