QI-Basisbandaufbereitung Version 2 (22.07.2010)

Die Basisbandaufbereitung die im DB0QI verbaut ist hab ich umgestrickt, der neue Prototyp will jetzt gebohrt und bestückt werden:

Die letzten Platinen der alten Version (links) wollen auch noch bestückt werden ...

Das ist der Stand vom 24.07.2010

Das ist der Stand vom 29.07.2010

Es geht weiter !!!

Die nächste Version der Basisbandaufbereitung für DB0QI (20.08.2010)

Klingt endgültig, soll auch so sein. Es hat sich gezeigt, daß der Bedarf von Basisbandaufbereitungen mit zwei oder mehr Tonrägern ziemlich gering ist. Auch am DB0QI ist ein Tonträger für die Ausgaben und die Links genug.

Zuerst mal ein recht saggrisches Dangschee an den Peter DB8MM der mit viel Geduld noch mehr Diskussionen ertragen hat, ebenso allen denen das ewige Fachgesimpel ziemlich auf den Wecker gegangen ist ...

Im Folgenden wird der Prototyp hier vermessen:

Die Meßumgebung sieht so aus:

aber ein bissl Erklärung soll diemal sein, und deswegen zuerst das:

Das Pflichtenheft

Die Vorgaben für die Basisbandaufbereitung waren folgende:

  1. Tonträger
  2. Video-Aufbereitung
  3. Aufbau

Eine lange Liste die einen langen Weg bereitet. Aber es ist machbar.

Der Fernsehbegleitton

... so heißt das tatsächlich ... ist ja nur Ton ... also nicht tragisch ... soso ...

Grundsätzlich ist es eigentlich nicht notwendig den Tonträger mittels PLL zu kontrollieren. Die meisten analogen Sat-Empfänger laufen dem Tonträger in weiteren Grenzen hinterher, aber nicht alle. Der Wunsch einen Empfänger mit Hilfe der Ausgabe eines Umsetzers einzustellen war der Grund dafür doch eine PLL hier zu verwenden.

Der Aufbau der PLL

Die Basis der Frequenzaufbereitung ist ein SMD-Oszillator mit 27MHz. Die Frequenz wird mit dem 74HCT74 halbiert, da der PLL-Baustein LMX/MB1501 maximal 20MHz als Referenzfrequenz zuläßt. Der PLL-Baustein bedient den Oszillator im NE612. Diese Oszillatorfrequenz (30-40MHz) wird mit 27MHz gemischt und die Differenz daraus ergibt den Tonträger. Als Schrittweite hab ich 10kHz gewählt.
Der Oszillator im NE612 braucht nur wenige Bauteile um sich um damit Arbeiten zu können. Die Varikap BB639 dient zur Modulation, als auch über das Schleifenfilter zur Frequenzeinstellung. Der PLL-Baustein bekommt nun über einen Transistor einen Teil der Oszillatorspannung zur Regelung.Am Ausgang des Mischers NE612 ist eine Pufferstufe die direkt, gleichspannungsgekoppelt den modulierten und PLL-stabilisierten Tonträger in die Videoendstufe speist.

Der Audioverstärker

Am Eingangspotentiometer liegen 0bBu, also 775mV an. Dieses Signal läuft über eine Pufferstufe mit einem Transistor der im Emitterzweig eine frequenzabhängige Gegenkopplung besitzt. Diese Gegenkopplung bildet die 50µs ab, hier 500Ohm * 100nF. Der Transistor verstärkt das Signal noch zur Sicherheit um den Faktor 2. Dieses Signal gelangt nun zur Varikap als Modulationsspannung

Der Tonträger

Ursprünglich war ein mehrpoliges Filter am Ausgang der Pufferstufe gedacht. Nach vielen Versuchen hatte sich herausgestellt, daß es völlig ausreicht wenn die erste Oberwelle mindestens 20dB weniger Pegel hat als der Tonträger selbst. Das typische HF-Spektrum eines basisbandmodulierten Senders zeigt sowieso auch bei einem absolut reinem Tonträger trotzdem eine Frequenzmarke bei der doppelten Tonträgerfrequenz ... die Frequenz-Modulation läßt grüßen.

Messungen im Betrieb

Das Ausgangsspektrum:

Die zweite große Nadel die hier zu sehen ist, ist der 27MHz Oszillator. Die kleineren dazwischen ein paar weitere Mischprodukte die so nicht weiter weh tun. Die erste Oberwelle des Tonträgers ist hier noch bei über -35dBc zu erkennen:

Das Tonträgersingal selbst hat ein Phasenrauschen von ca 60dBc bei 100kHz,
wie hier schön zu erkennen ist:

Für den der das Oszillogram gerne hat, hier die Bilder wobei schön die Störspannung vom 27MHz Oszillator zu erkennen ist:

Wird der Tonträger nun mit 1kHz 0dBu moduliert sieht das so aus:

Bei 15kHz 0dBu Modulation sieht das so aus:

Jetzt im gleichen Maßstab das 1kHz 0dBu Signal, das solltesollte jetzt etwa ein 5tel Hub haben :

Die Software die im Moment verwendet wird kann den Tonträger nur vom 5-9 MHz steuern, hier der Pegelverlauf:

Die Videoaufbereitung

Der Eingang ist mit 75 Ohm sauber abgeschlossen und sehr hochohmig wird über 100nF das Eingangssignal ausgekoppelt und dem MAX7452 zugeführt, das geklemmte und gepegelte Signal wird richtig angepasst über das Videofilter an einen NE592 weitergereicht, der das Signal wieder verstärkt und als invertiertes und nicht-invertiertes Signal zur Verfügungstellt. Es erfolgt eine weitere Verstärkung in der Video-Endstufe und gelangt dann über das Preempase-Filter zum Ausgang der ebenfalls wieder eine Impedanz von 75Ohm hat.

Automatische Video-Pegelregelung und Klemmung mit MAX 7452

Herzstück dieser Stufe ist der MAX7452. Er bietet prima Möglichkeiten sich ein Video-Poti zu sparen und am Ausgang der Stufe liegt immer der richtige Basisband-Pegel an. Die Klemmung des Signals ist intern, und von Außen hat man die Möglichkeit die Verstärkung des ICs zu ändern entweder Faktor 1 oder 2, und ebenso, diese Leitung ist herausgeführt kann eine automatische Pegelregelung engeschaltet werden oder eben nicht. Der Ausgang des ICs ist mit 150 Ohm nach Datenblatt angepaßt. Leider hatte ich die Erfahrung am DB0QI gemacht daß bei heftigen Pegelfehlern am Eingang des MAX es zu heftigen Pumpen der Ausgangsspannung kommen kann. Auch wenn kein Eingangssignal anliegt fängt der Ausgang das "Pumpen" an. Bei der Verwendung Zuhause sehe ich da keine Probleme, aber die Pegelregelung am DB0QI ist mittlerweile Außerbetrieb gesetzt. Dieser Schaltungsteil ist also optional.
Um den schlimmsten Pegelsprüngen zu begegnen liegt nun eine 2.4V Z-Diode noch im Signalweg und schließt einfach im Bedarfsfall die Leitung ab 2.3V kurz ... eine echt radikale hubbegrenzung ... sicher ist sicher ...

Videoverstärker und Polaritätsauswahl

Nach der Eingangsstufe gelangt das Videosignal über den Video-Filter (1kOhm Impedanz) zum NE592. Dieser Verstärker läßt sich ein weiten Grenzen wunderbar regeln, und stellt am Ausgang immer beide Video-Polaritäten zur Verfügung. Sollte von Außen eine Möglichkeit geschaffen werden die Polaritäten umzuschalten muß wohl ein kleines Reedrelais diese Aufgabe dann über nehmen, die jetzt ein Jumper erschlägt. Werden die Ausgangsleitungen des NE592 einzeln verwendet sehen diese gern als Abschluß 1kOhm.

Die Video-Endstufe

hat mich lange beschäftigt, weil ich immer wieder in Schaltungen Videoausgangsspannungen von 2Vss bis 6Vss gefunden habe. Es stellte sich dabei immer wieder heraus, daß dann die Schaltungen weder linear arbeiten noch den Synchronboden in Frieden lassen. Auch allerlei an Klemm-Schaltungen habe ich erfolgsfrei ausprobiert. Auf die Idee mit der Komplementärendstufe hat mich ein Kopfhörerverstärker gebracht. Auch diese Schaltung bringt einfach nicht diese Spitzenspannungen, aber dafür passen die Signale die dabei herauskommen.

Die Preemphase

Die Entscheidung dieses Filter nach CCIR 405-1 erst am Ende der Signalkette zu setzen läßt sich einfach begründen: alle Stufen vorher lassen sich einfach besser messen. Wenn genug Pegel an der Preemphase anliegt läßt sich auch am Ende mit einer guten Deemphase das Signal wieder anständig messen. Die kritischsten Ecken der Preemphase sind Anpassung, und die 10uH. Wenn die 75 Ohm am Eingang nicht einigermaßen passen, dann gibt es eine stufenartige Verformung bei Weißsprüngen. Ist der Spulenwert doch etwas daneben dann werden genau diese Ecken rundgeschliffen. Meist hilft da nur ausprobieren wo's zwickt.

Messungen im Betrieb

Hier ein Bild von den beiden Signalen die einer Endstufe das Leben schwer machen. Zum einen ein Weißbild, das verschiebt den Arbeitspunkt massiv durch den großen Gleichspannungsanteil im Signal. Das sorgt meist dafür, daß die Synchronimpulse gestaucht werden. Ist eine Klemmung im Spiel dann ist der Effekt 100%ig sicher.
So sieht das Signal (immerhin 3Vss) am Eingang der Preemphase aus:

Das Gegenstück dazu sind 100% Farbträger auf dem Weißpegel, der gerne von oben zusammengedrückt wird:

Am Ausgang der gesamten Schaltung sieht das Multiburst-Signal so aus:

Das letzte 6MHz-Frequenzpaket ist hier eigentlich als solches nicht zu erkennen weil das nicht durch den Videofilter gelangt. die beiden Pakete davor liegen bei 4,43MHz und 5,1MHz die sollten nach der Preemphase den Maximalpegel haben, hier also 2Vss.

Ebenso ein schneller Blick auf die Linearität. hier ist der Farbträger in verschiedenen Amplituden vorhanden:

auch hier das Maximum bei 2Vss.

Nun ist am Ausgang der Gesamtschaltung eine Deemphase angeschlossen. Die Signalpegel sind hier nicht aussagekräftig, nur die Verhältnisse.Zuerst das Weißbild:

Alle Verhältnisse passen.

Nun ein Blick auf die Linearität:

Synchronboden, Weißwert und auch der Farbträger auf der obersten Stufe wird bei Maximalaussteuerung übertragen.Wenn man nun einen Filter dazuschaltet der nur 4.43MHz passieren läßt kann man erkennen ob auf jederm Grauwert der Farbträger gleich hoch ist. Also die Linearität :

Sieht so schon sehr gut aus, wenn man das sehr stark vergrößert erkennt man die Linearitätsfehler im kommastelligen Prozentbereich:

Der Frequenzgang läst kaum Wünsche offen:

Die Signallaufzeiten mißt man hiermit:

besser ist das hier zu erkennen:

.. keine groben Beulen ...

Ein wichtiges Bild um die vertikale Austastlücke zu beurteilen:

Hier mit der schnellen Klemmung im Meßgerät gemessen. Die Wahrheit kommt erst ans Licht, wenn die Klemmung abgeschaltet ist und nicht die Zeilen- sondern die Bilddarstellung eingestellt ist:

Aber auch das ist im Vergleich zu dem was von Satelliten zu empfangen ist ziemlich ordentlich ! Es ist ja auch NICHT geklemmt aus den bekannten Gründen. Eine saubere Klemmung kann nur über eine Impulsabtrennung erfolgen. Das erfordert dann die getrennt bearbeiteten Signale hinterher wieder zusammen zu bauen. Dabei würde sich anbieten auch eine echte Weißbegrenzung einzubaun. Das passt aber nicht mehr auf die verwendete Platine.

Hier nun endlich die Baubeschreibung (V3). Es wird noch eine weitere Version geben, da im Augenblick die BBA mit 5V und 10-12V betrieben werden muß. Die Videoendstufe kann jetzt mindestens 2Vss stauchungs- und verzerrungsfrei an 75 Ohm.

Ausblick: mit dem MAX 4012 wird es eine neue Videoendstufe geben die bei 5 V auch fast 2Vss an 75Ohm liefert.

Noch Fragen ???

73 de Tomtom

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