Manchester modem
(PE1JPD naar een ontwerp van S53MV)
Inleiding
Een modem draagt er zorg voor dat de enen en nullen uit de
computer op de zend-frequentie gemoduleerd worden, en dat het
gedemoduleerde signaal uit de ontvanger weer omgezet wordt in
signalen die de computer kan verwerken.
Het verwerken van deze signalen gebeurt in de praktijk veelal
met een SCC-kaart. Dit is een insteek-kaart voor de PC, die
zorgdraagt voor de afhandeling van de verzending en ontvangst van
de eigenlijke bits en bytes. Overigens wordt in het Gooi met veel
succes de zogenaamde PET SCC-kaart gebruikt. Een beschrijving
hiervan is opgenomen in Electron december 1995.
In dit korte artikel beschrijf ik een manchester-modem. Dit
modem is oorspronkelijk ontworpen door S53MV. Het aardige van dit
modem is dat het eenvoudig te gebruiken is op baudrates naar wens
vanaf 600 baud tot meer dan 100 kbaud. Dit modem wordt gebruikt
bij de 23cm Link Transceiver.
Principe
In onderstaande figuur is aangegeven welke verschillende
signalen zoal een rol spelen:
- ten eerste natuurlijk de te verzenden of te ontvangen
bitstroom, weergegeven bij A
- B: de bitstoom van A wordt door de SCC-kaart omgezet in
een NRZI-signaal: Non Return to Zero Inverted. Dit
betekent dat alle nullen in het signaal
omgezet worden in een overgang 0/1 of 1/0, al naar gelang
de begintoestand. Een een geeft geen
overgang. Dit NRZI signaal is de basis voor alle
modulatievormen bij AX.25, onafhankelijk van de
modulatiewijze op de draaggolf.
- het NRZI-signaal kan eventueel door het modem nog worden
gescrambled. Hiermee wordt bereikt dat een pseudo-random
signaal de lucht ingaat, zodat de beschikbare bandbreedte
optimaal benut wordt. Dit gescrambelde signaal is voor de
duidelijkheid niet in de figuur opgenomen
- dit NRZI-signaal wordt nu door het modem
manchester-gecodeerd. Dit betekent dat een
een uit het NRZI-signaal omgezet wordt in een
1/0-overgang, en een nul uit het NRZI-signaal
omgezet wordt in een 0/1-overgang
- het uiteindelijke manchester-gecodeerde signaal kan
vervolgens op diverse manieren op de zender gemoduleerd
worden (FSK, PSK, AM, AFSK etc). Ter illustratie is
tenslotte in D. nog aangegeven hoe een (in PA
gebruikelijk) 4k8 signaal gemoduleerd wordt. Dit is
slechts illustratief en niet van toepassing voor dit
modem!
|
T. tijdas A.
te verzenden bitstroom: 0100110111011
B. NRZI-signaal uit de SCC-kaart
C. manchester gecodeerd NRZI-signaal
D. HAPN gecodeerd NRZI-signaal
|
Zoals te zien bij C vallen een paar dingen op in het
manchester-signaal, en daarmee zijn meteen de voor-en nadelen van
deze modulatievorm duidelijk.
Voordelen:
- gedurende elke bittijd vindt een 0/1 of 1/0 overgang
plaats. Deze code is daarmee zelfklokkend en permanente
synchronisatie op bitnivo kan worden bereikt. Hier kan
een goed werkend DCD-signaal van afgeleid worden, dat
alleen reageert op signalen met de baudrate-frequentie.
Op de modem is direct te zien of een valide signaal
ontvangen wordt
- de frequentie van het signaal ligt tussen de halve en de
hele baudrate-frequentie in. Hoewel dit ook een nadeel
is, is het voor modulatie op een PLL bijzonder geschikt
omdat het PLL-loopfilter snel kan zijn zonder dat de
modulatie eruit geregeld wordt
Nadelen:
- de hoge frequentiecomponenten is meteen ook het
belangrijkste nadeel: de bandbreedte is twee keer zo
groot als strikt genomen noodzakelijk zou zijn.
Schemabeschrijving
Bovenstaand principe is in het ontwerp van S53MV toegepast.
Het schema is te zien in figuur 1. Rond
de 4006 is een soort 'scrambler' opgebouwd, die echter alleen
maar gebruikt wordt om uit de bitstroom een random stroom enen en
nullen te genereren, waarui het DCD-signaal afgeleid wordt.
Hiermee wordt bereikt dat de DCD alleen maar reageert op signalen
met de juiste baudrate. Een prima hulpmiddel bij de afregeling
van de ontvanger!
In de rechthoek in het schema is een uitbreiding op het
oorspronkelijke ontwerp aangebracht: een sampler, die op basis
van de geregenereerde klok samplet op het maximum van het
sinus-vormige signaal. Ten opzichte van het ontwerp zonder
sampler is de verbetering zeer duidelijk merkbaar. Ruisigerige
signalen geven zonder sampler veel foutieve overgangen, die
direkt in foutieve bits worden doorvertaald.
In afwijking op het originele ontwerp is een 74HC02 opgenomen
in onder meer de kristal-oscillator. De resterende twee poorten
zijn gebruikt om het rx- en tx-signaal te sperren als geen valide
DCD resp. RTS signaal voorhanden zijn. Hiermee wordt voorkomen
dat de SCC-kaart overvoerd wordt met ruis en andere troep uit de
ontvanger, en dat de vco gemoduleerd wordt als er niet gezonden
wordt.
In figuur 2 is de print layout
weergegeven, in figuur 3 de
verbindingen aan de onderkant van de print, en in figuur 4 de onderdelenopstelling.
Aandachtspunten
De volgende punten zijn van belang bij bouw en gebruik van het
modem:
- de PTT is een open-collector uitgang. De transceiver moet
dus een pull-up PTT-lijn hebben.
- de RTS is op de PET SCC-kaart uitgevoerd als open-drain
uitgang en moet dus met een weerstandje van 4k7 op het
modem hoog gehouden worden (zit niet op de
print).
- hoewel dit modem ingesteld kan worden op verschillende
baudrates (600 - 38k4 of met een ander kristal zelfs tot
76k8 of hoger), werkt het laagdoorlaatfiltertje bestaande
uit de 47k weerstand en de 33p condensator alleen voor
38k4. Voor lagere baudrates moet de C aangepast worden
(richtlijn voor 2k4: 4n7).
- nog een belangrijk punt m.b.t. de gebruikte baudrate: een
486 of zelfs een zware pentium heeft zijn
handen vol aan een snelheid van 38k4, tenminste bij
gebruik van bijv. GP of JNOS. De SCC-drivers blijken te
inefficient. Het blijkt dat 76k8 al dermate veel
overruns geeft dat de aardigheid er snel af
is. Daarbij komt dat de gebruikte SCC op 4.9152 Mhz niet
sneller kan dan 38k4 zonder dat gebruik gemaakt wordt van
externe kloksignalen. De SCC-kaart is overigens voor dit
laatste wel geschikt. Wellicht is het ook mogelijk om een
10 Mhz SCC-chip (of beter een enhanced ESCC)
te gebruiken. 76k8 moet dan ook zonder externe klok
mogelijk zijn.
- gezien de gebruikte bandbreedte kan dit modem tot 2k4
gebruikt worden met bestaande smalband transceivers met
een kanaalafstand van 12.5 kHz.
- dit modem produceert een actief-laag DCD-signaal. Ook de
SCC-chip werkt met een actief laag signaal, en ook het
RTS signaal is actief laag. Grote voordeel hiervan is dat
de RTS en de DCD op de SCC-kaart doorverbonden kunnen
worden voor testdoeleinden. Zenden op de ene poort geeft
dan automatisch een DCD op de andere aangesloten
rx-poort. Helaas werkt de PET SCC-kaart met een
actief-hoge DCD. Om deze modem daarop aan te sluiten moet
of de modem, of de SCC-kaart aangepast worden. Op de
SCC-kaart is dit zeer eenvoudig te bereiken door de
betreffende 4049 te vervangen door zijn niet-inverterende
broertje, de 4050 (let wel: beide kanalen werken dan met
aktief lage DCD!). Uiteraard kan ook een transistor
o.i.d. gebruikt worden om het DCD-signaal te inverteren.
- maak voor de pluggen bij voorkeur gebruik van een Sub D9
female chassisdeel en een 5-polige (180°) DIN stekker en
chassisdeel. Overigens de kabel tussen modem en zender
niet te lang maken (max. 50 cm).
Afregeling
Afregeling van het modem beperkt zich tot het instellen van de
zwaai en de DCD gevoeligheid. Deze laatste moet zo ingesteld
worden dat de DCD-led net niet brandt, en dan nog ietsje verder
dicht draaien (met de klok mee). Bij een inkomend
signaal met de baudrate-frequentie zal de DCD-led gaan branden.
Kosten
Hoewel het relatief grote aantal onderdelen dit niet zou doen
vermoeden kost het modem maar een schijntje: in totaal, exclusief
behuizing, voeding en connectors minder dan f. 30,=.
Back to homepage