Galvanic Isolator

Amateur radio bestaat vaak uit spraak of CW, maar ook diverse digimodi zijn mateloos populair. Denk hierbij aan RTTY, SSTV, Packet Radio (APRS), JT65 et cetera. Het is hierbij nodig je PC aan te sluiten op je transceiver. Meestal gebruik je hiervoor de geluidskaart (speaker output en microfoon input) en een compoort voor de PTT (Push To Talk) van je PC.  De meeste transceivers van bijvoorbeeld Icom en Yaesu hebben een speciale ongefilterde connector op de achterkant voor digimodi, maar mocht deze ontbreken dan kan de microfoonconnector ook voor dit doel gebruikt worden.

Een risico om rekening mee te houden is schade aan PC of transceiver, wanneer je deze direct op elkaar aansluit. Zeker bij laptops is het risico groot, maar ook bij een vaste PC kunnen problemen ontstaan. Denk aan defecten door aardlussen en spanningsverschillen, maar ook brom op de audio of een PTT signaal dat blijft ‘plakken’ na de transmissie.

Om alle risico’s buiten spel te zetten kun je de verbinding tussen PC en transceiver ‘elektrisch’ van elkaar scheiden. Dit noem je een galvanische isolator en is zeer eenvoudig en goedkoop zelf te bouwen. De belangrijkste componenten van de galvanische isolator zijn de 1:1 audio transformator (voor de data) en de optocoupler (voor de PTT).

Schema

Jeroen PA1JRN heeft een optische isolator zelf gebouwd. Hieronder vind je de uitvoering inclusief alle informatie om dit apparaatje na te kunnen bouwen. Beginnend met het schema. Bovenin vind je het audio gedeelte. Linksboven de 3,5mm jack connectoren welke van- en naar de geluidskaart van de PC gaan, rechtsboven de aansluitingen naar de transceiver. In het midden bevinden zich de audio transformatoren welke zorgen voor de elektrische scheiding tussen PC en transceiver. Onderin het schema zie je het PTT gedeelte. Linksonder de aansluiting naar de compoort van de PC, rechtsonder opnieuw de aansluiting naar de transceiver. In het midden de optocouplers welke zorgen voor de elektrische scheiding tussen PC en transceiver.

De DIN connector rechts in het schema is de daadwerkelijke aansluiting naar de transceiver. De pinning is gekozen naar PA1JRN’s voorkeur, deze is gelijk aan de pinning van de vroeger zo populaire TNC2S DK9SJ van Symec.

Schema

Schema

Layout

Na het ontwerpen van het schema is de layout aan de beurt. De buitenafmetingen van de PCB (Printed Circuit Board) zijn bepaald door een behuizing welke ooit goedkoop is aangeschaft op een HAM beurs. Daarna is de elektronica netjes gerangschikt, met onderstaand resultaat. Let vooral op de gescheiden GND vlakken op de bottom layer. Normaal is dit zeer onverstandig, maar bij deze galvanische scheider heb je een GND vlak voor de PC kant (rechts), en een GND vlak voor de transceiver kant (links). Voor de nabouwers onder ons zijn hier de gerbersfiles te downloaden. Deze gerberfiles heb je nodig als je een PCB wilt bestellen.

SoundCardModem_20160718_pcb

Top en bottom layer in beeld

3D

3D impressie

De PCB is een 2-layer FR4 van ongeveer 9x10cm en besteld bij Pcbway voor 2 euro per stuk (5 stuks). De kwaliteit hiervan is uitstekend en het is fraaier, robuuster en betrouwbaarder dan universeel experimenteerprint.

IMG_4304

De PCB

Het plaatsen van de onderdelen is uitermate eenvoudig omdat er geen SMD techniek is gebruikt.

IMG_4299

In behuizing, voorzien van alle onderdelen

IMG_4296

Volledig afgerond apparaat

Praktijk

De belangrijkste eigenschappen van de galvanische isolator is dat de isolatie in orde is, en dat de signalen zoals ze er in gaan er ook uit komen. De isolatie is 100% en de PTT is digitaal, dus daarover geen zorgen. De audio is analoog, daar wil je geen frequentie response of teveel verzwakking zien. Om daar achter te komen moet je meten. Als signaalgenerator is een Samsung Galaxy S6 gebruikt met audio generator app. Deze werkt van 1Hz tot 3.5kHz. De audio doorvoer door de isolator was gelukkig volledig vlak over dit gehele bereik.

In-Out_1000Hz

Geel: 1kHz in. Blauw: 1kHz out.

De aansluiting richting PC kan heel eenvoudig zijn, als dit een verouderd of zeer uitgebreid exemplaar is. Bij moderne PC’s en laptops mis je vaak een compoort. In dit geval kun je een USB -> RS232 converter kopen (prijsindicatie €17,- in 2016). Bij voorkeur een met FTDI chipset, deze zijn betrouwbaar en werken gegarandeerd goed met bijvoorbeeld Windows 10. Ook is het niet meer vanzelfsprekend dat de geluidskaart aansluitingen als 3,5mm jack connectoren beschikbaar zijn. Hiervoor kun je een USB soundcard kopen (prijsindicatie €13,- in 2016). Beide oplossingen werken uitstekend.

20160715_195747

Aansluitingen