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USB-Soundkarte für Funkzwecke modifizieren


Im Amateurfunk werden häufig sehr aufwändige Interfaces benutzt, um Computer und Funkgeräte zu verbinden. Speziell wenn man mit einem Raspberry Pi arbeitet, sind die viel größer und teuerer als der eigentliche Computer. Den Aufwand kann man sich sparen. Hier ist der erste Teil der Lösung: die Audio-Schnittstelle

Galvanische Trennung oder nicht?

Gerade in einer Portabelstation will man alle Gerätschaften aus einer Stromquelle (Akku) betreiben. Das führt zu unterschiedlichen Massepotentialen der einzelnen Komponenten, weil man die Spannungsabfälle auf den Minus-Leitungen nicht vernachlässigen darf. Die Frage ist deshalb, wie man diese Spannungsabfälle minimieren kann.

Vor allem muss man darauf achten, dass die Minus-Leitungen der großen Verbraucher möglichst kurz und niederohmig mit einem zentralen Punkt verbunden werden. Wer sein QRP-Funkgerät mit einem Meter 0,75 mm2-Kabel anschließt, macht da ganz grundsätzlich was falsch – nicht nur, weil ihm beim Senden die Betriebsspannung merklich einbricht. Spätestens wenn der Raspberry Pi mit standardgemäß über einen halben Meter USB-Kabel angeschlossen wird, sind die Massepotentiale zwischen Transceiver und Computer so groß, dass das Audiosignale über kleine Transformatoren übertragen werden.

Stromberteiler auf FT-817

Wie lässt sich das vermeiden?

  • Beispielsweise mit Klettband kann man den zentralen Spannungsverteiler auf einem FT-817 befestigen. Dann muss die Verbindung zwischen dem zentralen Massepunkt und dem Funkgerät nur noch 15 cm lang sein.
  • Einen Raspberry Pi per USB-Stecker mit Strom zu versorgen ist aus mehreren Gründen suboptimal: Wenn man den Easpi sowieso headless, also ohne Monitor betreibt, hat dann gerade noch das Stromkabel an der Seite herausstehen. Zudem ist die USB-Buchse ziemlich empfindlich. Ich versorge meinen Raspi deshalb über die GPIO-Leiste mit Strom: Raspi-Stromanschluss
    • Im Spannungsverteiler ist ein kleiner China-Spannungswandler, der die 5 V erzeugt, wie ich ihn schon mehrfach benutzt habe. Funkstörungen verursacht er bei mir nicht,
    • Die Masseleitung mit den bis zu 2 A bei 5 V ist keine 10 cm lang und verdoppelt. Der dreipolige Stecker führt in der Mitte 5 V und außen jeweils Masse – so kann man ihn nicht verkehrt herum einstecken.
    • Den Stecker samt Leitung kann man beispielsweise aus einem alten Computer ausbauen.
    • Die Stiftleiste sollte sich in der Bastelkiste finden. Ich habe sie oben auf die Netzwerkbuchse gelötet, da habe ich gleich Masse und die Stiftleiste ist stabil befestigt.
    • Der Netzwerkstecker baut weniger hoch als die USB-Buchsen daneben. Also sollte man bei den meisten Gehäusen oben in den Ausbruch eine Kerbe feilen können, damit der Stromstecker auch noch durchpasst. Die Stiftleiste habe ich versenkt eingebaut, damit da kein Kurzschluss passieren kann. Das könnte passieren, wenn man den Raspi doch mal wieder per USB versorgt.

In SDR-Zeiten ist es ja kein Problem, Störungen auf der Modulationsleitung zu erkennen. Wenn die Stürungen mindestens 30 dB unter dem Nutzsignal liegen, sollte das gut genug sein. Schließlich gelten Grenzen für Nebenausstrahlungen nicht für die Modulation, denn dann dürfte man auch keinen Mobilbetrieb machen.

Stören die Potentialdofferenzen zwischen Rechner und Transceiver doch das Modulationssignal, dann helfen kleine Audio-Übertrager. Die gibt es für wenige Euro im Fachhandel. Erfahrungsgemäß reichen 1:1-Übertrager, die aber nicht zu niederohmig sein sollten.

Die Soundkarte mechanisch verkleinern

USB-Soundkartengehaeuse beschnitten

Ein durchaus wichtiges Problem ist die Größe mancher USB-Geräte, die man direkt in eine USB-Buchse stecken kann. Vor einiger Zeit kaufte ich bei Pollin ein paar USB-Sound"karten" mit dem CM108-Chipsatz (Bestellnr. 723398), weil der nach meinen Recherchen gut vom Raspberry Pi unterstützt wird. Für 4 EUR/Stück kann man da nicht viel falsch machen. Technisch funktionierte das auch gut, nur blockierte das Gehäuse zwei weitere USB-Steckplätze. Das musste anders werden.

Aber noch aus einem anderen Grund musste ich der Soundkarte ans Gehäuse: Ich hatte keine Lust, von der Soundkarte aus zwei Leitungen zum Funkgerät zu führen. Das musste einfacher gehen:

  • Zunächst bearbeitete ich das Gehäuse mit der Säge - vom USB-Stecker her gesehen links, bis unmittelbar an die Platine, und oben. So kann ich wieder alle vier USB-Buchsen des Raspberry Pi nutzen – siehe oberstes Bild. Völlig ohne Gehäuse wollte ich die Soundkarte nicht betreiben, denn das Platinenmaterial ist äußerst dünn. Nach Ende der Arbeiten kommt da Isolierband drum und ein Gummistopfen drunter, um dem USB-Stecker mechanisch zu entlasten. Bei meinen Geräten war übrigens der USB-Stecker nur mit den vier Kontakten angelötet, nicht mit dem äußeren Blech. Das habe ich nachgeholt, wie man im Bild von der Unterseite der Platine sieht. Soundkarte Steckerbelegung geändert
  • Im Amateurfunk senden wir nur in Mono. der zweite Ausgangskanal der Soundkarte ist also überflüssig. Das nutzte ich, um den Mikrofonkanal auf diesen Kontakt umzulegen: Erst die Leiterbahn unterbrechen, dann vom Mikrofonstecker eine Brücke einsetzen. Siehe das Detail in der roten Ellipse.
    Soundkarte Speisespannung für Mikrofonverstärker entfernt
  • Schließlich muss noch ein 10-kΩ-Widerstand weg, der zwischen den 5 V des USB-Steckers und dem Mikrofoneingang eingebaut ist – siehe die rote Ellipse im Bild rechts. So etwas geht recht einfach mit einer Reißnadel oder einem kleinen Schraubendreher, den man auch noch an der grünen Buchse abstützen kann. Über diesen Widerstand wird der Vorverstärker in der Elektret-Mikrofonkapsel versorgt. In anderen Soundkarten-Modellen sollte sich der Widerstand zwischen den 5 V des USB-Steckers und dem Mikrofoneingang leicht finden lassen.

Elektretmikrofon ist übrigens ein wichtiges Stichwort: In aller Regel werden diese Mikrofone aus kurzem Abstand besprochen und zusätzlich enthalten sie einen Verstärker. Genauer: einen Feldeffekttransistor. Dadurch ist die Ausgangsspannung recht hoch. Für uns bedeutet das, dass man ohne Übersteuerungsgefahr den Audio-Ausgang des Transceivers direkt mit dem Mikrofoneingang der Soundkarte verbinden kann.

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Alexander von Obert * http://www.dl4no.de/thema/usb-soun.htm
Letzte Änderung: 12.02.21 (Erstfassung)


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