Ruisvrij squelch schakelen > Amateurtele.com

Aan het einde van het ontvangen van een (analoog) radiosignaal, schakelt het squelch circuit de audio doorgaans uit. Helaas is er aan het einde van een uitzending een korte stoot ruis hoorbaar tussen het de ontvangen modulatie en het uitschakelen van de ruis. Persoonlijk vind ik dit onhandig omdat een stoot ruis onnodig de aandacht trekt als er geen relevant gesprek wordt ontvangen. Ook bij zacht modulerende stations is de “klap met ruis” aan het einde van een uitzending onprettig. Hier is gelukkig een oplossing voor! De werking hiervan wordt, met achtergrondinformatie, in dit artikel toegelicht.

Inleiding

Per toeval ben ik met Daan; PA3BCI aan de praat geraakt over een Kyodo KG-105 mobilofoon. Omdat ik eerder met een Kyodo repeater aan het reverse engineeren ben geweest met (nagenoeg) dezelfde PLL print, was mijn interesse in de mobilofoon gewekt. In een bijzin vertelde Daan dat er een zogeheten emmertjesgeheugen aanwezig is waardoor er geen ruis stoot is voor het inschakelen van de squelch na een ontvangen uitzending. Door mijn persoonlijke 'irritatie' over deze ruis stoot en de onbekendheid van een emmertjes geheugen is mijn interesse hierin gewekt. Ik ben op zoek gegaan naar meer informatie en zo is patent 3,979,679 van 7 september 1976 gevonden over deze techniek, de werking van een emmertjesgeheugen heb ik uitgeplozen en Leo; PA0LMD wist mij te vertellen dat PI3EHV in 1978 al uitgerust was met deze techniek.

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

Theoretische werking

Kort samengevat komt het er op neer dat de ontvangen audio iets vertraagd wordt weergegeven en dat de squelch iets later 'open' gaat zodra er geen ruis meer wordt ontvangen ofwel er een gewenst signaal wordt ontvangen. Dit klinkt misschien abstract waardoor nadere uitleg prettig is. Op onderstaande afbeelding uit het patent [1] staan vier signalen getekend.

image is loading...

Het bovenste signaal op de afbeelding representeert de ontvangen 'kale' gedemoduleerde audio. Bij 31 is breedbandige ruis weergegeven zoals aanwezig als er geen signaal wordt ontvangen. Bij 30 verdwijnt de ruis omdat er een draaggolf wordt ontvangen. Bij 32 is stilte zichtbaar (een draaggolf zonder audio). De tweede lijn van boven laat de reguliere squelch schakeling zien. Zodra er een draaggolf wordt ontvangen, ofwel geen breedbandige ruis aanwezig is, schakelt de squelch in met een zekere tijdvertraging T1. De vertraging T1 komt doordat het schakelen van de squelch enige tijd nodig heeft, dit is geen opzettelijke vertraging. Deze zelfde vertraging is ook aan het einde van de ontvangen audio. Doordat er een tijdvertraging is tussen het einde van de audio en het activeren van de squelch, is er even een stoot ruis hoorbaar. Het is de bedoeling dat deze ruis geëlimineerd wordt. Sneller schakelen van de squelch is helaas niet mogelijk waardoor een andere oplossing nodig is.
Wanneer de gedemoduleerde audio vertraagd wordt van minimaal lengte T1, wordt er tijd “gewonnen” zodat de ruis aan het einde van de uitzending wegvalt zoals gewenst. De onderste lijn van bovenstaande afbeelding laat het vertraagde signaal zien. Hier is zichtbaar dat door de vertraging de ruis pas verschijnt als de squelch al uitgeschakeld is bij t5. De tijd tussen t5 en t6 is voldoende zodat de ruis niet meer hoorbaar is na de ontvangen uitzending.
Een nadeel is dat de ruis nu aan het begin van de uitzending hoorbaar is… Het probleem van de ruis is verplaatst. Het effect van de ruis aan het begin van de uitzending is wel te elimineren door de squelch tijd T1 iets langer vast te houden. De audio blijft hiermee met lengte T1 onderdrukt zodat de ruis aan het begin van de uitzending. Hiermee is gewenste situatie bereikt omdat de audio ruis niet meer hoorbaar is bij “normale” squelch schakeling.

Praktische uitvoering van audio pad

De theorie moet wel praktisch gemaakt worden om het in de praktijk te kunnen gebruiken. Op onderstaeande afbeelding is het voorgestelde blokschema zichtbaar uit het patent.

image is loading...

De demodulator 10 demoduleert het ontvangen signaal zodat signaal 13 de ontvangen audio (of ruis wanneer er geen ontvangst is) bevat. Laagdoorlaatfilter 12 laat alleen de signalen onder 6 kHz door omdat voor een communicatie ontvanger geen hogere audio frequentie dan 3 kHz aanwezig is. En wanneer er hogere frequenties in de delay terecht komen, kan dat voor ongewenste audio producten zorgen. De delay bij nummer 14 is de chip dat het audiosignaal “vertraagd”. Deze specifieke chip is later in dit artikel toegelicht. Noot: Het signaal wordt niet langzamer afgespeeld, maar het ingekomen signaal komt in het tijddomein iets later uit de uitgang. De audio dat in de tijd iets 'achter loopt' bij nummer 15 wordt via de squelch “poort” 16 geschakeld. Wanneer deze gate open schakelt door signaal 19, wordt de audio uit uitgang 18 hoorbaar.

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

Praktische uitvoering van squelch pad

Om te weten wanneer de squelch moet schakelen, moet er onderscheid gemaakt worden tussen gewenst en ongewenste signalen. Uit de demodulator 10 komt zowel de ruis als de gewenste audio. De gewenste gedemoduleerde audio heeft nooit hogere frequenties dan 6 kHz omdat de zender geen tonen boven 3 kHz uitzendt. Wanneer er geen gewenst audiosignaal wordt ontvangen, is er echter wel breedbandige ruis uit de modulator 10 aanwezig. Wanneer de ruis en gedemoduleerde audio door een 6 kHz hoogdoorlaatfilter 23 wordt geleidt, komt er geen gewenst ontvangen audio doorheen omdat er geen audio is van meer dan 3 kHz. De breedbandige ruis wanneer er geen signaal ontvangen wordt, heeft echter wel signalen boven 6 kHz. Achter de hoogdoorlaatfilter 23 is een detector 24 geplaatst dat de audio energie omzet in een gelijkspanning. Denk bij deze detector aan een samenstelling van een diode en een condensator dat proportioneel is aan de audio energie boven 6 kHz. Dus als er audio (tot 3 kHz) wordt ontvangen komt er (nagenoeg) geen gelijkspanning uit detector 24. Wanneer er geen gewenst audio signaal wordt ontvangen, is er breedbandige ruis waardoor er na detector 24 wel een gelijkspanning op lijn 21 aanwezig is. De gelijkspanning 21 wordt aangeboden aan de comparator evenals een referentiespanning. Wanneer de gelijkspanning 21 van detector 24 boven een zeker niveau komt, betekent dat er ruis is en er dus geen gewenst signaal wordt ontvangen. Het referentie signaal is doorgaans gekoppeld aan de squelch knop zodat de drempelwaarde manueel naar wens ingesteld kan worden. Op de delay na, is er weinig anders dan een “gemiddelde” ontvanger. Bij de eenzijdige vertraging 22 wordt er iets belangrijks geïntroduceerd.

Eenzijdige vertraging

De eenzijdige vertraging is een integraal onderdeel van dit squelch systeem. Zie hiervoor de schakeling op onderstaande afbeelding.

image is loading...

Deze eenzijdige vertraging kan vergeleken worden door een tijdrelais met inschakelvertraging. Deze eenzijdige vertraging zorgt ervoor dat de squelch vertraagd ingeschakeld wordt zonder dat het uitschakelen vertraag wordt. In de rust situatie is het ingaande signaal 0V. De ingang 29 van de comparator 30 is daarmee ook 0V. Wanneer de ingang van het circuit (als gevolg van een ontvangen signaal en dus geen ruis) naar –V gaat, gaat condensator 26 opladen doordat er een (weliswaar negatief) spanningsverschil ontstaat. De snelheid van het laden wordt door de capaciteit van condensator 26 bepaald en door weerstand 27. Hoe meer capaciteit de condensator heeft, des te langer deze laadt. Hoe groter hoger de weerstand waarde is, des de meer wordt de stroom geremd en laadt de condensator langzamer. Naar mate de condensator oplaadt, zal de spanning 29 richting –V gaan. Wanneer de condensator vol is, is de spanning op punt 29 gelijk aan –V. Op dit moment zijn de ingangen van de comparator beide –V en schakelt de uitgang van de comparator naar –V. De laadtijd van de condensator resulteert in een inschakelvertraging met tijd T. Wanneer de ontvangst stopt, gaat het ingangssignaal van de schakeling van –V naar 0V. Via diode 28 wordt de condensator direct ontladen waardoor signaal 29 meteen gelijk is aan 0V. Als gevolg hiervan schakelt de comparator 30 ook direct naar 0V. Het effect van de schakeling is dat de squelch vertraagd inschakelt en wel direct uitschakelt.

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

Samenwerking audio- en squelch pad

Terugkijkend naar de bovenste afbeelding wordt de samenwerking duidelijker. De vertraagde audio is zichtbaar op het onderste signaal van de afbeelding. De twee middelste signalen laten de squelch schakeling zichtbaar. De bovenste van de twee is het ‘traditionele’ squelch tijdsverloop. Het onderste squelch tijdverloop is met T2 vertraagd. Het samenstel van de onderste twee signalen van de afbeelding laat zien dat de gewenste situatie is bereikt. In de tijd dat de squelch open staat, wordt er alleen ontvangen audio doorgegeven en nooit ruis. In de praktijk moet de tijdsvertraging in relatie zijn tot de snelheid van squelch schakelen en de tijdsvertraging van squelch uitschakelen.

Bucket Brigade Delay chip

Om een audio vertraging te bereiken is een chip nodig dat de analoge audio in het tijd domein kan vertragen. Van oudsher is een bucket brigade delay (BBD) chip zoals de MN3207 mogelijk (in combinatie met de MN3102 klok generator chip). Een BBD chip is dat fragmenten van het ontvangen signaal in een aantal stappen doorgeeft naar de uitgang zoals weergegeven op onderstaande afbeelding.

image is loading...

Het werkt als een rij brandweermannen die emmers met water doorgeven, vandaar de naam Bucket Brigade Delay. Een ingekomen signaal wordt doorgegeven aan een condensator in de vorm van lading en de lading wordt doorgegeven naar de volgende condensator in het ritme van een set klokpulsen. Er zijn twee kloksignalen nodig die ervoor zorgen dat de lading bij elke klok wissel een condensator verder wordt doorgegeven. In de praktijk is een keten van 1024 condensatoren een denkbaar aantal. De lengte van de keten en de snelheid van de klokpuls bepaalt samen de vertraging. Houdt er wel rekening mee dat als de frequentie van de klokpuls gelimiteerd is om dat anders de resolutie van het geluidssignaal te slecht kan worden. Het audiosignaal wordt immers in ‘stukjes geknipt’ (EN: samples). De maximale vertraging is doorgaans door de fabrikant bepaald. De MN3207 is bewezen effectief en goed betaalbaar. Opmerkelijk is wel dat DDB chips relatief duur zijn. Mogelijk om dat deze waarschijnlijk alleen nog voor gitaar effecten worden toegepast en de markt daarmee vrij klein is. Er zijn ook digitale vervangende chips, maar de MN3207 en MN3102 samen hebben minimale externe componenten nodig waardoor deze praktisch zijn.

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

Beperking door vertraging

Een eigenschap (of misschien nadeel) van de BBD squelch is dat de ontvangen audio licht vertraagd is en dat de ontvangst hiermee niet meer “realtime” is. In de praktijk hoeft de vertraging niet meer te zijn dan de tijd dat de squelch nodig heeft om na een ontvangst in te schakelen. In de praktijk is 0,05…0,2 seconden een werkbare vertraging. Tijdens een radioverbinding zal deze vertraging redelijkerwijs geen problemen opleveren, maar in specifieke toepassingen waarbij een realtime signaal nodig is kan dit bezwaarlijk zijn. Doordat het audiosignaal ook gesampled wordt, gaat de kwaliteit ook omlaag. Voor communicatieradio is dit overigens niet merkbaar/bezwaarlijk. De audio uit de delay chip moet nog wel door een laagdoorlaatfilter omdat de samples blokgolven zijn geworden van verschillende amplitude. Hierdoor ontstaan er ook ongewenste boventonen. Een eenvoudig ‘LC laagdoorlaatfilter’ volstaat prima om een mooi geluidssignaal te verkrijgen.

Patent

In mijn ogen is deze BBD squelch een briljant systeem en ik heb mij dan ook verbaasd waarom het niet in commerciële apparatuur voor radiozendamateurs is toegepast. De schakeling is betrekkelijk eenvoudig en de kosten zijn daarmee beperkt. Denkbaar is dat het systeem niet is toegepast omdat het ontwerp gepatenteerd was en dat mogelijk licentie kosten voor gebruik een drempel zijn. Ook is het nut (bijna) ingehaald omdat communicatieapparatuur steeds meer digitaal gaat waarbij de DDB squelch niet meer relevant is. Een patent beschermt de ontwikkelaar zodat de investering van de ontwikkeling terugverdiend kan worden. Dit betekent dat je dit BBD squelch systeem wel voor jezelf mag bouwen en gebruiken, maar zolang het patent actueel is niet commercieel mag verkopen (tenzij er met de patenthouder een overeenkomst is natuurlijk). Het patent is ondertussen verlopen en het ontwerp mag dus commercieel worden toegepast. Bij dezen een hint naar de commerciële apparatuur bouwers.

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

Zelf bouwen

Ik ben voornemens om deze BBD squelch te integreren in mijn (commerciële) zendontvangers. Het audio pad moet onderbroken worden en er moet een vertraging worden gerealiseerd. Dit moet te doen zijn met de twee eerder genoemde chips. Ook moet de squelch vertraagd worden uitgeschakeld. Dit moet ook vast lukken met een eenvoudig logica chipje. Helaas heb ik nog geen ontwerp klaar dat ik kan delen, maar ik denk dat bovenstaande artikel voldoende inspiratie biedt om zelf aan het experimenteren te gaan.

Tot slot

Als het lukt om een werkende schakeling te maken op basis van bovenstaande principe, hoor ik het graag! Ik ben benieuwd naar de praktijk ervaringen.

Het (voort)bestaan van deze website wordt mede mogelijk gemaakt door aanbieden van onderstaande reclame.

Het aanbieden van de kennis via deze website kost tijd, energie en geld. Het is heel leuk om kennis te kunnen delen en anderen hiermee te kunnen helpen, maar ook alle kosten worden uit privé middelen voldaan. Er zijn onder andere kosten voor de hosting aanbieder om de site te kunnen laten bestaan. Mijn doel is om de inhoud aan te kunnen blijven bieden zonder reclame, maar de kosten worden hoger waardoor financiële middelen nodig zijn. Dus een bijdrage van €3 wordt zeer op prijs gesteld. Het is mogelijk om op een veilige manier een financiële bijdrage van €3 (of een veelvoud hiervan) te kunnen leveren. Klik op de knop hieronder om via Ko-fi een donatie te verzorgen.

open de afdrukbare pagina door hier te klikken
klik hier voor de mobiele versie. (Beta test.)