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Decoder - Encoder CTCSS con Microprocessore PIC

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Dopo anni di utilizzo della scheda decoder con integrati LM324 e dell' encoder ctcss ho constatato che in condizioni estreme di utilizzo queste schede hanno problemi di stabilità termica, pertanto mi sono deciso a realizzare una scheda Decoder ed Encoder CTCSS gestita da microprocessore PIC.
La nuova scheda ha le stesse dimensione della precedente in modo da essere facilmente intercambiabile. La progettazione iniziale risale ad Aprile 2013, mentre l'ultima modifica hardware e software è di Settembre 2013.
Da allora la scheda è stata installata su vari sistemi, senza aver manifestato malfunzionamenti.



Caratteristiche del progetto
Ho voluto realizzare una scheda con funzione sia Decoder che Encoder ad alta affidabilità e basso costo. Escludendo il circuito stampato, che realizzo artigianalmente con la fotoincisione, il costo totale di tutti i componenti non supera i 10 euro.
 
Il circuito è in grado di decodificare e generare i primi 16 subtoni standard da 67 a 114,8 hz selezionando i 4 ponticelli dedicati sul circuito stampato. La Pic 16F628a opportunamente programmata svolge sia la funzione di decodificatore che di generatore di subtono. Il suo oscillatore interno è controllato da un quarzo di 4 Mhz che lo rende immune dalle variazioni di temperatura.
Sono presenti 2 ingressi SQ+ ed SQ- da utilizzare se la scheda decoder è installata sul ricevitore di un ponte locale. In uno di questi ingressi viene collegato il segnale di squelch proveniente dalla radio ricevente. L'ingresso SQ+ viene utilizzato quando il segnale di squelch aperto è positivo. Questo ingresso va collegato a massa quando non è utilizzato. L'ingresso SQ- viene utilizzato quando il segnale di squelch è negativo (segnale a massa squelch aperto). Questo pin se non utilizzato può essere anche lasciato libero.
L'implementazione di questa funzione nel software della PIC permette 2 vantaggi importanti:
il primo: l'utente che entra sul ponte con una deviazione eccessiva (maggiore di +/- 5 KHz) con le normali schede decoder nei picchi di modulazione si avranno delle interruzzioni della modulazione dovute alla perdita dell'informazione del segnale subtono che viene tosato dal filtro passa banda di media frequenza. In questo modo la scheda subtono non rilevando più il subtono chiude la BF per il periodo di durata dei picchi di modulazione. Nel caso di questa nuova scheda il software introduce un ritardo di chiusura massimo di 1 secondo in presenza di squelch aperto, permettendo alla BF di passare anche in presenza di picchi eccessivi di modulazione.
Il secondo: la PIC rilevando anche il segnale di squelch chiude la BF non appena il segnale di squelch manca, senza aspettare il ritardo fisiologico dalla cessazione del segnale subtono. Questo si traduce in una rapida chiusura della BF.
Questa funzione va utilizzata solo nel ricevitore del ponte locale e NON VA ASSOLUTAMENTE USATO nel caso di apparati di Link.
Il software della PIC è in grado di riconoscere automaticamente quando un segnale di squelch è collegato su uno dei pin dedicati. Quindi nel caso di apparati di Link basta collegare il pin SQ+ a massa e lasciare libero il pin SQ-.

Descrizione dello schema elettrico
Analizzando la parte decoder del circuito si nota che il segnale BF prelevato dal ricevitore attraversa 2 filtri passa basso da 12 db per ottava costituito dal doppio operazionale TL082 e da altri componenti passivi (R7, R8, R9, C7, C8 e C9 per il primo stadio e R18, R19, R20, C20, C21 e C22 per il secondo stadio).
Il segnale subtono ripulito dal segnale vocale presente sul pin 7 di U2 viene squadrato da U4A prima di raggiungere il pin 3 della PIC.
Per il circuito squadratore ho previsto 2 configurazioni. La prima configurazione consiste nel montare sulla stampato R10 con il valore di 82kohm e montando anche R11, C10 e C11 omettendo di montare R23 ed R24. Da test eseguiti io preferisco usare la seconda configurazione che consiste nel montare R10 con il valore di 56kohm omettendo il montaggio di R11, C10 e C11 e montando invece R23 ed R24.
In presenza del tono giusto i pin 6 e 7 della PIC cambiano il loro stato logico. Il pin 6 passa da 0 volt a 5 volt, mentre sul pin 7 accade il contrario. Settando JP1 correttamente è possibile avere Q1 in conduzione in presenza di tono utile o viceversa.
Sul pin 13 è sempre presente il subtono selezionato con i 4 jumper. Trattandosi di un'onda quadra verrà resa sinusoidale utilizzando il filtro passa basso composto da U4B e dai componenti passivi R14, R15, R16, C16, C17 e C18.
L'ampiezza del tono subaudio potrà essere regolato dal trimmer RV1. Il jumper JP2 che normalmente è chiuso, può tornare utile qualora si voglia interrompere il subtono in tx utilizzando degli interruttori elettronici tipo CD4066 o dei relè meccanici. Spesso per bloccare il tono in tx si usa mettere in cortocircuito a massa con un transistor il segnale, questo può creare un fastidioso Bump, cosa che non si verifica utilizzando degli interruttori elettronici collegati su JP2.

Conclusioni
Con questa nuova scheda subtono ho reso affidabili le mie realizzazioni azzerando le manutenzioni dovute alla deriva termica delle vecchie schede decoder ed encoder inserendo anche una innovazione come destritta nell'articolo che migliora le prestazioni dei ponti.

Di seguito ci sono alcune foto ad alta risoluzione utili per il montaggio dei componenti sul circuito stampato:
 



Vi prego di segnalarmi eventuali parti poco chiare in modo da migliorarlo. Spesso chi scrive un articolo da molte cose per scontato.

Buon divertimento. '73 Lorenzo IW6OCM



NOTE:
Ho ricevuto molte e-mail di apprezzamento per questo progetto e ringrazio pubblicamente quanti mi hanno scritto.
Una domanda ricorrente è: Perchè ho realizzato una scheda decoder con solo i primi 16 subtoni standard e non tutti e 32?
[1°] In campo radioamatoriale vengono utilizzati sempre valori tra i primi sedici, in questo modo ho realizzato i filtri passa basso con frequenza di taglio a 130Hz eliminando meglio la BF della voce.
[2°] Ho utilizzato una particolare routine software per velocizzare il riconoscimento del subtono. Se avessi voluto decodificare le frequenze più alte e mantenere la stessa precisione e velocità avrei dovuto usare delle variabili a 16 bit che avrebbero complicato troppo il software. Potevo cambiare tipo di Pic, ma non sarei riuscito a realizzare una scheda cosi compatta delle stesse dimensioni della precedente da essere intercambiabile, comportando un notevole lavoro per la sostituzione delle vecchie schede.


Note ed Errata Corrige:
Mi sono state segnalate alcune incongruenze tra elenco componenti, schema elettrico e foto, che potrebbero mettere in difficoltà chi volesse realizzare il progetto.

Per il valore di R10 fare attenzione alla nota riportata a destra in basso sullo schema elettrico.
Per R13 il valore consigliato è 100kohm come visibile nelle foto, se montate una resistenza da 10kohm come riportato nell'elenco componenti l'ampiezza del tono in uscita potrebbe risultare troppo bassa.
Per R17 il valore può essere sia da 15Kohm come riportato nell'elenco componenti e sia 18kohm come visibile nelle foto. Nel secondo caso l'ampiezza del segnale in uscità sarà leggermenete più bassa.
Per R21 consiglio il valore di 15kohm come riportato nell'elenco componenti. Con il valore da 10Kohm visibile nelle foto, la corrente di base del transistor è leggermente maggiore, ma il circuito funziona ugualmente.
Il valore corretto di C3 è 1uF. il valore da 100uF riportato sull'elenco componenti è errato. Il circuito comunque anche con il valore più alto funziona lo stesso anche se si allunga il tempo di reset della PIC all'accensione.
Per C23 il valore corretto è 100nF e non 100uF come visibile nello schema elettrico. Stranamente nell'elenco componenti, generato dal programma che uso per i circuiti stampati, il valore di C23 non appare.
Infine i condensatori da montare dal lato saldature sono C4, C12, C13, C19, C23 tutti da 100nF.



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