Něco z teorie:

Stereofonní signál (MPX) se skládá ze součtového signálu (L+P) ležícího v pásmu do 15 kHz, rozdílového signálu (L-P) ležícího v pásmu od 23 do 53 kHz a pilotního tónu 19 kHz (viz obrázky dole).

Při návrhu stereo kodéru máme v podstatě dvě cesty, kterými se vydat. První spočívá v separátním vytvoření součtového a rozdílového signálu, modulování rozdílového signálu na subnosnou 38 kHz a smísení obou signálů. Podstatou druhého způsobu je přepínání výstupu mezi signály L a P frekvencí 38 kHz. Matematicky jde o zcela shodné postupy, z pohledu realizace je ale druhý způsob příznivější.
Při prvním způsobu je totiž náročné zajistit vyrovnanou frekvenční charakteristiku v celém pásmu od 30 Hz do 53 kHz. Je tomu tak zejména z toho důvodu, že různé části spektra procházejí jinými obvody. Pro představu: stačí rozdíl 0.1 dB mezi přenosem součtového a rozdílového signálu a separace kanálů poklesne na cca 45 dB, při rozdílu 0.5 dB je dosažitelná separace již jen 31 dB!
Při zmínce o přepínání mezi signály L a P se vám asi vybaví jednoduchý přepínač. Tak to skutečně funguje u těch nejjednodušších konstrukcí (vč. obvodů BA1404, BH1415 atd.). Takto jednoduché řešení má ale dvě zásadní nevýhody. První je příšerné výstupní spektrum obsahující vyšší harmonické a druhá je nedodržení zmíněné podmínky vyrovnaného přenosu součtového a rozdílového signálu. Ideální přepínání by mělo být plynulé, řízené sinusovkou v mezích -1 (L) a 1 (P). Přepínání jediným přepínačem je skokové, řídicí obdélníkový signál obsahuje základní harmonickou (sinusovku) ve vyšší úrovni než je třeba (přesahující uvedené meze). Takže nejen hrozné spektrum, ale i značně omezená separace kanálů jsou důsledkem takto jednoduchého řešení. Separace je dále ovlivněna (pozitivně i negativně) zařazením filtru vyšších harmonických, který jednak může částečně kompenzovat zmíněný rozdíl přenosu, ale při potřebě lepší filtrace dále prohlubuje rozdíl v přenosu (nelze udělat filtr, který do 53 kHz nebude mít žádný pokles a nad 53 kHz najednou přenos prudce klesne) a rovněž zavádí nežádoucí fázový posuv mezi pilotem a subnosnou i mezi postranními pásmy samotného rozdílového signálu. Prostě tímto způsobem kvalitní stereo kodér neuděláte a je třeba způsob přepínání poněkud vylepšit.
Plynulého přepínání lze dosáhnout například paralelním spojením několika přepínačů, ovšem s váženými příspěvky od každého z nich. Pokud váha příspěvku bude vždy dvojnásobkem předchozího, lze takový systém jednoduše digitálně řídit, neboť dostáváme lineární závislost mezi mírou přepnutí a hodnotou vzorku řídicího sinusového signálu. A pak jsme kvalitativně úplně někde jinde.

Předkládané zapojení stereofonního kodéru leží někde na půli cesty mezi analogovým a digitálním zpracováním signálu. Obě oblasti jsou vhodně zkombinovány k vytvoření kvalitního a pokud možno lehce sestavitelného zařízení. Vzorkovací frekvence použitá v tomto stereo kodéru je rovna 97násobku (!!!) frekvence pilotního tónu. Díky tomu je velmi snadné potlačit nežádoucí spektrální složky okolo vzorkovací frekvence bez negativního ovlivnění vlastností hlavního signálu. Použitím mikrokontroléru je počet součástek výrazně zredukován a je dosaženo výborných vlastností v běžném provozu.

Zapojení úmyslně neobsahuje obvod preemfáze. Stereo kodér totiž není vhodné místo pro zajištění preemfáze, i když to u jednoduchých konstrukcí nebývá respektováno. Základní pravidlo zní, že mezi obvodem preemfáze a stereo kodérem musí být zařazen kompresor/limiter/clipper. Jedině tak lze dosáhnout standardní subjektivní hlasitosti vysílání a přitom nepřekračovat maximální povolený frekvenční zdvih. Aby se všechny dobré vlastnosti stereo kodéru naplno využily, je nutné použít kompresor/limiter/clipper, ve kterém je preemfáze precizně zajištěna. Velmi vhodné je například zapojení z těchto stránek.

Základní blokové schéma:

Vlastnosti:

• Nízký šum a zkreslení
• Překmity max. 10 %
• Žádné nastavování (pouze úroveň pilotního tónu a celková výstupní úroveň)
• Vysoká separace kanálů a spektrální čistota
• Vstup pro RDS a výstup pilotního tónu umožňují snadné připojení jakéhokoliv RDS kodéru
• Řízeno mikropočítačem, vnitřní program je k dispozici ke stažení
• Veškeré součástky jsou snadno dostupné (vč. krystalu)

Schéma zapojení:

Seznam součástek:

U1-U3 - TLC272, TS272
U4, U5 - 74HC4053 (74HCT4053)
U6 - 7805
U7 - PIC18F1220-I/P naprogramovaný souborem stereo.hex
Y1 - Krystal 7.3728 MHz (7.372 MHz)
SW1 - Tlačítko

L1, L2 - Tlumivka 15 mH (09P-153J)

RN1, RN2 - Odporová síť SIL 3x 1k (samostatné odpory, 6 pinů)

C1, C2 - 47p keramický
C3, C4, C5, C9, C24, C33-C35, C37 - 100n keramický
C6 - 82p keramický
C7, C19, C20, C30, C31 - 270p keramický
C8, C11, C14, C22, C23 - 220u/10V elektrolytický
C10, C21, C25, C32 - 560p keramický
C12, C36, C38, C39 - 100u/10V elektrolytický
C13 - 470u/25V elektrolytický
C15, C26, C40 - 22p keramický
C16, C27 - 2n7 fóliový
C17, C28 - 4n7 fóliový, 5%
C18, C29 - 10n keramický

R1, R24 - 20k (1%)
R2-R9, R30, R31, R38, R39, R49, R50 - 2k (1%)
R10 - 160k
R11 - 330k
R12, R16, R27-R29, R40-R42 - 39k
R13 - 82k
R14, R17, R18, R20, R21, R25, R32, R43 - 10k (1%)
R15, R26 - 1k
R19 - 470R
R33, R34, R44, R45 - 30k (1%)
R35, R46 - 16k (1%)
R36, R47 - 47R
R37, R48 - 680R
R22, R23 - Trimr 5k stojatý

HEX soubor pro U7: stereo.zip (WDT: on, Osc.: HS PLL, MCLRE: RA5), verze 2.0.
Vhodný programátor PIC najdete např. zde: http://www.members.aon.at/electronics/pic/picpgm/.

Popis ovládacích prvků:

Nastavení úrovně pilotního tónu: Úroveň pilotního tónu by měla být nastavena na 9 % celkového zdvihu (75 kHz), měřeno v napětích špička-špička (peak-to-peak). Například pokud je vstupní úroveň zvukového signálu 2 V pp, nastavte úroveň pilota na 0.2 V pp.

Tip pro nastavení zisku výstupního zesilovače: Je lepší nastavit vyšší výstupní úroveň na stereo kodéru a snížit citlivost modulátoru vysílače než opačný postup. Platí to obecně, výrazně se zlepší odstup signál/šum.

Poznámka: Nastavení výstupní úrovně nemá vliv na poměr úrovní pilota ku zvuku ve výstupním MPX signálu.

Nastavení módu: Stiskněte a držte tlačítko dokud není signalizována změna módu zvukovým signálem (počet pípnutí určuje nastavený mód). Tabulka módů:

Mód 1 je výchozí a doporučený. Mód 2 přepne na monofonní provoz. Módy 3 až 5 jsou určeny ke kompenzaci přenosových charakteristik a zlepšení separace kanálů, pro laické využití však nemají význam.

Deska plošných spojů:

Strana spojů.

Strana součástek.

Připojení kodéru RDS:

Připojení MiniRDS kodéru.

Připojení RDS kodéru PIRA32.

Naměřené výstupy:

Výstupní spektrum - P: 1 kHz, L: 1 kHz.

Výstupní průběh napětí (vč. pilota) - P: 1 kHz, L: bez signálu.

Výstupní spektrum - P: 1 kHz, L: bez signálu.

Výstupní spektrum - Skutečný hudební signál.

Výstupní spektrum - Skutečný hudební signál.

Výstupní spektrum obvodu BH1415:

Pro porovnání přikládám výstupní spektrum obvodu BH1415 (či BA1404). Moc hezky to nevypadá a je to docela hloupé. Zejména obvod BH1415 a podobné z novější produkce mohly obsahovat pokročilejší techniku generování stereofonního signálu, aniž by to jakkoli ovlivnilo složitost zapojení s těmito obvody.

P: 1 kHz, L: 1 kHz.

Skutečný hudební signál.

(C) 2008 Pira CZ. Komerční využití tohoto zapojení není dovoleno.