Stary tuner sat Kathrein - wnętrze, wykorzystanie części, zabawy z PAL

Witajcie moi drodzy.
Przedstawię tu wnętrze starego tunera sat Kathrein Innovatron UFD 41 260211 a potem spróbuję pokazać działanie kilku ciekawszych części ze środka i omówić ich zastosowanie w projektach DIY. Uruchomię tutaj m. in. modulator RF od ALPS, przełącznik A/V TDA8440 (poprzełączamy nim sygnał PAL; w dwóch trybach sterowania) oraz konwerter RGB na PAL MC1377. Przyjrzę się też (standardowo) zasilaczowi impulsowemu ze środka.
Celem tematu będzie uwiecznienie tego starego i niezbyt docenianego sprzętu oraz pokazanie początkującym, że ciekawe elementy elektroniczne wręcz "leżą na ulicy", za darmo, wystarczy się po nie schylić.
Do uruchamiania niektórych części ze środka użyję Arduino Nano.

Tuner Kathrein Innovatron
Ten sprzęt uratowałem w bardzo złym stanie. Ale to dopiero zobaczymy po zdjęciu obudowy.

Z tyłu mamy bogate złącza, dwa SCART (wejście oraz wyjście), wejście anteny od TV i jej wyjście (oraz regulację kanału od 40 do 49 na który szedł by modulowany sygnał), złącza głośnikowe stereo, złącze S-VHS i oczywiście też złącze na sygnał z satelity.

Na obudowie jest informacja o wspieranym standardzie - D2MAC eurocrypt pal satellite receiver.
D2-MAC to standard transmisji sygnału telewizji satelitarnej, ulepsza wersja D-MAC, której pasmo stanowi około połowę pasma D1-MAC, a przepustowość 10.125 Mbit/s.

Przewód tunera jest ucięty, co świadczy o tym że poprzedni właściciel nie planował już go używać.

Spód i wierzch:

Potrzebny będzie śrubokręt typu torx by dostać się do środka:


Zaglądamy do środka
Po otwarciu obudowy widzimy bardzo zły stan sprzętu i elektroniki:

Przedni panel trzyma się tylko na zaczepach:

Można łatwo wyjąć PCB:

Sprzęt daje oznaki życia:

Jednakże korozja była aż tak zaawansowana, że tactile switch sam uciekł z PCB:

Czy coś ze środka może jeszcze działać i się przydać?


Szybki przegląd PCB i układów scalonych ze środka
Przyjrzyjmy się płytce. Sekcja zasilacza:



Zasilacz zrealizowany jest na TEA2018A.

Przełączanie zrealizowane jest na jednym tranzystorze NPN (to jest topologia flyback), BUT11AF.

Sprzężenie zwrotne brane jest ze strony wtórnej poprzez transoptor CNX72A:

Poza zasilaczem jest tu dość dużo układów. Postaram się krótko wspomnieć większość z nich.
Mi od razu rzucił sie w oczy 80C31 (wraz z pamięcią obok):

80C31BH-3 16P Intel 1980 Philips, mikrokontroler 8-bitowy, opisywany jako "128/256 byte RAM ROMless low voltage (2.7 V–5.5 V), 33 MHz". ROMless, gdyż ROM jest obok.


Oczywiście pamięci jest więcej na płytce, jest też typowo mały EEPROM na I2C:

X2404P, cyfrowy układ scalony NMOS, 4 Kbit.

Sama nota jak widać jest dość stara, a mimo to pinout jest zgodny z tym co jest teraz w sprzedaży (choć zamiast WP mamy pin Test).
Jest też dużo układów z serii 74HC, np. dwie sztuki PC74HC02T:

74HC02, czyli bramki NOR wykonane w technologii CMOS:

Kolejne układy:

74HC573, w SO20, czyli 8 przerzutników D z wyjściem 3-stanowym:

Obok jest HC374, też SO20, też przerzutnik typu D:

Dalej PC74HC74T, kolejny przerzutnik, a dokładniej 2 przerzutniki typu D:


I LM324, wzmacniacz operacyjny, a dokładniej 4 w jednej obudowie:

Wyświetlacz dwucyfrowy 7-segmentowy LN524GA-(DP), DP w nazwie oznacza dot point, czyli wyświetlacz z kropką:


Dalej mamy nieco więcej układów przeznaczonych do przetwarzania video:

DMA2271 i DMA2275 są częścia systemu DIGIT2000. System ten dekodował sygnał w standardach C/D/D2-MAC na RGB. Poniżej uproszczony schemat blokowy dekodera:

Schemat wewnętrzny samego DMA2271:

Samo RGB generowane przez ten układ jest dalej przetwarzane i zamieniane na PAL (bądź NTSC) na MC1377 (poświęcę mu osobny akapit):

W okolicy też widać kolejne układy do FM:

MC1496P, modulator/demodulator zbalansowany w obudowie DIP14:


Druga płytka:

Widzimy tu:
- NE612 (odpowiednik SA612, układ do przetwarzania sygnałów radiowych, składa sie z oscylatora i mieszacza)

- TSA6057 (układ syntezy częstotliwości z PLL na I2C)

- NE572 (układ elektronicznej regulacji wzmocnienia, dwukanałowy)

- HEF4053 (analogowy przełącznik SPDT)

- LM311M (komparator napięcia)

Myślę, że tyle starczy - na PCB jest jeszcze trochę nieomówionych elementów ale są raczej mniej ciekawe niż te.

Uruchamiamy zasilacz
Zasilacz (tak jak w wielu innych przypadkach) można bardzo łatwo wydzielić i po prostu wyciąć z płyty głównej. Trzeba uważać, by nie zrobić zwarć i nie uszkodzić potrzebnych ścieżek, ale tak otrzymany moduł zasilacza może być w pełni funkcjonalny. Warto jednak przed uruchomieniem obciążyć chociaż w małym stopniu wyjście przetwornicy rezystorem.

Transformator impulsowy:


Łatwo jest zlokalizować źródła poszczególnych napięć na płytce (na kondensatorach, za diodami prostowniczymi):


5V ze stabilizatora 7805, 12V, same standardowe napięcia. Przydatny zasilacz.

Uruchamiamy modulator RF od ALPS
Modulator RF pobiera sygnał PAL i moduluje go tak by można było go odbierać (tutaj) na kanale od 40 do 49 (w zależności od ustawienia trymmera), czyli od 623MHz do 695MHz. Dzięki temu można było podłączyć ten tuner do telewizora który nie miał nawet innych złącz niż wejście antenowe i mieć 'satelitę' na normalnych kanale tuż obok zwykłych kanałów telewizji.
Tak samo jest w odtwarzaczach VHS. Chyba nawet w takich widziałem identyczny modulator .
Ten modulator ma 5 pinów i prezentuje się tak:


Tu widać wejście i wyjście sygnału, modulator wpinało się szeregowo między TV a antenę.
Pomierzmy napięcia na jego pinach:



Dodatkowo piny mają oznaczenia. Podsumowując mamy:
- V - sygnał Video
- G - Ground, masa
- A - Audio
- MB (Modulator Battery) - zasilanie modulatora które pojawia się po włączeniu urządzenia
- BB (BaseBand) - zasilanie od wzmacniacza RF który przepuszcza sygnał od wejścia antenowego do TV, obecne cały czas, też w standby
(Tyle że tutaj MB i BB są połączone razem, podprowadzone jest do nich 12V)
Podziękowania dla @ArturAVS za wyjaśnienie skrótów.

Do demonstracji potrzebne będzie jakieś źródło PAL. Użyję mojej starej płytki zrealizowanej na PICu:

Na V podaję sygnał PAL, wyjście z modulatora podłączam do wejścia antenowego TV:



Szukamy kanału:

Jest coś - koło C40, 688MHz:

Sukces:

Obraz powyżej jest dwukolorowy, ale to jest limitacja mojej płytki, nie modulatora. Równie dobrze mógłby być kolorowy.
Jak mamy stary telewizor który ma tylko złącze antenowe to taka modulacja PAL jak najbardziej może się przydać.

Wnętrze modulatora RF od ALPS
To jeszcze przyjrzyjmy się temu modulatorowi, zwłaszcza, że jak wiemy, że działa to pewnie jest bardziej interesujacy.


W celu dostania się do środka trzeba przekręcić ten metalowy zaczep z tyłu.



Na płytce widać jeszcze rezystory SMD starego typu:


Układ zrealizowany jest w oparciu o ALP101 produkcji ALPS:

Na ten moment nie znalazłem jego noty katalogowej.

Uruchamiamy TDA8440 (przełącznik PAL)
Spróbujmy uruchomić jeszcze coś powiązanego z PAL. Na płytce są dwie sztuki TDA8440:

Wylutujmy je:


TDA8440 to trzystanowy przełącznik sygnału PAL (sygnał PAL video + osobno prawy i lewy kanał audio) sterowany przez I2C lub poziomami logicznymi.

Schemat wewnętrzny:

Spróbujmy go uruchomić. Najpierw w trybie sterowania poziomami logicznymi (bez I2C):

Układ na płytce stykowej:

Jednym wejściem będzie kamerka PAL FPV, a drugim moja płytka developerska PIC generująca obraz video:

Ten duży przycisk na zdjęciu zmienia stan na pinie SDA (w trybie NON-I2C na nim 12V oznacza pierwsze wejście, a 0V drugie wejście. Mam tam rezystor pull up oczywiście).
Rezultat:

po przełączeniu:

Działa i można wygodnie przełączać pomiędzy sygnałami.
To teraz pora przerobić układ na tryb I2C. Potrzebny będzie mikrokontroler. Dla prostoty użyję tutaj Arduino Nano.

I2C tutaj jest bardzo proste, wysyłamy tylko jeden bajt danych w którym wszystko jest zakodowane. Kość nie wspiera nawet odczytu, tylko zapis.

Oczywiście trzeba mieć rezystory pull up dla SDA i SCL (rezystory do zasilania, dałem chyba 4.7k).
Układ:

Gotowy kod - program przełącza źródło sygnału PAL co 2 sekundy (pomiędzy kamerką a moją płytką)

0x4D to adres urządzenia (można go poznać z dokumentacji - określają go częściowo piny A1, A2 itp, dzieki nim można mieć na jednej magistrali I2C kilka sztuk TDA) + bit W (zapis, 0), adres można też poznać poprzez użycie skanera I2C (jest gotowy sketch Arduino do tego). 0x04 i 0x08 to bity D3 i D2 z wcześniej pokazanej struktury pakietu, czyli przełączanie między dwoma źródłami video.

Uruchamiamy MC1377 (konwerter RGB na PAL)
Kolejnym ciekawym układem na tej płytce jest MC1377. Znajduje się on tutaj:

Charakterystyczna częstotliwość rezonatora kwarcowego w jego pobliżu (4.433619MHz, 4433.619kHz) już sugeruje czym on może być.
MC1377 to konwerter sygnałów RGB na sygnał PAL/NTSC.

Jego wewnętrzny schemat:

Schemat jego aplikacji (mniej więcej to co na PCB mamy):

MC1377 może dokonywać zarówno modulacji PAL jak i NTSC; wyboru dokonujemy pinem NTSC/PAL Select oraz poprzez użycie odpowiedniego rezonatora kwarcowego (NTSC 3.58MHz lub PAL 4.43MHz).
W dużym skrócie, na wejściu mamy:
- analogowy sygnał R (czerwień)
- analogowy sygnał G (zieleń)
- analogowy sygnał B (niebieski)
- osobny sygnał sync (określa piksele, którą linię rysujemy; tutaj w jednym sygnale będzię HSync i VSync)
A na wyjściu otrzymujemy:
- sygnał PAL (lub NTSC w zależności od ustawień)
Te wejściowe RGB może być nawet z VGA o ile częstotliwości się zgadzają (15625Hz w poziomie i 50Hz w pionie, co daje nam 312.5 linii, gdyż jest to sygnał przeplatany).
W jednym z polskich czasopism elektronicznych swego czasu był nawet projekt "Modulator PAL do komputera PC z kartą VGA lub SVGA" oparty na tym układzie.
Spróbujemy go uruchomić.
Z poczatku chciałoby się pewnie po prostu podłączyć np. wejścia R i G do masy, a B do zasilania i oczekiwać niebieskiego ekranu, ale nie jest tak łatwo:


Napięcia na R, G, B muszą być w momencie sygnału sync na potencjale masy i dopiero potem możemy nimi operować by względem wartości z czasu sync ustawiać kolory.
Czyli będą potrzebne 4 piny.
Dodatkowo 5V to za dużo dla sygnałów R/G/B - trzeba będzie zrobić dzielnik rezystorowy by uzyskać potrzebne napięcie.
I oczywiście niezbędne są względnie dokładne timingi - swój program bazowałem na ściądzę którą przedstawiam poniżej:

(powyższa grafika pokazuje timingu obrazu PAL z przeplotem, czyli z technika która pozwala na podwojenie liczby klatek na sekundę bez zwiększania szerokości pasma - jedna klatka zawiera dwa półobrazy)
Teraz trzeba wykonać podłączenia.
Dla odmiany tym razem go nie wylutuję. Wykorzystamy jego układ na oryginalnej płytce, tylko przetnę niechciane ścieżki.
Łatwo to prześledzić, tu na przykład są jego wejscia RGB z kondensatorami:

Kilka chwil i mamy gotowy układ. Arduino Nano i rezystory (dzielniki rezystorowe) by mieć te bodajże 0.7V na pinach od RGB. Użyłem portu C (PORTC), koniecznie wszystko na jednym porcie by ustawienia stanu trwały szybciej:



Teraz spróbujmy to zaimplementować. Najlepiej by było zrobić to na przerwaniach. Jeśli chcemy bez, to przydałoby się policzyć czas jednego NOP na użytej platformie, bo funkcja delay może nie mieć aż takiej dokładności, ale mi udało się z delay. To najprostsza opcja, najmniej wydajna i blokująca całkiem procesor, ale pozwala dobrze zobrazować działanie.
Pierwszy przykład, niebieski pas. Najłatwiej zrobić to w poziomie.

Numery linii z komentarzy odpowiadają liniom z grafiki z Excela!
W ten sposób uzyskujemy pasek.

W kodzie powyżej użyłem makra preprocesora do generowania jednej linii, makro przyjmuje argumenty określające długość sygnału sync.

Wartości MS_2 też są tworzone przez #define, bo zależy mi by wszystko się zoptymalizowało przy kompilacji. A #define jest też dlatego, że delaye tutaj niezbyt się nadaja a same instrukcje też trochę trwają wiec rzeczywista wartość oczekiwania uS dla np. MS_30 to nie 30 tylko mniej.
To było proste, bo pasy zrobione są "wedle linii". Spróbujmy zrobić pas pionowy. Czyli w poprzek linii.

No cóż, widać czemu opóźnienia w kodzie powinny być zgodne ze specyfikacją PAL a u mnie takie nie są. Można by to zrobić lepiej, ale nie chciałem już straszyć początkującym wstawkami z asm i "nopami":

Teraz jeszcze pora zrobić pasy "trzech króli kolorów", czyli RGB. Może w bonusie też z jakąś animacją - by te kolory pasów zamieniały się miejscami w czasie. Oto kod:

Rezultat:

Podsumowując, MC1377 definitywnie działa. A sam kod stąd można by znacznie ulepszyć, i pod kątem kosmetyki (policzyć lepsze opóźnienia i zrobić je na nopach, by były zgodne ze standardami) oraz pod kątem sposobu działania (np. użyć przerwania, gdyż docelowo to tak powinno być zrobione).
Już poza tematem mogę polecić zainteresowanie się biblioteką TVout dla Arduino:
https://www.arduino.cc/reference/en/libraries/tvout/
Repozytorium:
https://github.com/Avamander/arduino-tvout/
z tym, że ona generuje obraz tylko w dwóch kolorach: czarny lub biały i w przeciwieństwie do tego co tu prezentowałem, to ona bezpośrednio generuje sygnał PAL (nie potrzeba zewnętrznych układów).

Głowica sat
Obejrzymy teraz demodulator sygnału satelitarnego, inaczej 'głowicę sat':

Te widoczne na nim krople to spoiwo lutownicze trzymające pokrywe. Niekiedy są one tak zamykane, a niekiedy tylko zagiętymi blaszkami.
Po zdjęciu obudowy:



W środku technologia SMT miesza się z THT. Są też dwa układy scalone - TDA8730 i SP5055S.
TDA8730, tutaj w obudowie DIP (montaż przewlekany), to demodulator FM z PLL dla sygnałów DBS (Direct Broadcasting Satelite) wraz ze wbudowanym AGC (Automatic Gain Control). Z noty można dowiedzieć się na jakich częstotliwościach pracuje:

Jego wyprowadzenia:

Schemat wewnętrzny:

Drugi układ scalony w śroku to SP5055S, sterowany przez I2C synthesiser:

Budowa wewnętrzna:


Głowica sat - pierwsze połączenie z I2C
Bardzo łatwo można taką głowicę podłączyć do mikrokontrolera, wystarczą dwa rezystory pull up dla I2C i w sumie tyle. Więcej pracy jest po stronie kodu. Dlatego tutaj tylko sprawdzę czy Arduino ją widzi na tym I2C (znów I2C scanner) i na tym zakończę:

Rezultat:

Można to pociągnąć dalej i w zależności od tego czym dysponujemy zrobić różnego rodzaju odbiorniki, skaner częstotliwości, analizator widma, itp. itd.
Ale faktem jest, że łatwość dostępu i cena SDR raczej zmniejsza potrzebę tego typu zabaw.

Podsumowanie
Pokazałem tu wnętrze starego, wręcz zardzewiałego, tunera satelitarnego Kathrein i zademonstrowałem, że nawet w takim stanie układy z jego środka mogą sie do czegoś przydać.
Tuner ten nieco różni się od swoich nowszych odpowiedników, bo jest w nim mnóstwo różnorodnych elementów i można łatwo wydzielić poszczególne klocki po kolei przetwarzające sygnał na drodze antena->C/D/D2-MAC->RGB->PAL/NTSC. W nowszych tunerach jest wszystko bardziej zintegrowane w specjalizowane do swojej roli układy i nie ma tylu przydatnych części co tutaj.
Każdy pokazany tu "zalążek" można by pociągnąć dalej i zrobić z niego pełnoprawny, ciekawy i nietypowy projekt. Może to być wyjątkowo atrakcyjne dla osób które lubią wiedzieć jak działa sprzęt wokół nich i/lub interesują sie tematyką retro, bo oczywiście PAL nie jest już używany tyle co kiedyś, ale ja nie widzę w tym problemu.
PS: oczywiście znacznie więcej części można by użyć ze środka, chociażby ten wyświetlacz 7-segmentowy o dwóch cyfrach, ale to raczej wiadomo. Albo ten NE612 (aka SA612), układ mieszacza, no wręcz jak znalazł do pierwszego odbiorniczka króktofalowskiego DIY na np. pasmo 80m i już można posłuchać np. SSB... A o serii 74HC i wzmacniaczach operacyjnych już nawet nie wspominam...
PS2: Tak teraz widzę, że mogłem jeszcze uruchomić TSA6057, nawet kody do tego w sieci są, ale juz może innym razem.

Dla zainteresowanych dodaję część not katalogowych do załączników.