DSP-Radio-Modul für FM/MW/SW

von Klaus Leder

Seit einigen Jahren sind in China sehr preisgünstige Chips erhältlich, die bei geringem Aufwand den Bau von leistungsfähigen UKW-Empfängern ermöglichen. Mit Hilfe digitaler Signal-Prozessoren (DSP) können Hochfrequenzsignale verarbeitet und die aufgeprägten niederfrequenten Informationen verstärkt werden – ohne Schwingkreise und konventionelle Bauelemente. Aufgrund der Massenproduktion und der geringen Herstellungskosten werden DSP-Radios für UKW häufig als Werbegeschenke oder als Beilage in Kinderzeitschriften angeboten. Die Anschlussleitungen der beigelegten Ohrhörer dienen gleichzeitig als Antenne.

Im Internet wird zur Zeit ein DSP-Radio-Modul für FM und AM aus China beworben, das eine Weiterentwicklung des ursprünglich in den USA von Silicon Labs geschaffenen Einchip-HF-Empfängers SI4844 ist.

Die Platine mit dem Chip ist auf einem kleinen Drehkondensator befestigt. Mit einem Batteriehalter für zwei AA-Zellen, einer MW-Ferritantenne, einem 50 K-Potenziometer, einem 8 Ohm-Lautsprecher und etwas Schaltdraht lässt sich mit einigen Lötverbindungen ein Empfänger für MW, KW und UKW aufbauen. Die Peripherie des digitalen Moduls ist wie bei analogen Radios organisiert. Man braucht einen Antennenanschluss, sucht die Sender mit dem Miniaturdrehkondensator und stellt die Lautstärke analog mit dem Drehpotenziometer ein (Wheel-Tuning). Für UKW- und KW-Empfang genügt ein kurzes Drahtstück, für die MW-Sendersuche müssen eine Ferrit- oder eine Langdrahtantenne angeschlossen werden. Unter der schwarzen Vergussmasse befindet sich nicht nur der HF-Empfänger sondern auch ein integrierter Audio-Verstärker, an den ein 8 Ohm-Lautsprecher angeschlossen werden kann. Mit einem Wechselschalter kann zwischen FM- und AM-Betrieb umgeschaltet werden, was durch zwei Leuchtdioden mit 100 Ohm-Vorwiderständen angezeigt wird. Die dritte LED zeigt das Einrasten eines Senders an.

Auf Anfrage wird eine 17seitige englischsprachige Beschreibung des Moduls per Email zugesandt.
Darin werden u. a. folgende Leistungsangaben gemacht: Weltweiter FM-Band-Empfang (56-108 MHz) und TV-Audio-Band (174-223 MHz), Mittelwellenband (520-1710 KHz), Kurzwellenband (4,75-21,85 MHz). Die Spannungsversorgung reicht von 2,0 VDC bis 4,5 VDC.
Der Chip mit der Bezeichnung DSP6919ZZ hat FM-Stereo-Output und verfügt über PLL-Frequenzkontrolle, AGC, adaptive Geräuschunterdrückungs-Funktion und integrierte LDO. Der RF CMOS-Prozessor hat 28 Anschlussbeine. Er wird als DSPM1-Modul, kompatibel zur PVC444-Größe (kleinere Ausführung) oder als DSPM2-Modul, kompatibel zur PVC443-Größe (größere Ausführung), auf dem Minidrehko montiert geliefert. Die guten Empfangseigenschaften werden in ausführlichen Tabellen dokumentiert.

Die Wahl der Empfangsbereiche im FM- und AM-Band kann mit Jumpern erfolgen, wurde hier aber mit einem DIP-Schalter realisiert. Im Kurzwellenband fällt auf, dass zwischen den einzustellenden Frequenzbereichen jeweils Lücken bestehen, sodass hier liegende Sender nicht empfangen werden können.

Das Radiomodul wird momentan für einen Preis von ca. 8 Euro inklusive Versandkosten aus China angeboten. Der Radiobaustein motiviert zum Einbau in eine Holz- oder Plexiglasbox und lässt sich auch gut in ein Retroradio-Gehäuse von Conrad (Franzis) einbauen.

Ein selbstgebauter, leistungsfähiger Weltempfänger mit UKW-, Mittelwellen- und Kurzwellenempfang könnte im Bildungsbereich Interesse hervorrufen, da mit diesem Modul eine Brücke zwischen der analogen und der digitalen Technik geschlagen wird. Eine didaktisch angelegte Anleitung zu einem solchen Projekt sollte nicht nur den Zusammenbau des Radios beschreiben, sondern auch Einblicke in die Grundlagen des analogen Rundfunkempfangs und in die neue digitale Radiotechnik geben. In der Broschüre könnte die fast hundertjährige Geschichte des Radios, angefangen beim Detektorempfänger über Röhrenaudion, Transistor, Integrierten Schaltkreis bis zum DSP-Radio kurz angerissen werden. Da die Herstellung der Lötverbindungen einem Anfänger nicht leicht fällt, wären bei einem Schülerbausatz ein Radio-Modul mit angelöteten Drähten, ein Steckbrett und Drucktaster für den Bandwechsel empfehlendswert.

Mit einem solchen Projekt könnte auch die von den Bildungspolitikern geforderte Stärkung der sog. MINT-Fächer durch praktische Tätigkeit der Schülerinnen und Schüler gefördert werden.

Vielleicht wird mit diesem Beitrag ein Anstoß dazu gegeben, dass Firmen wie z. B. der Franzis Verlag demnächst einen Bausatz für einen digitalen Weltempfänger mit UKW, Mittelwelle und Kurzwelle herausgeben.

Nachtrag: Drehkoabstimmung

Wie funktioniert eigentlich die Abstimmung? Die Hülle des Moduls lässt sich leicht abziehen. Darunter verbirgt sich ein Dreko mit wenigen Platten. Ob es da vielleicht eine Art Master-VFO gibt?

Messungen am DSPM2 von B. Kainka

Es hat mich sehr interessiert, wie die Abstimmung mit einem kleinen Drehko funktioniert. Dazu habe ich ein möglichst einfaches Radio aufgebaut. Ganz ohne eine Beschaltung der Bereichseingänge startet der Empfänger auf UKW. Eine Diode dient nur als Verpolungsschutz. Zum Lautstärkepoti wird ein zusätzlicher Widerstand benötigt.

Die AM- und FM-Umschaltung braucht nur eine kurze Berührung mit GND und bleibt dann bis zu nächsten Einschalten stabil. Für die AM-Bereiche habe den breiten unteren Kurzwellenbereich gewählt. Am Antenneneingang liegt eine HF-Drossel, deren Drähte zugleich als Antennenstecker deinen können, damit ich meinen Kurzwellendipol anschließen kann.

Die Messung am Drehko zeigt ein Rechtecksignal mit etwa 300 kHz, das sich über den Abstimmbereich um weniger als 20 kHz ändert. Man erkennt deutlich die Wirkung einer PLL. Wenn ein Sender einrastet, springt die Drehkofrequenz deutlich vor oder zurück. Die PLL-Frequenz steht in keinem direkten Verhältnis zur Empfangsfrequenz, sondern verhält sich eher wie eine Zwischenfrequenz.

Auf dem Signal liegt für den UKW-Bereich deutlich erkennbar die demodulierte NF. Wenn ich den Drehko mit der 1:10 Messspitze des Oszis berühre, ist die Verstimmung groß genug um die Synchronisierung zu verlieren. Auch eine Annäherung mit dem Finger bis auf wenige Millimeter führt zu einer merklichen Verstimmung. Mit dem Einbau ins Gehäuse und dem aufgesetzten Drehknopf ist die Handempfindlichkeit nicht mehr feststellbar.

Das Radio wird nun mit einem Li-Akku betrieben. Der Strombedarf liegt bei etwa 50 mA. Das Lautstärkepoti hat 22 k, der Serienwiderstand insgesamt 11 k. Damit wird noch nicht die maximale Lautstärke erreicht, aber für die praktische Anwendung ist es ideal.

Die AM-Bereiche sind tagsüber weitgehend still. Aber am Abend findet man noch viele starke Stationen zwischen 6 MHz und 10 MHz. Die Empfangsleistung ist auch mit einem kurzen Draht schon recht gut. Mit einer großen Außenantenne wird der Störabstand noch besser. Eine Übersteuerung konnte nicht festgestellt werden.

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