LW/MW/KW/UKW-Empfänger mit Si4732 zum Selbstbau
Version vom 25. April 2023
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Von Manuel Lausmann gibt es auch ein Video zum Thema : https://youtu.be/mDOwCcufZXE
NEU: Si4732-Platinenversion von Dirk Ruffing ( siehe weiter unten )

Abb.1  RX-Musteraufbau mit Gehäuse gem. 2x Thingiverse ( Nr. 5615442 )


Abb.1a Beispiel für USB-Empfang im Kurzwellenbereich

Schon seit längerer Zeit verfolge ich Empfängerprojekte, bei denen die Bausteine Si4732 oder Si4735 Verwendung finden. Auf einfache Weise erlauben sie den Aufbau von einfachen Empfängern für alle Frequenzbereiche von der Langwelle über die Mittelwelle bis in den oberen Kurzwellenbereich. Neben AM-Empfang besteht dabei auch die Möglichlichkeit zur Aufnahme von Aussendungen, die z.B. in CW, SSB oder Digitalmodes erfolgen. Ebenfalls abgedeckt wird ein ( erweiterter ) UKW-Bereich von 68-108 Mhz in dem sich auch RDS-Daten decodieren lassen. Alle diese Möglichkeiten bieten die genannten integrierte Bausteine, die dazu nur noch minimal extern zu beschalten sind. Unter Verwendung ihrer I2C-Schnittstelle erfolgt die Steuerung dabei in der Regel mithilfe eines Mikrocontrollers.  


Abb.2  LILYGO T-Display ESP32-S3

Bei der Suche nach nach realisierten Empfängerkonzepten stiess ich auf die Seiten des brasilianischen Funkamateurs Ricardo Caratti, PU2CLR [1], der sich sehr intensiv mit der Nutzung dieser Bausteine und dem Entwurf passender Software beschäftigt hat. Bei ihm findet man jede Menge Informationen zu deren Verwendung und auch Steuerung mit unterschiedlichsten Prozessortypen. Da mit ihrer Hilfe sehr kompakte Lösungen möglich sind, schienen mir für diese Aufgabe besonders auch die unter dem Markennamen LILYGO mit integriertem 1.9"-Display ( Auflösung 320x170 Pixel ) und ESP32-S3-Prozessor erhältlichen Bausteine interessant zu sein [2]. Aus dem Internet verfügbar sind auch bereits entsprechend geeignete Softwareversionen. So gibt es z.B. die hier [3], [6]   herunterladbare Version von Ralph Xavier, die ebenfalls auf den Arbeiten von PU2CLR basiert. Zum Thema ihrer Installation auf dem vorgesehenen Steuerbaustein wird weiter unten noch zu berichten sein.


Abb.3  Zusammenschaltung der einzelnen Empfängerbestandteile

Abb.3 zeigt eine entsprechende, sich daraufhin ergebende komplette Empfangsanordnung. Neben dem Prozessorbaustein mit Display sind im Wesentlichen nur noch ein Drehgeber mit integriertem Taster, sowie ein kleines Zusatzboard zu erkennen. Auf ihm befinden sich der Empfängerchip und einige wenige zusätzliche Bauteile [4a-b]. Als Taktgeber für den Si4732 findet hierbei ein Quarz mit der Frequenz 32768 Hz Verwendung. Die ( Stereo- ) Tonausgänge LOut / ROut erlauben Ohrhörerbetrieb, wogegen zur Anschaltung von Lautsprechern noch ein zusätzlicher NF-Verstärker benötigt wird.

Abb.4a-b   Si4732-Breakoutboard und elektrisches Schaltbild

Bei Auswahl zwischen einem der beiden eingangs erwähnten Typen möglicher Empfängerbausteine entschied ich mich für die Version Si4732, weil diese einen Pinabstand verwenden, der m.E. auch noch mit üblicher Löttechnik beherrschbar ist und dabei lediglich eine entsprechend feine Lötspitze erfordert. Abb.5 zeigt als Beispiel den hierbei verwendeten Akkulötkolben.


Abb.5 Beispiel für verwendeten Lötkolben

Die Bedienung der Empfängeranordnung erfolgt ausschliesslich mithilfe des Drehimpulsgebers und des zu ihm gehörenden Tasters. Über die Qualität einzelner Versionen von Drehgebern wurde schon viel geschrieben, wobei ich selbst allerdings noch keine schlechten Erfahrungen gemacht habe, so lange diese von namhaften Herstellern ( wie z.B. ALPS ) stammten.
Die Menüauswahl erfolgt nach kurzzeitigem entweder Einzel- oder  Doppeldruck auf den Taster. Die jeweils gewählten Einstellungen werden auf dem Display angezeigt und sind mithilfe des Drehgebers  veränderbar. Auf diese Weise sind z.B. auch evtl. gewünschter Suchlaufmodus, Kanalrasteranwahl und Bandbreitenauswahl selektierbar. Nach ein wenig Eingewöhnung dürfte die Bedienung selbsterklärend sein.  
Nachbau
Die Bauteilebeschaffung ist u.U. nicht ganz problemlos. Manchmal bleibt in der Praxis auch nur der Bezug einzelner Teile aus Fernost, was dann zusätzlich auch immer noch etwas Geduld bis zur Lieferung erfordert, ansonsten aber in der Regel problemlos klappt. So habe ich z.B. die Si4732-Bausteine und LilyGo-Displays mit ESP32-S3-Prozessor immer nur auf diese Weise bezogen. Die Gerberdaten für das oben erwähnte Si4732-Zusatzboard können aus dem Internet heruntergeladen werden [4]. Ansonsten sind die Boards aber hier [5] auch als Fertigprodukt verfügbar. Für die wenigen ansonsten noch benötigten Bauteile, wie z.B. Quarz und Drehimpulsgeber dürfte ansonsten die Firma Reichelt eine geeignete Bezugsquelle sein.

Nachdem die Pegelwerte an den Si47xx-Tonausgängen nur Kopfhörerbetrieb zulassen, sind zum Anschluss von Lautsprechern noch zusätzliche NF-Verstärker erforderlich. Abhängig von gewünschtem Mono- oder Stereobetrieb, lassen sich an den Tonausgängen noch 1-2 z.B. der mit Betriebsspannungen von 3-5V auskommenden "NS8002" [8] nachschalten.

 
Abb. 5a-5b NF-Verstärkermoduln "NS8002" ( zur Grossdarstellung anklicken )
    Programmierung
Besonders für weniger Geübte kann das Hochladen der benötigten Programmfiles incl. ggf. mehrer Libraries unter Verwendung der Arduino-IDE eine oftmals kaum überwindbare Hürde darstellen. Da ist es eine gute Nachricht, wenn das hochzuladende Programm bereits im BIN-Format vorliegt. Für die vorliegende Anwendung wurde dieses von Ralph Xavier dankenswerterweise bereitgestellt [6]. Mithilfe eines von der Firma EXPRESSIF verfügbaren Windows-Tools "Flash Download" [7] lässt sich der danach erforderliche Hochladevorgang mit nur wenigen zusätzlichen Eingaben in ein paar Sekunden erledigen. 
 
   
Abb. 6a-6c  Einstellungen für Flash-Download-Tool

Dazu sind vorerst PC und ESP32-S3-Baustein via USB miteinander zu verbinden. Nach PC-Aufruf des Flash-Download-Tools müssen zuerst die Einstellungen gemäß Abb.6a getroffen und anschliessend die OK-Taste betätigt werden. Im daraufhin gemäß Abb.6b erscheinenden Fenster ist eine freie Eingabezeile auszuwählen und hier über das zugehörige "..."-Fenster in den jeweiligen Ordner zu verzweigen, in dem die hochzuladende BIN-Datei vorher abgelegt wurde. Nach ihrer Anwahl sollte sie auch in der entsprechenden Eingabezeile des Tools erscheinen. Im rechts daneben sichtbaren Fenster ist mit Eingabe des Hexwertes "0x10000" jetzt noch die zur Datenablage benutzte Startadresse einzugeben und durch Setzen eines Hakens am linken Rand die gesamte Zeile zu aktivieren. Beim Anstecken des ESP32-S3-Bausteins sollte auch der für die Verbindung benutze COM-Port gefunden worden sein und nach Aufruf des Auswahlfenster neben "COM:" auch aktiviert werden können. In den sonstigen Positionen sollte es genügen, die angezeigten Defaultwerte zu übernehmen. Nach Betätigung der Start-Taste kann anschliessend der Ladevorgang gestartet werden. Gem. Abb.6c ist er dabei auch als Laufbalken verfolgbar und bereits nach wenigen Sekunden abgeschlossen. Beendet wird der Vorgang mithilfe der Stop-Taste.


Abb.7

Eine Kontrolle des erfolgreich abgeschlossenen Ladevorgangs kann auch ohne weitere am ESP32-S3 angeschlossene Bauteile erfolgen. In diesem Fall wird allerdings nur eine Textzeile gemäß Abb.7 sichtbar werden. In manchen Fällen erscheint sie allerdings erst nach zusätzlicher Betätigung der seitlich auf der Platinenunterseite zu findenden Resettaste. 
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Abb.8  Musteraufbau von Gerald, DB5WY
Neue Si4732-Platinenversion von Dirk Ruffing [5]
Für Nachbauinteressenten bietet Dirk Ruffing [5] inzwischen eine neue kompakte Platinenversion ( Abb.9 ) an. Sie vereinigt alle zum Aufbau eines kompletten Empfängers ( mit Hörerausgängen ) benötigten Bauelemente. Neben dem 1.9"-LilyGo-Display und dem Drehimpulsgeber gehört dazu u.a. auch der Empfängerchip. Hierbei kommt die Version Si4732 zum Einsatz. Gegenüber der oftmals auch benutzten Version Si4735 bietet sie den Vorteil, dass sie auch noch in herkömmlicher Löttechnik ( siehe oben ) zu handeln ist. Bei Bedarf bietet Dirk seine Platinen übrigens auch mit bereits bestücktem Empfängerchip an. Mehr zu dieser Platinenversion und ihrer Verwendung ist auch in der über seine Seite aufrufbaren Baumappe zu finden. Hinsichtlich der Programmablage im Lilygo-Baustein gilt auch für diese Version wieder das dazu bereits unter "Programmierung" Geschriebene.   

 Abb.9  Platinenversion von DH4YM


Abb.10  Musteraufbau der Platinenversion
LINKLISTE
[1]  https://pu2clr.github.io/SI4735/
 [2]  https://www.lilygo.cc/products/t-display-s3
[3]  https://github.com/ralphxavier/SI4735/tree/master/Lilygo_T-Display_S3/ALL_IN_ONE_T-Display_S3
[4]  https://www.pcbway.com/project/shareproject/Si4732_A10_Radio_Breakout_Board.html
[5]  https://www.dh4ym.de/
[6]  http://www.kh-gps.de/ALL_IN_ONE_T-Display_S3.ino.bin
[7]  https://www.espressif.com/en/support/download/other-tools
[8]  https://de.aliexpress.com/item/1005002884852263.html