FM Transceiver PCB

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Übersicht

FM-Schmalband-Transceiver auf Basis des SA818-Moduls für die Amateurfunkbänder 2 m (144 – 174 MHz) oder 70 cm (400 – 480 MHz). Bestückbar in beiden Varianten — abhängig vom verlöteten SA818-Chip (SA818V für VHF / SA818U für UHF) und dem dazu passenden Mini-Circuits-Tiefpassfilter (LFCN-180 für VHF / LFCN-490 für UHF; identischer FV1206-Footprint).

Zwischen SA818 und CM4 sitzt ein STM32U575 Mikrocontroller. Er stellt sich am USB als Composite Device vor und sieht für das CM4-Linux aus wie:

UAC2 (USB Audio Class 2) — TX-Audio strömt vom CM4 als Audio-Sink in den STM32-DAC und von dort als analoges Signal zum SA818-Mic-Input. RX-Audio läuft umgekehrt: SA818-AF_OUT → STM32-ADC → über UAC2 als Audio-Source zurück ans CM4.
CDC ACM (Virtual COM Port) — PTT, Squelch-Read, Frequenz, Power-Level usw. werden vom CM4 als ASCII-Kommandos über /dev/ttyACM* gesetzt.
DFU (Device Firmware Upgrade) — STM32-Firmware kann über USB neu geflasht werden, ohne SWD-Adapter und ohne BOOT0-Hardware-Jumper.

Das Modul belegt einen der vier Slots auf dem BusBoard. Die Kommunikation zum CM4 läuft ausschließlich über USB (USB-Pair am Bus-Stecker, durch den FE1.1s-Hub auf dem BusBoard); I²C, UART und GPIO-Pins des Bus-Steckers sind NICHT genutzt.

Block-Diagramm

flowchart LR
    CM4["CM4<br/>(via BusBoard FE1.1s)"]
    CM4 <-->|"USB 2.0<br/>(UAC2 + CDC + DFU)"| ESD["USBLC6-2SC6<br/>ESD"]
    ESD <--> STM32["STM32U575CITx"]

    STM32 -->|"UART RX/TX<br/>AT-Kommandos"| SA["SA818V/U"]
    STM32 -->|"DAC (TX-Audio)"| MICF["DAC→MIC_IN<br/>Filter"]
    MICF --> SA
    SA -->|"AF_OUT (RX-Audio)"| AFF["AF_OUT→ADC<br/>Filter"]
    AFF -->|"ADC"| STM32
    STM32 -->|"GPIO1: PTT"| PDR["Pin-Driver<br/>(MOSFET/NPN)"]
    STM32 -->|"GPIO2: PD"| PDR
    STM32 -->|"GPIO3: H/L"| PDR
    PDR --> SA
    SA -->|"SQUELCH"| PDR
    PDR -->|"GPIO4"| STM32
    SA -->|"RF-Out"| LPF["LPF FL101<br/>(LFCN-180 = 2m,<br/>LFCN-490 = 70cm)"]
    LPF --> ANT(["Antenne<br/>SMA edge"])

    STM32 -.->|"I²C intern"| EEP["CAT24C32<br/>4 KByte EEPROM"]

Band-Varianten

Die Platine ist für beide Amateurfunk-Bänder ausgelegt; bestückungsabhängig:

Variante	SA818-Chip	LPF-Bestückung (FL101)	Band
2 m / VHF	`SA818V`	`LFCN-180`	144 – 174 MHz
70 cm / UHF	`SA818U`	`LFCN-490`	400 – 480 MHz

Es gibt nur einen einzigen Filter-Footprint (FL101 — Mini-Circuits FV1206) auf der Platine. Je nach SA818-Bestückung wird das passende LFCN-Bauteil eingelötet.

⚠️ Wichtig: SA818-Chip und LPF-Bestückung müssen zueinander passen. Ein falsch bestückter Filter unterdrückt entweder das Nutzband oder lässt zu viele Oberwellen durch → Empfangsperformance schlecht und/oder Verstoß gegen Spektrumvorschriften.

Steckverbinder

Bezeichner	Typ	Funktion
J101	Board-Edge SMA	Antennenanschluss (50 Ω)
J201	10-Pin 2.54 mm Stiftleiste 2×5 horizontal (right-angle)	STM32-Programming- und Debug-Header (SWD-Pin-Belegung)
J202	20-Pin (Hirose PCN10C-20S-2.54DS — weibliche Buchse, paart mit dem PCN10-20P-Stift-Header auf dem BusBoard)	Bus-Stecker zum BusBoard
JP201	2× Lötpad	EEPROM-Write-Protect-Brücke (siehe „EEPROM” unten)

Bus-Stecker J202 (FM-Slot-Sicht)

Das FM-Modul ist ein Device-Slot-Konsument. Power-Belegung identisch zu allen anderen Slots; nur USB ist aktiv, alle anderen Slot-Signal-Pins (a7–a9, b7–b9) sind NC.

Pin	Net	Pin	Net
a1	+12V	b1	+12V
a2	+12V	b2	+12V
a3	GND	b3	GND
a4	+5V	b4	+5V
a5	+5V	b5	+5V
a6	USB D+	b6	USB D−
a7	NC	b7	NC
a8	NC	b8	NC
a9	NC	b9	NC
a10	GND	b10	GND

Hinweis: Pin-Numerierung am FM-Modul ist gespiegelt ggü. dem BusBoard-Slot (FM a1 ↔ BusBoard a10 usw.) — physikalisch passt’s. Kanonische Bus-Pinbelegung siehe BusBoard.

STM32 SWD-Header J201

10-Pin 2.54-mm-Stiftleiste (2×5, right-angle/horizontal). Pin-Belegung folgt der SWD-Konvention, der Stecker selbst ist aber kein Cortex-Debug-1.27-mm-Standard — Adapter-Kabel für 2.54 mm benötigt, oder Jumper-Litzen direkt auf die einzelnen Pins.

Pin	Signal	Pin	Signal
1	+3V3	2	SWDIO
3	GND	4	SWCLK
5	GND	6	NC
7	NC	8	NC
9	GND	10	nRESET

Pin-1-Lage im Silkscreen ist auf der aktuellen Revision NICHT markiert (Issue #13) — Schaltplan zur Hand nehmen oder die Pin-1-Markierung vom Programmer-Kabel mit einem Multimeter gegen +3V3 verifizieren.

STM32 ↔ SA818 — Steuersignal-Mapping

Die STM32-GPIOs steuern das SA818 über Level-Shifter (MOSFET / NPN — pin_driver und pin_driver_npn Sub-Sheets):

Funktion	Schaltplan-Label	STM32-Pin (LQFP-48)	SA818-Pin	Richtung
PTT (Push-to-Talk)	`GPIO1`	`PB2` (Pin 20)	`~PTT` (Pin 5)	STM32 → SA818
POWER_DOWN (Modul ein/aus)	`GPIO2`	`PB1` (Pin 19)	`~PD` (Pin 6)	STM32 → SA818
H_L_Power (Sendeleistung high/low)	`GPIO3`	`PB10` (Pin 21)	`H/L` (Pin 7)	STM32 → SA818
SQUELCH (Squelch-Open-Indikator)	`GPIO4`	`PB0` (Pin 18)	`~SQ` (Pin 1)	SA818 → STM32

Zusätzlich UART auf STM32 USART_TX/USART_RX ↔ SA818 für AT-Kommandos (Frequenz setzen, Modulation, CTCSS, etc. — siehe SA818-Datenblatt).

Firmware-Rolle (STM32U575)

Die STM32-Firmware (Quelle: FW-RemoteStation) macht aus dem FM-Modul ein selbst beschreibendes USB-Gerät am CM4:

USB-Klasse	Zweck	CM4-Sicht
UAC2	Audio-Class 2 für TX- und RX-Audio	Sound-Karte: aufnehmen vom Modul (RX-Audio) und abspielen zum Modul (TX-Audio) per ALSA/PipeWire.
CDC ACM	Kontroll-Pfad	`/dev/ttyACM*` — ASCII-Kommandos für PTT, Squelch-Read, Frequenz, Power-Level.
DFU	Firmware-Update	`dfu-util` kann die STM32-FW über USB neu schreiben — kein BOOT0-Pin-Eingriff nötig, die laufende Firmware switcht über CDC-Kommando in den DFU-Mode.

Audio läuft vollständig analog zwischen SA818 und STM32 (DAC/ADC im STM32) — keine Echtzeit-Anforderungen am CM4-Linux nötig, Audio wird als regulärer USB-Audio-Stream behandelt.

Auf der Platine verbaute Komponenten

Bauteil	Funktion
SA818V / SA818U (U101)	FM-Schmalband-Transceiver-Modul (1 W TX-Leistung). Bestückung je nach Band.
STM32U575CITx (U201)	Cortex-M33 USB-Bridge. UAC2 + CDC + DFU Composite Device.
TLV73333PQDBVRQ1 (U203)	Automotive-grade (-Q1) 3.3 V LDO — Versorgung für STM32 + Peripherie.
USBLC6-2SC6 (U204)	USB-ESD-Schutz auf den D±-Leitungen vor STM32.
CAT24C32 (U202)	32 Kbit (4 KByte) I²C EEPROM. WP-Pin über `JP201`-Lötbrücke konfigurierbar.
LMR51430 (U801)	Buck-Konverter 12 V → 5 V für die SA818-Versorgung.
LFCN-180 oder LFCN-490 (FL101)	Mini-Circuits Tiefpass im Antennen-Pfad (Oberwellen-Unterdrückung). Eines der beiden wird in den FV1206-Footprint bestückt — `LFCN-180` für 2 m, `LFCN-490` für 70 cm.
8 MHz Crystal	Taktquelle für den STM32U575 (Backup zum HSI).
Pin Driver (pin_driver / pin_driver_npn Sub-Sheets)	MOSFET- und NPN-Level-Shifter zwischen STM32-3.3-V-GPIOs und SA818.

EEPROM (CAT24C32)

4-KByte-EEPROM am internen I²C-Bus des STM32 (separate I²C-Lines I2C_SCL_MEM/I2C_SDA_MEM von Pin 45/46 — also nicht über den Bus zum CM4 erreichbar). Vorgesehen für Modul-Konfiguration (Seriennummer, Kalibrierdaten, gespeicherte Frequenzlisten o.ä.). Aktuell noch leer — Firmware definiert das Schema noch.

Write-Protect über JP201 (zwei Lötpads, KEIN Pin-Header):

JP201	Verhalten
offen (Default ab JLCPCB)	EEPROM beschreibbar — STM32 kann CAT24C32 lesen UND schreiben.
gebrückt (Lötzinn-Brücke)	EEPROM schreibgeschützt (CAT24C32 Pin 7 / WP = high). Nur Lesen möglich.

In der Endmontage (Produktivbetrieb) ist es empfehlenswert die Brücke zu setzen, damit kein Firmware-Bug versehentlich Kalibrierdaten überschreibt.

Versorgung

Rail	Quelle	Verbrauch
+12V	Bus-Stecker (vom PowerBoard)	< 1 A (SA818 TX-Spitze)
+5V	Lokaler LMR51430 Buck aus +12V	für SA818
+3V3	Lokaler TLV73333-Q1 LDO aus +5V	für STM32, EEPROM, Pin-Driver-Logik

Hinweis: das Modul nutzt sowohl die +12V- als auch die +5V-Schiene vom Bus — die +5V vom Bus speist die USB-Interface-Schaltung (USBLC6), während die SA818-Versorgung lokal aus den +12V gezogen wird (saubere Trennung von Audio/Digital und HF/Switching-Noise).

Bestückung

SA818 und passender LFCN-Filter müssen zusammenpassen — siehe Band-Varianten-Tabelle oben. Bei JLCPCB-Order entsprechende Variant-Auswahl im KiBot-Setup.
JP201-Lötbrücke wird ab Werk offen geliefert (EEPROM beschreibbar zur Initialkonfiguration). Brücke kann nach Konfiguration mit Lötzinn geschlossen werden.
Antenne: Niemals senden ohne Antenne oder 50-Ω-Dummy-Last am SMA — das SA818 verträgt offene/kurzgeschlossene Antennen-Ports nicht und kann beschädigt werden.

Bringup

Nach Bestückung (mit Bus + CM4 verbunden):

Power-Sanity: Modul in Slot stecken, +12 V anlegen, am Bus-Stecker +5V-Pin gegen GND messen → 5.00 ± 0.05 V (LMR51430-Output). +3V3 (z.B. am SWD-Header J201 Pin 1 vs Pin 3) muss 3.30 ± 0.05 V zeigen.
STM32-Boot: kurze Latenz nach Power-Up sollte am USB ein Composite Device erscheinen (lsusb -v am CM4). Drei USB-Interfaces sind erwartet: UAC2 (Audio), CDC ACM (Serial), DFU-Runtime.
Soundkarten-Check: aplay -L / arecord -L am CM4 → die FM-Module-UAC2-Soundkarte muss in der Liste sein.
CDC-Konsole: screen /dev/ttyACM0 115200 (oder welche Nummer auch immer) — Firmware-spezifisches Prompt/Echo erwartet.
SA818-Smoke: über CDC-Kommando Frequenz setzen, dann mit Funkscanner / SDR auf der eingestellten Frequenz Trägeraussendung kurz testen (5-Sek-Burst max, mit Antenne!).
Firmware-Update-Pfad: über CDC-Kommando in DFU schalten, mit dfu-util -l muss das Modul auftauchen — bestätigt dass auch Firmware-Updates über reines USB möglich sind, ohne SWD-Programmer.