Serieller Adapter für den Linksys WRT

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Hat jemand eine Ahnung wo die Bilder sind auf die verwiesen wird? Wenn ja, bitte einfügen, Danke.

Einleitung

Garantie

Der schon obligatorische Hinweis soll nicht Fehlen: Mit dem Öffnen des Geräts erlischt jegliche Garantie bzw. Gewährleistung. Wirklich. Das steht auch auf der Unterseite auf dem Siegel, das beim Öffnen gebrochen wird. Eine Garantie auf den Adapter, den Ihr selber zusammenbaut und lötet, gibt es von vornherein nicht. Macht das Beste daraus, das Risiko liegt bei Euch. I told you, I told you, I told you... Sollten hier Fehler auftauchen, teilt sie mir bitte mit. Ich habe sie weder bemerkt, noch absichtlich eingebaut.

Markennamen

So manche Namen, die hier genannt werden, unterliegen dem Copyright, auch wenn sie nicht weiter gekennzeichnet sind.

Wofür ist dieses Schriftstück gut?

Es ist als Bauanleitung für den Adapter gedacht und erklärt dessen Funktionsweise. Geschrieben wurde es in LYX[2].

Was macht der Adapter?

Eigentlich sind es zwei Adapter. Davon abgesehen macht er dreierlei:

  • Er führt eine Pegelwandlung von TTL/CMOS auf RS232 und umgekehrt, somit für zwei Schnittstellen durch
  • Er stellt die für die meisten seriellen Anschlüsse passenden Buchsen zur Verfügung
  • Er zeigt per Leuchtdioden den Datenverkehr an

Für welche Modelle ist der Adapter geeignet?

Designed wurde der Adapter für die Modelle Wrt54g-Version2 und Wrt54gs von Linksys. Prinzipiell ist der Adapter aber auch für alle anderen Geräte, die eine serielle Schnittstelle mit einem TTL- oder CMOS-Pegel haben, geeignet. Also auch für die älteren WRT-Modelle von Linksys und viele andere Access Points. Elektronisch dürfte es keine Probleme geben, allerdings wird bei anderen Modellen der Adapter vermutlich mechanisch nicht passen. In diesen Fällen wird die Wandlerplatine nicht aufgesteckt, sondern mit Pfostensteckerkabel verbunden.

Definition - RS232: Als RS232 bezeichnet man eine serielle Schnittstelle (z. B. Com-Port) nach dem RS232 Standard. 1969 wurde von der EIA der RS232-C Standard verabschiedet, 1986 folgte der RS232-D Standard der einige Erweiterungen enthält. RS232 ist eine technische Festlegungen der EIA fuer eine V.24-Schnittstelle und RS232 steht für "Recommended Standard 232", C bzw. D sind die Versionsbezeichnungen.[3]

Funktionsweise

Verschiedene Pegel

Damit man zwei Geräte verbinden kann, ohne sie zu zerstören und eine funktionierende Datenübertragung hinbekommt, müssen beide Geräte nach dem gleichen Standard arbeiten. Wenn man bei PCs von der Seriellen spricht, meint man im allgemeinen die RS232-Schnittstelle[4]. Die RS232-Spezifikation besagt, dass der Pegel zwischen _5 Volt und _15 Volt liegen muss. Der ganze Access Point funktioniert intern aber mit +3,3 Volt. Der serielle Datenstrom dementsprechend ebenfalls. Wir müssen also einen Wandler verwenden, der aus den Bits, die mit +3,3 Volt aus dem Broadcom-Chipsatz[7] kommen, mindestens _5 Volt machen. Nicht nur das. Umgekehrt muss der ankommende, hochpegelige serielle Datenstrom in +3,3 Volt umgewandelt werden, bevor er auf den Chipsatz losgelassen wird. Schließlich funktioniert die serielle Schnittstelle bidirektional. Außerdem wird das Signal noch invertiert, d.h. aus einer Null wird eine Eins. Und umgekehrt. Und was ist mit den TTL-Pelgeln? Nun, die sind ebenfalls nicht symmetrisch, arbeiten aber mit +5 Volt. Warum der Adapter mit beiden Pegeln zurechtkommt, wird weiter unten hoffentlich klar.

Der Pegelwandler

Es gibt glücklicherweise ein IC, der für die Aufgabe an CMOS-RS232-Geräte angeschlossen werden zu können, entwickelt wurde: der Max3232[5]. Dummerweise ist dieser Chip schwer zu bekommen und kostet ein vielfaches von seinem älteren Bruder, dem Max232[6]. Dieser Chip wurde jedoch noch für eine TTL/5-Volt- Umgebung konstruiert und ist somit nicht ohne weiteres in einer CMOS-Umgebung einsetzbar. Sehen wir uns die Funkionsweise am Beispiel des Max232 in Abbildung 2.1 einmal näher an. Befassen wir uns zunächst mit dem unteren Teil. An Pin 11 wird das Signal über einen Schmittrigger erkannt (low oder high), invertiert, der Pegel gewandelt und an Pin 14 ausgegeben. In dem Beispiel wird das Signal auf _8,5 Volt gebracht, mehr steht dem Chip nicht zur Verfügung. Empfängt der Chip an Pin 7 ein Signal, passiert das gleiche, nur rückwärts: Der hohe Pegel wird invertiert und in einen niedrigen umgewandelt, und zwar entsprechend der Versorgungsspannung, hier +5 Volt. 1das Herzstück im WRT54

Abbildung 2.1: Die prinzipielle Funktionsweise des Max232

Kommen wir nun zum oberen Teil. Mit dem Kondensator C1 wird eine Spannungsverdopplung erzielt, die mit C3 ein wenig stabilisiert wird. C2 wird zum Invertieren der verdoppelten Spannung benutzt, C4 wiederum zum Stabilisieren. Soweit die Theorie. In der Praxis ist es nicht ganz eine Spannungsverdopplung und bei der Invertierung gibt es ebenfalls Verluste. Im Bild ist zu sehen, dass die _doppelte Spannung _ von 5 Volt nur noch 8,5 Volt sind. Je nachdem, wie sehr der Chip belastet wird, bricht die Spannung noch weiter zusammen. Wenn wir den Chip sogar mit nur +3,3 Volt betreiben, bleiben wir im unbelasteten Zustand gerade noch innerhalb der Spezifikation von _5 Volt. Durch eine Datenübertragung bricht dann allerdings die Spannung auf unter _3 Volt zusammen. Hier liegt auch das Problem bei der Verwendung des Max232. Dadurch kommt es häufig zu Datenübertragungsfehlern, da dies die Grenze zwischen high und low bedeutet. Der Max3232 ist pinkompatibel zum Max232, stabilisiert besser und hält die symmetrische Spannung von _5 Volt mit einer Versorgungsspannung von +3,3 Volt. Verwendet man längere Kabel oder wird der Chip durch einen zu niedrigen Abschlusswiderstand belastet, reicht auch das nicht mehr. Aber mit einem kleinen Trick erreicht man eine stabile Datenübertragung auch mit langen Kabeln (über 10m), niedrigen Abschlusswiderstand ändern und das mit dem billigen und leicht erhältlichen Max232. 2minimum 3000Ohm

Die interne Platine

Schematische Schaltung der internen Platine

Wie man sieht, ist die Schaltung aus Abbildung 3.2 nicht sonderlich kompliziert. Es ist die schon in Abbildung 2.1 beschriebene Schaltung mit ein paar zusätzlichen Bauteilen:

  • Buchsenleiste zum Aufstecken im WRT
  • RJ45-Buchse
  • Z-Diode D1
  • Widerstand R1

Und jetzt der kleine Hack: Über den Widerstand R1 wird die unstabilisierte Versorgungsspannung des Routers an Pin 2 (IC1) gelegt. Bei dem geringen Strombedarf fällt trotz 1500 Ohm kaum Spannung ab. Die Z-Diode sorgt für eine Stabilisierung auf +12V, auch bei Netzteilen, die mehr als 15V liefern und schützt damit das IC. Durch die höhere Spannung an Pin 2 erreicht man eine Datenübertragung mit +12V/-5V. Die positive Spannung ist stabilisiert und die negative bricht durch die geringere Belastung nicht mehr zusammen. Dadurch bekommt man auch mit dem Max232 eine stabile Datenübertragung hin.

Pinbelegung auf der internen Platine

Kommen wir zu den Pinbelegungen: Bei Verwendung der geätzten Platinen braucht man sie nicht unbedingt zu kennen. Falls jemand die Schaltung auf Lochrasterplatine nachbauen möchte, sind sie unabdingbar.

Abbildung 3.1: Die bestückte, interne Platine

Abbildung 3.2: Schematische Schaltung der internen Platine

Pin Wert Pin Wert
1 3,3V 2 3,3V
3 Tx1 4 Tx0
5 Rx1 6 Rx0
7 nc 8 nc
9 gnd 10 GND
Tabelle 3.2: Steckerpfosten im WRT

Pin Wert Pin Wert
1 gnd 2 gnd
3 gnd 4 R1
5 T1 6 gnd
7 R2 8 T2
Tabelle 3.4: RJ45 Buchse

Auf beiden Platinen ist jeweils eine RJ45-Buchse. Physikalisch passen dort Ethernetstecker und ISDN-Stecker hinein. Nunja, weder kann man hiermit telefonieren, noch wird eine Verbindung zum Ethernet wirklich erfolgreich sein. Es ist nur die gleiche Buchse, die häufig eingesetzt wird. Es gibt mehrere Vorteile. Endlich gibt es eine Verwendung für das minderwertige Ethernetkabel, das Linksys mit ausliefert. Die Verbindung zwischen der internen Pegelwandlerplatine und der externen Buchsenplatine wird damit hergestellt, das Nullmodemkabel entfällt. Jedes andere Standard-Ethernetkabel funktioniert auch, man ist nicht auf die kurzen Nullmodemkabel beschränkt. Der eine oder die andere wird die Belegung vom Ethernetstecker erkennen: Die Pins, die sonst zum Senden und Empfangen im LAN belegt sind, werden hier als Masseleitungen verwendet. Auf Pin 4/5 ist die erste serielle Schnittstelle und auf Pin 7/8 die zweite gelegt.

Das original Netzteil ist mit 12V/1A spezifiziert. Der WRT54G braucht aber nur 5,6VA, somit liegt die unstabilisierte Ausgangsspannung eher bei 15 Volt. Möchte man lieber den Max3232 verwenden, kann man auf die Verbindung zur unstabilisierten Spannungsversorgung verzichten, ebenfalls auf R1 und D1. Die Kondensatoren müssen durch 0,1µF-Typen ersetzt werden. Die TwistedPairs sind auf 1/2, 3/6, 4/5 und 7/8 gelegt. Ich vermute ein Versehen, der sich als Standard durchgesetzt hat. Oder ist es doch zum Schutz der Geräte, falls das Ethernetkabel versehentlich in die ISDN-Dose gesteckt wird?

Kabel Farbe
1/2 Orange-Weiß/Orange
3/4 Grün-Weiß/Blau
5/6 Blau-Weiß/Grün
7/8 Braun-Weiß/Braun
Tabelle Farbcodierung

Abbildung 3.3: Pfostenstecker am Stepdown-Wandler

Spannungsabgriff

Ein Pfostenstecker wird an den Stepdown-Wandler, wie in Abbildung 3.3 zu sehen ist, angelötet. Dort kann später das Kabel für die zusätzliche IC-Spannungversorgung aufgesteckt werden. Die andere Seite des Kabels endet in Abbildung 3.1. Der Stepdown-Wandler ist in der Lage bis zu 40 Volt in 3,3 Volt umzuwandeln. Unter Anderem begrenzt die niedrige Spannungsfestigkeit der verwendeten Eingangskondensatoren die maximale Eingangsspannung für den WRT54G auf 25 Volt.

Die externe Platine

Schematische Schaltung der externen Platine

Die externe Platine besteht in erster Linie aus Buchsen, siehe Abbildung 4.2. Die Jumper und Leuchtdioden sind ein nicht notwendiges Goody.

Pinbelegung auf der externen Platine

Die RJ45-Buchse ist logischerweise wie auf der internen Platine belegt. An beiden SUB-D9 Buchsen sind nur drei Leitungen angeschlossen.

Die Jumper

Mit den Jumpern JP2 und JP3 kann man, dreht man sie um 90 Grad, die Pinbelegung zum Senden und Empfangen vertauschen. Das funktioniert bei beiden Schnittstellen. Beim Booten des Routers sollte standardmäßig die rote LED leuchten. Die Jumper kann man durch Lötbrücken ersetzten. Aber warum sollte man das tun?
LED: light emitting diode (lichtemittierende Diode)

Pin Wert
1 nc
2 R1/R2
3 T1/T2
4 nc
5 gnd
6 nc
7 nc
8 nc
9 nc
Tabelle 4.2: SUB-D9

Die externe Platine 14

Abbildung 4.1: Die bestückte, externe Platine

Die externe Platine 15

Abbildung 4.2: Schematische Schaltung der externen Platine

Die externe Platine 16

Die Leuchtdioden

Es gibt insgesamt vier Leuchtdioden, auch LEDs genannt: Zwei rote und zwei grüne. Die roten LEDs leuchten beim Senden, die grünen beim Empfangen aus der Sicht des Access Point. Sollte das umgekehrt sein, siehe Die Jumper. Solltest Du aus irgendwelchen Gründen keine LEDs mögen, lasse sie einfach inklusive der Widerstände R2 bis R5 weg.

Der Aufbau

Die Bauteilliste

Die benötigten Bauteile entnehmt Ihr der Tabelle 5.2. Man kann die Bauteile z.B. bei Segor[13] bekommen.

Generelles zum Aufbau

Wer schon mal die ein oder andere Platine bestückt und gelötet hat, sollte eigentliche keine Probleme bekommen. Zuerst muss man noch die Löcher bohren. dazu braucht man drei verschiedene Bohrer:

  • 1,0mm
  • 1,5mm (nur bei RJ45-Buchsen mit Abschirmung)
  • 3,0mm

Es werden alle Löcher mit dem 1,0mm Bohrer gebohrt. Anschließend werden je Buchse zwei Löcher mit dem 3,0mm Bohrer vergrößert, siehe Das Board. Für die Abschirmung der RJ45-Buchse - falls vorhanden - ist der 1,5mm Bohrer wichtig. Ein paar allgemeine Hinweise:

  • Wie man den Router öffnet, erkennt man in Abbildung 5.1
  • Die Platine mit Spiritus gut säubern, das erleichtert das Löten enorm*
  • Genau bohren, sonst passen die Bauteile nicht oder die Leiterbahnen sind weg
  • Bei der Bestückung fängt man mit den flachsten Bauteilen an
  • Stellt den Lötkolben nicht zu heiß ein, 330 Grad Celsius sind genug

Bei höheren Temperaturen verbrennt das Flussmittel und es kommt zu Haarrissen beim Abkühlen. Bei den neuen, bleifreien Lötmitteln braucht man über 350 Grad Celsius.

Menge Wert Device Bauteile
5 1µF/16V CPOL-EUE2.5-5 C1, C2, C3, C4, C5
1 1k5 R-EU_207/10 R1
2 green LED3mm LED1, LED4
2 red LED3mm LED2, LED3
4 10k R-EU_0207/2V R2, R3, R4, R5
1 MAX232 IC1
1 Sockel DIL14 (IC1)
1 Z12 ZENER-DIODEZD-10 D1
1 Buchsenleiste 2x5 JP5Q JP1
2 RJ45-Buchse 554517 J1,J2
2 Stiftleiste 2x2 JP2Q JP2, JP3
1 SUB-D-9-Female F09HP X1
1 SUB-D-9-Male M09HP X2
1 Stiftleiste 2x5 JP2Q
Tabelle 5.2: Die benötigten Bauteile

Abbildung 5.1: Wie öffne ich den Router?

Abbildung 5.2: Steckerpfosten mit aufgesteckter Platine

  • Die Kathode (Minus) der LED erkennt man gut, wenn man die LED gegen das Licht hält. Sie ist gegenüber der Anode größer. Außerdem hat die Kathode oft eine abgeflachte Gehäuseseite und das kürzere Beinchen
  • Auf die Polarität der Kondensatoren achten!
  • Die SUB-D9-Buchsen Male und Female nicht vertauschen

Die Steckerleiste in dem WRT54G

Zuerst muss man die Löcher freilöten. Der Lötkolben braucht genug Leistung, sonst ist es schwierig. Dazu gibt es drei Möglichkeiten:

  1. Entlötlitze
  2. Entlötsaugpumpe
  3. Flussmittel

Welche Möglichkeit Ihr nutzt, ist eure Sache und reine Geschmacksfrage. Nach dem Einlöten der Steckerleiste sollte es wie in Abbildung 5.2 aussehen. Die Platine ist schon aufgesteckt und mit Spiegelklebeband (der weiße Strich unter der Buchse) festgeklebt. Die Steckerleiste alleine ist nicht stabil genug, also unbedingt die Buchse festkleben!

Weder Lötzinn noch Flussmittel sollte man in den Mund nehmen. Der Esstisch ist kein guter Ort zum Arbeiten.

Abbildung 5.3: Die Platinen in der Durchsicht, die Trennlinie in der Mitte ist gut erkennbar.

Das Board

Unten die Platinen - intern und extern. Die linke Platine zeigt den Pegelwandler Max232 mit der nötigen Beschaltung, die Buchsenleiste und die RJ45-Buchse. Rechts daneben sieht man die beiden neunpoligen SUB-D’s, die RJ45-Buchse, die LEDs, Widerstände und Jumper. Den Schaltplan und das Platinenlayout habe ich mit eagle3 von Cadsoft[11] erstellt. Diese Dateien sind zusammen mit dieser Anleitung auf meiner Homepage als Download zu finden.

Das Gehäuse

Beim Aufschneiden des Gehäuses fällt von Linksys das Copyrightzeichen und ksys weg. Übrig bleibt Lin wie Linux, siehe Abbildung 5.5. Auch hier gibt es verschiedene Vorgehensweisen. Cutter, Bohrer, Laubsäge, Feile - alles ist erlaubt.

Auch die kostenlose Demo-Version ist mittlerweile für Linux, Windows, und Mac-OSX erhältlich. Sie ist für den nicht-kommerziellen Einsatz bestimmt und auf Platinengrößen von 100mm x 80mm begrenzt.

Abbildung 5.4: Die externe und interne Platine von unten. An dem quadratischem Lötpad rechts oben wird das Kabel zur zusätzlichen Spannungsversorgung angelötet.

Abbildung 5.5: Das aufgeschnittene Gehäuse mit eingebauter Platine

Referenzen

[2] http://www.lyx.org
[3] http://www.informationsarchiv.net/clexid_205.shtml
[5] http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/MAX3222-MAX3241.pdf
[6] http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf
[7] http://www.broadcom.com/products/product.php?product_id=BCM94712
[8] http://www.linksysinfo.org/modules.php?name=Content&pa=showpage&pid=6
[9] http://gir.seattlewireless.net/index.cgi/LinksysWrt54g
[10] http://www.rwhitby.net/wrt54gs/serial.html
[11] http://www.cadsoft.de
[12] http://www.pc-adviser.de/elektronische_bauteile.htm
[13] http://www.segor.de
[14] http://www.schorsch.at/content/view/16/2/lang,de/


29. Mai 2006
Dokument erstellt auf Basis von Joko Keuschnig, 10.02.2005 (http://www.yokoy.de)