MS-Sound-Decoder für "kleine" Spuren (N bis H0)

Die Abmessungen der ZIMO Decoder mit genormten Schnittstellen (PluX, MTC, NEM-651, Next) oder Schnittstellen nach Norm-Vorschlägen (E24) entsprechen den in den entsprechenden NMRA-DCC-Standards und VHDM Normen  festgelegten Werten oder unterschreiten diese. Im Falle von bedrahteten Decodern, die durch einen Schrumpfschlauch geschützt sind, gelten die angeführten Abmessungen für die Decoder-Platine OHNE Schrumpfschlauch, da dieser bei Platzmangel abgenommen werden kann.

Die angegebene Anzahl von Litzendrähten bei den Miniatur-Decodern bezieht sich jeweils auf die freien Drähte der vollbedrahteten Varianten. -R und -F-Varianten besitzen NEM-652- bzw. NEM651-Stecker, die einen Teil der Drähte aufnehmen; genauso wie -L- und N-Varianten nur Anschlüsse als Drähte ausführen, die nicht an den direkt angelöteten Steckern liegen.

MS491R u. MS500R: 8 Drähte am Stecker (2x Motor, 2x Schiene, Licht vorne (FA0v), Licht hinten (FA0r), FA1, gemeinsamer Pluspol) und 4 freie Drähte (FA2, Masse, 2x Lautsprecher)
MS491F u. MS500F: 6 Drähte am Stecker (2x Motor, 2x Schiene, Licht vorne (FA0v), Licht hinten (FA0r)) und 6 freie Drähte (FA1, FA2, Masse, 2x Lautsprecher, Gemeinsamer Pluspol)
MS491L, -N u. MS500N: 6 Stifte (2x Motor, 2x Schiene, Licht vorne (FA0v), Licht hinten (FA0r) und 4 freie Drähte (Masse, gemeinsamer Pluspol, 2x Lautsprecher)

Unter "Summenstrom" ist die Summe von Motorstrom, Strom der Funktionsausgänge und Verbrauch der Sound-Erzeugung zu verstehen. Sehr häufig ist in der Praxis der an den Funktionsausgängen gezogene Strom sehr klein (nur einige LEDs), der Sound-Strom im zeitlichen Durchschnitt ebenfalls, sodass praktisch der gesamte "Summenstrom" am Motorausgang zur Verfügung steht. Daher sind bei ZIMO Decodern der maximale "Summenstrom" und der maximale "Motorstrom" meistens als identisch angeführt. Falls ein Funktionsausgang eine höhere Dauerbelastung hat (z.B. weil ein Raucherzeuger angeschlossen ist), dürfte der Motorausgang - genau genommen - weniger stark belastet werden.

BEMERKUNG: Die Dauer-Belastbarkeit eines Decoders ist entgegen der allgemeinen Erwartung kaum durch die Motorendstufe begrenzt, sondern durch die Erwärmung der ganzen Platine. Daher gilt immer: kleinerer Decoder - weniger Strom, vor allem weniger Summenstrom.

Dauerstrom

Der "Dauermotorstrom" gibt die mögliche Dauerbelastung des Motorausganges unter normalen Umgebungsbedingungen (normales Raumklima und einigermaßen zirkulierende Luft im Einbauraum) an. Bei ca. 100°C Platinen-Temperatur sorgt der Temperatur-Sensor für die Abschaltung der Verbraucher (im Gegensatz zum Spitzenstrom, bei dessen Überschreiten der Strom-Sensor aktiv wird).

Bei Überlastung durch Übertemperatur blinken die Stirnlampen in schnellem Takt (ca. 5 Hz = 5 mal pro Sekunde). Sobald die Platine um 20° C abgekühlt ist (Hysterese), wird der Motor automatisch wieder eingeschaltet.

Auf die tatsächliche Belastbarkeit des Decoders haben verschiedene Faktoren Einfluss, darunter die Schienenspannung (je höher, desto mehr Verlustwärme und desto geringer der mögliche Dauerstrom), Bauart und Zustand des Motors (niederohmige Wicklungen belasten überproportional, Verschmutzung oder äußere Erhitzung des Decoders natürlich ebenfalls, ...):

ZIMO Decoder sind für begrenzte Zeit stark überlastbar (um 50 bis 100%, bis zum "Spitzenstrom"). Im Durchschnitt ist der "Spitzenstrom" ca. 20 bis 30 sec möglich, wenn der Decoder nicht schon vorher knapp an der Grenze gearbeitet hat. Stromstärken im Zwischenbereich sind natürlich länger zulässig, meistens einige Minuten. Damit sind die üblichen Steigungen auf einer Modellbahn zu überwinden, auf der darauf folgenden Abfahrt kühlt der Decoder wieder aus.

Spitzenstrom

Während der "Dauerstrom" auf die langfristige Wärmeentwicklung des Decoders bezogen ist, gibt der "Spitzenstrom" jene Schwelle an, an der der Stromverbrauch an sich (auch bei hypothetisch perfekter Kühlung) die Belastungsgrenze der Motorenstufe darstellt. Bei Erreichen der Schwelle wird noch einige Sekunden oder Millisekunden gewartet, bis die endgültige Abschaltung erfolgt. Die schnellstmögliche Abschaltung erfolgt bei Erreichen des Kurzschluss-Wertes (je nach Decoder-Typ zwischen 4 A und 10 A). ZIMO Decoder besitzen ein ausgeklügeltes System, das überflüssige Abschaltungen verhindert und trotzdem sicher ist.

Im Falle der Motor-Abschaltung wegen Überschreitung des Spitzenstroms oder wegen Kurzschlusses erfolgt eine automatische Wieder-Einschaltung nach ca. 3 sec, aber keine Anzeige (also nicht etwa blinkende LEDs wie bei Abschalten wegen Übertemperatur).

Der Ausgangsstrom der Funktions-Ausgänge wird in Summe erfasst (alle Ausgänge zusammen oder gruppenweise). Der einzelne Funktions-Ausgang ist aber kräftig genug ausgelegt, dass er bei Bedarf den Summenstrom auch alleine verkraften kann.

Die Abschaltung im Falle eines Überstroms erfolgt nicht unmittelbar, sondern je nach Ausmaß der Überschreitung innerhalb von einigen Zehntel- oder Millisekunden.
Dies ermöglicht z.B. den Kaltstart von Glühlämpchen (falls dies nicht ausreicht, kann dies auch in der Software als "Soft start" eingestellt werden).

Es gibt unterschiedliche Arten von (Funktions-)Ausgängen:

• "normale Funktionsausgänge", oft auch "verstärkte Ausgänge" genannt, an welche Stirnlampen, andere Lämpchen, Entkuppler, Raucherzeuger, etc. angeschlossen werden. Jeder dieser "open-collector outputs" (dies ist der schaltungstechnische Ausdruck) zieht den betreffenden Pol des Verbrauchers gegen Masse, wenn eingeschaltet (muss also der Minuspol des Verbrauchers sein, wenn dieser polarisiert ist); die andere Seite (der Pluspol) des Verbrauchers wird
  • entweder (in den allermeisten Fällen) an den "gemeinsamen Pluspol" des Decoders (wenn bedrahtet, an den blauer Draht) angeschlossen,
  • oder an einen "Niederspannungs-Ausgang" des Decoders, falls der Decoder einen solchen hat (was nur bei wenigen Typen der Fall ist),
  • oder an eine externe Spannungsquelle (z.B. einen Spannungsregler, der direkt aus der Schienenspannung gespeist wird),
  • oder auch (wenn kein Pluspol zugänglich ist, häufig bei Miniatur-Decodern mit NEM-651) an einen der Schienenpole (bewirkt reduzierte Helligkeit von Lichtern).
• "Logikpegel-Ausgänge" ("unverstärkte Ausgänge"), die je nach Schaltzustand (off / on) einen Spannungspegel (0 / 5 V) abgeben, der zwecks Eigenschutz über einen internen Schutzwiderstand an den jeweiligen Decoder-Pin geht (meistens 10 kOhm, also max 0,5 mA Stromabgabe). Solche Ausgänge können
  • entweder mit Hilfe externer Verstärker für normale Verbraucher nutzbar gemacht werden, im Selbstbau oder mittels des ZIMO Artikels M4000Z,
  • oder als Servo-Steuerleitungen genutzt werden (die Steueranschlüsse handelsüblicher Servos sind für den Logikpegel geeignet),
  • oder für Steuerleitungen von SUSI-Schnittstellen, ebenso für I²C Busse, verwendet werden.
  Die typischen zwei Logikpegel-Ausgänge, die fast jeder ZIMO-Decoder besitzt, werden durch CVs zwischen den möglichen Anwendungen umgeschaltet.
  Werkseitig sind diese "SUSI-Pins" folgendermaßen als SUSI Clock u. Data eingestellt: Logikpegel CV #124 Bit 7=0, Reed CV #393 Bit 5=0, I²C CV #394 Bit 2=0, und Servo-Steuerleitung CV = 0 (CV # siehe Zeile "Servo Steuerleitungen")
  Möchte man auf Logikpegel-Ausgänge umschalten, stellt man in CV #124 Bit 7 =  1 (Wert 128).
  Die Funktion der Ausgänge ist damit definiert und die CV Werte der anderen oben aufgelisteten möglichen Modi werden ignoriert. Bei inaktivem Logikpegel (Bit 7 = 0) gilt der nächste aktiv gesetzte Wert der in dieser Reihenfolge abgefragten Funktions-Modi.  

Decoder mit 21MTC-Schnittstelle  haben Funktionsausgänge, die wahlweise als "Logikpegel" oder "verstärkt" ausgeführt sind:

Die Decoder MS440 gibt es wahlweise in "C" oder "D" Ausführung. Die Varianten "C" und "D" unterscheiden sich (wie bei allen ZIMO MTC-Decodern)
bezüglich der Ausführung von FA3 und FA4, bei aktuellen Decodern (wie MS440, oder auch dem MX636 der "alten" Generation) auch von FA5 und FA6.

"C" (die normgemäße Ausführung): FA3, FA4, FA5, FA6 sind "Logikpegel-Ausgänge", also nur durch externe Verstärkung (z.B. auf Lokplatine) nutzbar.
"D" (die traditionelle ZIMO Ausführung): FA3, FA4, FA5, FA6 sind "normale Funktionsausgänge", also "verstärkte Ausgänge", direkt für Verbraucher nutzbar.
In dieser Ausführung ist dafür der normgemäße Schalteingang IN2 auf Pin2 durch einen Logikpegelausgang ersetzt (umschaltbar per CV #393).

Wenn die Logikpegel-Ausgänge/SUSI Pins mittels CVs auf Servo-Steuerleitungen umgeschaltet sind (siehe oben, Zeile "Zahl und Art Funktionsausgänge"), können handelsübliche Servos (Graupner, Robbe, usw.) angesteuert werden, wofür verschiedene Betriebsarten, Endstellungen und Umlaufzeiten eingestellt werden können.
Eine Einstellung (CV-Wert > 0) aktiviert die Funktion als Servo-Steuerleitung (sofern Logikpegel, Reed und I²C deaktiviert sind, s.o.).
Verantwortliche CVs sind für die meisten MS-Decoder die CVs #181, #182,
(nicht bei Großbahn-Decodern:
für MS950 #183, #184,
für MS990 page 145 #281, #282.)

Die 5 V-Versorgung für die Servos muss extern bereitgestellt werden, sofern der Decoder keine Niederspannungsquelle besitzt.

Ab Werk liegt an den Logikpegel-Ausgängen (siehe Zeile "Zahl und Art Funktionsausgänge") das SUSI Signal (SUSI Data, SUSI Clock) an, weil das Bit 7 der CV#124 nicht gesetzt (binär 0) ist. Indem man Bit7 der CV#124 auf binär 1 setzt, wird das dort anliegende SUSI Signal deaktiviert, und man kann die zwei Pins als schaltbare Logikpegel-Ausgänge benützen, wenn zeitgleich CV#181, CV#182 = 0 gesetzt sind, weil sonst an diesen zwei Pins ein Servo-Steuersignal anliegt.

Die "SUSI"-Schnittstelle wird zur Datenverbindung mit - teils nachrüstbaren - Einrichtungen in Fahrzeugen verwendet, wo eigene Elektronik integriert ist, wie Panto-Antriebe, Raucherzeuger, Entkuppler, u.ä.  Die ursprüngliche Idee der SUSI-Schnittstelle, nämlich die Ansteuerung getrennter Sound-Module, spielt mittlerweile keine große Rolle mehr, weil Sound-Decoder die bessere Lösung darstellen und im Unterschied zu früheren Zeiten auch in miniaturisierten Bauformen herstellbar sind.

Die "SUSI"-Pins der ZIMO Sound-Decoder werden auch verwendet, um Sound-Projekte schnell und effizient in den Decoder zu laden, in ca. 2 Minuten im Vergleich zu 10 oder mehr Minuten über die Schiene. Dies hat aber nichts mit dem SUSI-Protokoll zu tun, und muss nicht konfiguriert werden. Die Umschaltung auf diese Betriebsart erfolgt automatisch vor Beginn des Ladens eines Sound-Projektes über das Sound-Lade-Gerät MXULFA oder eine entsprechend ausgerüstete ZIMO Digitalzentrale.

Schalteingänge dienen dem Anschluss von Achs-Detektoren (zum achssynchronen Auslösen der Dampfschlag-Sounds) oder von Sensoren für positionsabhängiges Auslösen von Sound-Funktionen, beispielsweise Warnpfiffe vor einem Bahnübergang.

Hinweis: Die Logikpegel-Ausgänge der ZIMO Decoder (siehe weiter oben) könnten auch als Schalt-Eingänge genutzt werden, falls dafür Bedarf besteht und eine entsprechende Software-Version Funktionen mit Schalt-Eingängen unterstützt (beispielsweise positionsabhängige Lichteffekte oder lokgesteuertes Pendeln).

** Für Decoder der Familie MS480 erst gültig ab Revision B, produziert ab ca. August 2022.

Die meisten MS-Sound-Decoder besitzen eine 5 V-Niederspannungsquelle, welche z.B. dem Betrieb von LEDs dient. Dadurch wird weniger Energie "verheizt" als wenn die LEDs an der Vollspannung beispielsweise über einen 1,5 kΩ-Widerstand betrieben würden, außerdem werden Schwankungen der Schienenspannung von der Beleuchtung ferngehalten, d.h. die Helligkeitsschwankungen vermieden.

Die Leistung des auf eigenen Lötpads zur Verfügung stehenden Stroms beträgt normalerweise max. 50 mA. Dies reicht für LED-Beleuchtung - Servos können damit aber nicht betrieben werden!
Die Decoder MS440 und MS450 (alle Typen) sowie der MS581N18 bieten immerhin 200 mA, dies reicht auch für den Betrieb von kleinen Servos oder Lämpchen. MS440C/D haben die 5 V-Quelle, der Norm entsprechend, am MTC-Stecker; ebenso MS540E24 am E24-Stecker.
Beim MS450 können die 5 V, wie am Anschaltplan angezeichnet, an einer an der Unterseite liegenden Lötstelle abgenommen werden. Dies ist jedoch nur für versierte Löter zu empfehlen! Der MS581N18 bietet hingegen ein normales Lötpad zum Anlöten.
Anschaltpläne finden Sie oben im Infobereich   des jeweiligen Decoders und auch in der Betriebsanleitung.

Ein am Decoder angeschlossener Energiespeicher in Form von Elkos (Elektrolytkondensatoren), Tantals (Tantal-Kondensatoren) oder Supercaps (ältere Bezeichnung: Goldcaps) übernimmt die Versorgung des Decoders und der angeschlossenen Verbraucher während Unterbrechungen des Rad-Schiene-Kontakts wegen Verschmutzung, isolierten Weichenherzen, o.Ä.  Ab einer Kapazität von ca. 200 µF ist eine positive Wirkung erkennbar; mindestens 1000 µF sollten aber vorgesehen werden.

Neben der Vehinderung des Steckenbleibens, des Lichtflackerns und von Unterbrechungen des Sounds, reduziert ein Energiespeicher auch die Erwärmung des Decoders (durch Beseitigung von Blindverbrauch) sowie Motorgeräusche (durch Überbrückung der Versorgungslücken durch RailCom und HLU).

Die Standard H0-Sounddecoder MS440 und MS450 beinhalten eine Schaltung zum direkten Energiespeicher-Anschluss - von Elkos, Tantals oder Supercaps - also ohne zusätzliche Bauteile. Diese Schaltung sorgt für optimales (normgemäß Strom-begrenztes) Laden und Entladen des Energiespeichers und ist im Preis des Decoders inkludiert, im Gegensatz zu Power-Packs u.ä. Hilfsmitteln, die für Nicht-ZIMO Decoder gebraucht werden. Außerdem ist für angeschlossene Elkos oder Supercaps eine Spannungsfestigkeit von 15 V ausreichend, auch wenn die Fahrspannung höher ist (Tantals sollten auf Grund ihrer Bauart eine Spannungsreserve haben, also mindestans 20 V). Diese MS-Decoder (im Unterschied zu ZIMO MX-Decodern) setzen KEIN Limit bezüglich der Kapazität, mehr als 1 Farad ist aber wenig sinnvoll.

Die Decoder MS480, MS491,MS500 und MS540E24 besitzen eine einfache Lade- und Entladeschaltung, weshalb an ihnen nur ein Energiespeicher mit geringer Kapazität angeschlossen werden kann (max. 1000µF). Für den Energiespeicher-Anschluss sind Elkos und Tantals mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 16V ausreichend, auch wenn die Fahrspannung höher ist.

Der MS581 besitzt eine Lade- und Entladeschaltung für Kondensatoren mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 5 V, an dem u.a. 6,3V Tantals angeschlossen werden können.

Bei jedem (Sound-)Decoder können 8-Ohm-Lautsprecher verwendet werden; eine große Auswahl davon finden Sie auch im ZIMO-Sortiment. Für MS-Decoder mit 3 W - Audio sind auch 4 Ω-Lautsprecher geeignet, oder 2 bis 3 8 Ω-Lautsprecher, die parallel geschaltet werden können.

ZIMO empfielt die rechteckigen Miniatur-Lautsprecher mit integriertem Resonanzkörper, auch als "Sugar cubes" bekannt (z.B. LS10X15, LS8X12), die besonders effizient sind (hohe Lautstärke bei kleinem Platzbedarf).

Ansonsten gilt für die Wahl des Lautsprechers: "je größer desto besser". Aber natürlich hängt die Tonqualität auch vom fachgerechten Einbau ab (Resonanzkörper oder luftdichtes Lok-Gehäuse als Resonanzkörper, Öffnungen im Gehäuse, usw.)

An den Lautsprecher-Ausgängen der Großbahn-Decoder werden wahlweise 8 Ω- oder 4 Ω-Lautsprecher angeschlossen. Diese Ausgänge arbeiten mit einer Spannung von 10 V (im Gegensatz zu H0- und Miniatur-Decodern mit 5 V), wodurch eine Leistung von bis zu 10 W an 4 Ω überhaupt erst möglich ist. Großbahn-Decoder haben überdies zwei unabhängige Lautsprecher-Ausgänge, was entsprechend ausgelegte Sound-Projekte beispielsweise nützen können, um die Glocke von einer anderen Position erklingen zu lassen, oder auch die beiden Motoren eines Fahrzeugs akustisch zu trennen.

Die MS-Decoder haben einen Soundspeicher von 128 Mbit und mögliche, mischbare Frequenzen von 22 oder 44 kHz.
Standard sind 22 kHz, was einer Wiedergabezeit von 360 Sekunden entspricht (bei 16bit-Sound mit 22 kHz)

Neue Soundprojekte haben eine Auflösung von 16 bit; aber auch bisherige Soundprojekte mit 8 bit klingen mit den MS-Decodern hörbar besser, was an der Anwendung einer Technik zur Interpolation liegt, welche in ZIMO Decodern dank der hohen Rechenleistung des Microcontrollers zur Verfügung steht.