Digitalteknikens början på Standard Radio

Lasse Billström minns. För 57 år sedan ... Något om den tidiga verksamheten på Cosinus sektion för digitalteknik på Standard Radio (SRT) Erik Åhman har bett mig skriva lite om min minnesbild av den allra första tiden på Cosinus sektion för digitalteknik där vi började utveckla datalänkar. Erik bad mig också skriva något om hur jag minns att synkroniseringen i våra datalänkar gick till samt om en datalänk DS 1 (Data System 1, ibland kallad ”KATF-länken”) som vi utvecklade till arméförvaltningen (Kungl. Armétygförvaltningen KATF). Detta är bakgrunden till det jag här helt kort har skrivit ner. Jag vill tacka Erik Åhman och Bo Lindestam för värdefulla synpunkter, ändringsförslag och tillägg.

Lars Billström

1. Något om den första tiden på Cosinus sektion

Jag började på SRT hos Cosinus hösten 1956 direkt efter KTH där jag varit kurskamrat med Kjell Mellberg. Kjell hade just anställts och börjat hos Cosinus men var sedan tidigare väl etablerad på företaget efter att ha gjort sommarpraktik och, tror jag, examensarbete där. Och det var genom Kjell jag blev rekryterad.

Cosinus (han kallades aldrig något annat) hette Curt Olof Svensson (1930 – 2005), hade sitt ursprung i Halmstad, var en mångkunnig tekniker, som med sitt lugna sätt och karakteristiska idiom skissade många tekniska lösningar och stimulerade andra att göra detsamma.
Cosinus hade gått Teknisk Fysik-linjen på KTH och hade planer på att fortsätta till teknisk licentiatexamen inom reglerteknik och ägnade i början en del tid åt det parallellt med arbetet på SRT. Men han fann så småningom att det blev omöjligt att kombinera med det med tiden allt mer krävande jobbet på SRT. Cosinus slutade sin anställning på SRT 1968 och startade ett eget företag.

Cosinus sektion för digitalteknik hade bildats ungefär ett år tidigare. På sektionen fanns Göran Wallin som var med nästan från början. Hösten 56, och jag minns inte hur länge, gjorde Kjell militärtjänst på FOA. Så det var huvudsakligen Göran, ett labbiträde och jag som då jobbade på labbet. Hösten 57 förstärktes sektionen med Erik Åhman.

En huvuduppgift för sektionen i början var att ta fram demoutrustning för att demonstrera digitaltekniken och dess fördelar när det gäller att överföra data mellan två platser. Intressenter var KATF och ganska snart flygförvaltningen (KFF).

Vi kände oss lite som pionjärer och privilegierade av att vara de på firman som fick arbeta med den allra senaste tekniken. Såväl digitalteknik som transistorteknik var ju ny. Sveriges första elektroniska dator, eller matematikmaskin som det då kallades, BESK, som utvecklats av Matematikmaskinnämnden, hade blivit klar tre år tidigare. Bland det första jag fick göra på SRT var för övrigt att gå en kurs i BESK-programmering vilket var mycket intressant och stimulerande.

På KTH hade Transistorgruppen startat två år tidigare, från våren 56 under ledning av Gunnar Markesjö. Den våren hölls också den första (frivilliga) kursen i transistorteknik på KTH, där min årskurs hade turen att vara den första som fick möjlighet att delta.

Transistorn fick också mycket uppmärksamhet i media när nobelpriset i fysik det året tilldelades amerikanerna Shockley, Bardeen och Brattain för deras forskning inom halvledarområdet och upptäckten av transistoreffekten.

Vid den här tiden var man ju vid elektronikkonstruktion hänvisad till att använda diskreta komponenter och germaniumtransistorer. Det första steget var då att konstruera grundläggande logikkretsar: Vippor eller Flipp-Floppar som de i början kallades, grindar, inverterare och andra förstärkare. Flipp-Flopparna var av tre slag: Bistabila för lagring av en bit, monostabila som fördröjningskretsar och astabila som självsvängande multivibratorer, i början använda vid klockpulsgenerering. I konstruktionsarbetet hade vi stor nytta av rapporter från Transistorgruppen.

De transistorer vi använde (OC 71 och OC 45) visade sig ha så stor spridning i strömförstärkningen, att vi tvingades införa en klassning för att garantera säker kretsfunktion.

OC71 och senare, som vi mest använde, OC45, var egentligen ”småsignaltransistorer”, som tillverkades av Philips och ofta användes i radioapparater. De hade ganska dålig frekvenskarakteristik, som gjorde att de inte var speciellt lämpade för pulskretsar. Men det fanns vid denna tid inte så mycket annat att tillgå på marknaden.
Vår klassning av β (strömförstärkningen) gjordes i en speciellt utvecklad mätapparat, och transistorerna färgmärktes på toppen.

Nästa steg var att konstruera räknare, diodmatriser, register och skiftregister m.m. för att slutligen kunna bygga ihop datalänkar med sändare och mottagare. Vi tog först fram en demolänk för överförning av två värden med vardera 5 bitars upplösning (den s.k. ”5-bitlänken”) för att tidigt kunna visa digitaltekniken i denna typ av tillämpning. Den följdes av en länk för överföring av två värden med vardera 12 bitars upplösning (den s.k. ”12-bitlänken”) bl.a. för att demonstrera att data kunde överföras med bibehållen stor noggrannhet. Som indataorgan användes roterbara kodskivor. De två kodskivorna var i 5-bitlänken inbyggda i datasändaren, medan de i 12-bitlänken var fristående. Upplösningen uttryckt i grader var i det senare fallet 0,08789. Kodskivorna var kodade i s.k. Graykod kännetecknad av att två intilliggande koder endast skiljde sig åt i 1 bitposition. Efter avläsningen omvandlades Graykoden till vanlig binär kod. Överföringen från datasändare till datamottagare var i form av basband över en 2-tråds telefonledning med en hastighet på ca 1000 bitar/s. I datamottagarna presenterades sedan data på en lamppanel.

Med 12-bitlänken kunde vi visa (för den tiden) snabb överföring av högupplöst data över en 2-tråds telefonledning eller motsvarande. Det resulterade i beställningar på vidareutveckling från KFF och KATF. I KATF-fallet ledde det till datalänken DS 1, som blev en volymprodukt, se vidare separat avsnitt.

Rättelse: Det är Registerenheten som har avtagen kåpa.
Programenheten har kåpan på plats

För KFF ledde utvecklingen till Styrdatasystemet med Flygdatamottagaren FD 10 (Flugan) och tillhörande markutrustning för överföring av styr- och måldata till jaktflyget (Draken). Även detta system, framförallt FD 10, blev en volymprodukt. Jag vill minnas att utvecklingen av den flygburna datamottagaren FD 10 började under 1958. (FD 10 följdes av senare generationer, FD 11 med kiseltransistorer och FD 12 med integrerade kretsar. FD 12 ledde dock inte till någon serietillverkning.) Begreppet ”Flugan” användes i början som synonymt med FD 10 men kom senare att utvidgas till att avse hela Styrdatasystemet med markutrustning och FD 10:s efterföljare (FD 11 och FD 12).

FD 12 ledde inte till någon serietillverkning
Att FD 12 inte resulterade i någon beställning av serietillverkning kan vara värt en utvikning. Hösten 1969 till början av 1972 var jag ansvarig för en sektion som kallades ”Speciella utredningar” på Bengt Johanssons avdelning. Vi var ca 7 man, varav så gott som alla utom Leif Hedberg arbetade med utvecklingsprojektet FD 12. Leif utvecklade elektronik till rymdverksamheten i Kiruna för olika rymdexperiment. Vad gäller Flygdatamottagaren FD 12, avsedd för flygplanet Viggen, hade vi hösten 1971 en prototyp färdig och långt gångna, detaljerade planer för fortsatta etapper enligt KFF:s omfattande PERT-planeringsmodell. Dessa planer presenterade vi på ett uppföljningsmöte hos KFF. Med från vår sida var Finn Hultman, som var ansvarig på marknadssidan, Kurt Lindquist (numera Kurt Margery ,”QRT”) som var projektledare och jag.

Efter vår presentation informerade KFF om den avancerade dator som Viggen var utrustad med. Jag dristade mig då att fråga om inte huvuddelen av FD 12:s funktioner kunde övertas av datorn. Ur ett snävt kortsiktigt perspektiv kanske det var att betrakta som tjänstefel. Men man måste ju verka för det man tror är den totalt sett bästa lösningen. För med en kraftfull dator i flygplanet verkade det troligt att behovet av speciell hårdvara för funktioner som FD 12:s hade nått vägs ände.

Det dröjde sedan inte länge innan KFF meddelade att FD 12-projektet lagts ner på grund av att systemkonceptet ändrats. I vad mån den fråga jag ställde bidrog till beslutet kan man bara spekulera om. De flesta på sektionen som jobbat med FD 12 bl.a. QRT, Janne Boman, Arne Lång, Kalle Thulin och jag kom då (i början av 1972) över till Alfaskopsidan, de flesta till hårdvaruutvecklingen. Vi kom därmed in på ett nytt, spännande, framtidsinriktat område.

Något om våra olika roller den första tiden (sektionen växte sedan snabbt och många projekt tillkom):

Cosinus
Cosinus hade en stor förmåga att snabbt komma fram till nya konceptuella systemlösningar och låg tillsammans med Kjell bakom grundkonceptet till våra datalänkar. Han var också upphovsman till metoden för bitsynkronisering i datalänkarna (se vidare särskilt avsnitt).

Som chef var Cosinus mycket omtyckt och uppskattad under alla år. Han gav oss stor frihet och la sig sällan i konstruktionsarbetet. Som jag minns det ägnade han en betydande del av sin tid åt kontakter med befintliga och potentiella kunder och åt att ordna beställningar på utvecklingsuppdrag. Cosinus svarade också för kontakter med andra företag inom ITT-koncernen.

Kjell Mellberg
Kjell låg som sagt tillsammans med Cosinus bakom grundkonceptet till datalänkarna men konstruerade också logikkretsar och enheter på mer detaljerad nivå. Den första tiden gjorde han ju som nämnts sin militärtjänst på FOA men det hände emellanåt att han kom till labbet på kvällen och lämnade efter sig skisser till Göran och mig. Kjell var ju väldigt duktig och snabb och hann också med att skriva kompendier i digitalteknik. Dessa kom till stor användnig inte minst när vi höll kurser i digitalteknik för försvarsförvaltningarna.

Göran, Erik och jag konstruerade och tog fram logikkretsar och enheter (under den första tiden till demolänkarna) men med individuell tonvikt på lite olika områden.

Göran Wallin
Göran var en väldigt viktig person. Han var duktig på allt praktiskt som t.ex. uppbyggnad med kretskort. Hans fokus kom därför rätt mycket att ligga på detta område, som var nytt för oss. Han gjorde också ett viktigt jobb när det gällde provning av kretsar och prototyper. Med sitt glada sätt var han också ovärderlig som spridare av en glad och trevlig stämning på sektionen. Göran hade senare en betydelsefull roll i det fortsatta Fluganprojektet.

Erik Åhman
Erik kom hösten 57 in som en värdefull, engagerad förstärkning vid framtagningen av datasändaren till 12-bitlänken. Erik gjorde senare viktiga insatser i det fortsatta Fluganprojektet, där han hade hand om först programdelen i FD 10 och sedan konstruktionen av styrdatasändarna och delar av den s.k. Sammanlagraren och annan markutrustning.

För min del låg tonvikten på logikkonstruktion, efter demolänkarna även till FD 10, DS 1 och, så sent som 1967, DS 3 även här med KATF som kund. Mer om DS 1 och DS 3 i ett senare avsnitt.

2. Något om hur synkroniseringen vid mottagning av data gick till

Vid mottagning av data krävs ju synkronisering både på bit- och meddelandenivå.

Bitsynkronisering, först, innebär ju att synkronisera klockpulser (med bitfrekvens) i mottagaren till inkommande bitström. Jag är ganska säker på att vi redan från början genererade klockpulserna med hjälp av en pulsgenerator med relativt hög frekvens och en räknare som delade ner frekvensen till bitfrekvens. Som jag minns det gick synkroniseringen i början till så att räknaren nollställdes vid flanker (nivåväxlingar) i inkommande bitström. Det var en grov och ganska störningskänslig metod.

Under 1957 kom Cosinus på en i alla avseenden överlägsen metod för bitsynkronisering. Den byggde på att jämföra fasläget på klockpulserna med flankerna i inkommande bitström och beroende på det relativa fasläget lägga till eller dra ifrån (stoppa) en puls på ingången till räknaren. Jag vill minnas att vi samtidigt ökade pulsfrekvensen på ingången till räknaren, och räknarens längd, för att få en optimal ”finhet” i justeringen av klockpulsernas fas/frekvens. Sammantaget innebar metoden en mycket mjukare och mindre störningskänslig synkronisering. Så småningom (fr.o.m. Styrdatasystemet och DS 1) införde vi också kristalloscillatorer för generering av de högfrekventa pulserna, vilket drastiskt förbättrade frekvensnoggrannhet och -stabilitet.

Jag kan inte med 100-procentig säkerhet säga att inte någon annan kommit på metoden före Cosinus. Men vi hade den uppfattningen att det var Cosinus uppfinning. Den kom sedan att användas i alla modem i SRT:s egen framgångsrika modemproduktlinje och blev ju också standard inom datakommunikation världen över. Jag minns inte om det gjordes någon patentansökan.

Beträffande meddelandesynkronisering använde vi en metod med en startkod i form av en lång följd av ettor samt separationsnollor som förhindrade att en lika lång följd av ettor kunde förekomma någon annanstans i meddelandet. Jag är säker på att denna metod användes åtminstone fr.o.m. Styrdatasystemet och DS 1. Dessförinnan använde vi i början en enklare metod, som dock inte var strikt binär.

3. Något om datalänkarna DS 1 och DS 3

DS 1 (Data System 1) var ju en datalänk till KATF för att inom luftvärnet överföra data från spaningsradar till sikte. Två 12-bit datavärden överfördes via en 2-tråds telefonkabel från sändaren DSS 1 till mottagaren DSM 1. I DSM 1 omvandlades data till analoga spänningar med promillenoggrannhet. För överföringen utvecklade vi en enkel fasskiftmodulering (utan att blanda in Martin Jeppsons modemavdelning). Vid försök med ren basbandsöverföring visade sig nämligen signalförvrängningarna (nivåförskjutningar) bli för stora. På mottagarna ställdes stränga miljökrav bl.a. att klara en omgivningstemperatur från -40 till +40 grader C.

Problem vid typprov
Utvecklingen av den första mekaniskt riktiga, fältmässiga prototypen började under 1961. Vid typprov sensommar/höst året därpå fick vi två mycket allvarliga problem som ledde till kris på hög nivå. Det första problemet gällde den inre temperaturstegringen i den hermetiskt tillslutna mottagaren DSM 1. Eftersom vi använde germaniumtransistorer (vill minnas att det var OC 45) med en maximalt tillåten omgivningstemperatur på 55 grader, fick temperaturstegringen i DSM 1 inte överstiga 15 grader. Den blev dubbelt så hög, 30 grader! Med andra ord kris och stor tidspress att lösa problemet för att inte äventyra en förväntad stor seriebeställning. Med relativt enkla ändringar, nämligen att införa svarta plåtar mellan korten, förse kåpan med kylflänsar och åstadkomma god värmeledning mellan alla metalldelar, lyckades vi halvera temperaturstegringen till exakt 15 grader!

Det andra problemet var att systemet vid typprov på Väddö visade sig väldigt störningskänsligt. Vi kom fram till att det var meddelandesynkroniseringen som klickade (falska startkoder). Under en helg konstruerade och implementerade då QRT och jag en signalanalyslogik som gick ut på att i mottagaren känna av att inte bara startkoden utan även alla separationsnollorna var riktigt mottagna för att ett meddelande skulle accepteras. Och – till vår lättnad – vid nytt prov på Väddö visade det sig ha avsedd effekt. Jag vill minnas att en motsvarande signalanalys sedan infördes i Flugan.

Serietillverkning
DSM 1 tillverkades i relativt stora volymer medan det krävdes betydligt färre sändare DSS 1. Vad jag minns fick vi 1963 (eller sent 1962) en beställning på ca 10 Mkr (motsvarande ca 100 Mkr i dagens penningvärde, omräknat enligt KPI) omfattande ett 100-tal DSM 1 och ett avsevärt mindre antal DSS 1. Jag har för mig att volymerna senare utökades genom tilläggsbeställningar.

På beställning från KATF utvecklade vi också en liten box med felsökningslogik till DSM 1 med vilken man i fält, om ett fel uppstod, i de allra flesta fall kunde peka ut det felaktiga kretskortet. Jag tror att även den volymtillverkades.

DS 1 lär ha fungerat i fält under anmärkningsvärt många år.

DS 3
Medan DS 1 som framgått överförde data från spaningsradar till sikte var nästa steg för KATF att ersätta tunga elgonkablar mellan sikte och pjäs med digital dataöverföring över en 2-tråds telefonkabel och på mottagarsidan återskapa de analoga elgonspänningarna. Så sent som våren 1967 fick vi en beställning på att utveckla en datalänk, DS 3 (Data System 3), för detta ändamål. Utvecklingen av DS 3 ledde fram till en färdigtestad prototyp och, vad jag minns, i stort sett färdigt tillverkningsunderlag. I projektet medverkade bl.a. Göte Wiklund, som svarade för uppbyggnaden på kretskort, och Leif Mårtensson. Leif, som jag vill minnas var ny på SRT och på Cosinus sektion, konstruerade kraftenheten till datamottagaren och gjorde ett imponerande jobb. Nytt för mig var att konstruera med integrerade kretsar, i det här projektet DTL (Diod Transistor Logik), i en brytningstid innan TTL (Transistor Transistor Logik) riktigt hunnit etablera sig och bli dominerande. Nytt var också att stifta bekantskap med elgoner. Jag minns att det var spännande att se om kanonen skulle svänga åt rätt håll – vilket den lyckligtvis gjorde! Någon beställning av serietillverkning fick vi dock aldrig.

Som konstruktör på den här tiden, när det i allmänhet inte fanns någon utpekad projektledare, fick man själv fungera som sådan, d.v.s. se till att allt, inklusive mekaniska delar, kom fram i tid och vara med på och skriva protokoll från möten med kunden.

/Lars Billström
2013-03-29