G4-Lampen-Monitor

Die Idee

(Bilder folgen)

Nachdem ich im vergangenen Jahr einen alten G4-iMac mit neuem Board und neuem Display ausgestattet und ihn so zum Hackintosh umgebaut hatte, war an der Umbaufront eine Weile Ruhe eingekehrt. Umbauten wie diese sind zeitaufwändig, und sie fallen natürlich nicht ständig neu an. Allerdings stapelten sich bei mir weitere Ersatzteile. Einerseits wurde ein funktionstüchtiger Mac mini aus dem Jahr 2006 aufs Altenteil geschickt, zum anderen fand sich ein Original-Display eines 17″-iMac bei mir ein. Dessen Bildqualität ist der des von mir verbauten Samsung-Displays um Längen überlegen – es ist eben ein Desktop-Display, bei dem mehr Wert auf Blickwinkelstabilität als bei den Notebookvarianten gelegt wird. Zum dritten wies der Selbstbau-iMac eine wesentliche Schwachstelle auf: jedes Betriebssystemupdate birgt die Gefahr, dass der Schlafmodus nicht mehr funktioniert (Hackintosh-Kenner wissen, was ich meine). Und so ließ ich jedes Update aus und war festgelegt auf die Betriebssystemvariante Mac OS X 10.6.3, die inzwischen einige bekannte Schwachstellen aufweist.

Der alternde Mac mini besaß dieses Problem nicht, und mit einem Prozessorupgrade (Core2Duo 2,16 GHz) sowie einer neuen SSD war er zudem deutlich schneller als der Selbstbau-iMac mit dem von mir verbauten Intel-Atom-Board. Über das Display wusste ich inzwischen ebenfalls Bescheid: Apple verbaute in den iMacs Displays, die nicht per LVDS, sondern direkt per DVI angesteuert wurden. Das macht eine Verkabelung nach außen natürlich denkbar einfach, denn neben einer Stromversorgung muss letztlich nur ein handelsübliches DVI-Kabel 1:1 angeschlossen werden. Dafür gibt es eine Menge Vorlagen im Netz, beispielsweise diese ausgezeichnete Anleitung.

Also zerlegte ich den Selbstbau-iMac in seine Komponenten und war höchst überrascht, wie viele Kabel ich seinerzeit verlegt und gelötet hatte. Ein paar davon durften bleiben, und der Funktionsumfang war auch schnell festgelegt:

  • Original-17″-Apple-iMac-Display (1440×900) mit angeschlossener Helligkeitsregelung (über Potentiometer)
  • Internes Netzteil (also Anschlussmöglichkeit für ein Netzkabel – der Selbstbau-iMac wurde mit 12V über ein externes Netzteil versorgt)
  • Aktiver USB-Hub zur Versorgung der drei externen USB-Anschlüsse
  • Interner Audio-Verstärker mit Anschlussmöglichkeit der Original-„Pro-Speaker“, also der runden, durchsichtigen Harman-Kardon-Lautsprecher
  • Standby-Leuchte mit Apple-typischem Auf- und Abschwellen

Original-Display

Ich hatte das 17″-Display aus der 2005er-Variante des flachen iMac (also des Nachfolgemodells) ausgebaut. Es erwies sich als vollkommen identisch mit der des G4-iMac, alle Befestigungslöcher saßen an exakt denselben Stellen. Ein Einbau war also überhaupt kein Problem, es bedurfte nur 4 3mm-Schrauben.

Vom selben iMac stammte auch das Anschlusskabel. Es unterscheidet sich in den Kabelfarben von den im Internet dokumentierten Versionen – die Pinbelegung ist aber identisch. Die Kabel sind extrem dünn, daher war beim Abisolieren und Löten größte Vorsicht geboten. Mit Schrumpfschlauch lassen sich die Lötstellen jedoch gut stabilisieren.

Ein weitaus größeres Problem war jedoch die Verlegung der neuen Kabel im iMac-Hals. Er ist mit zwei aneinander geklebten Kreuzschraubendrehern gut zu öffnen. Dann klackt es kurz, und die Feder hat eins der Drehelemente aus der Fassung gezogen. Das Verlegen der Kabel durch den Hals ist einfach – wenn man dann allerdings das Drehelement wieder in seine Fassung bringen möchte, stellt man fest, welch starke Feder Apple da verbaut hat. Mich kostete es viel Schweiß, fünf blutige Schnitte in die Finger und zwei Stunden Mühe, den Hals wieder zusammenzusetzen. Daher eine Warnung an alle Nachbauer: dieser Prozess ist nicht zu unterschätzen, und er erfordert viel Kraft. Es gibt keinen Trick, und wahrscheinlich ist aufgrund der Konstruktion auch das Herausspringen aus dem Drehgelenk nicht zu vermeiden. Apple verkaufte den Hals immer nur als komplettes Ersatzteil…

Zusätzlich führen Kabel für die Beleuchtung, das Mikrofon und die LED-Standby-Leuchte durch den Hals nach oben. Diese Kabel waren noch von der vorherigen Version vorhanden und konnten weiterverwendet werden.

Ein Problem ergab hingegen die Wiederverwendung des iMac-Inverters. Der Acryl-iMac aus 2005 bietet dem Display nach hinten mehr Platz, und so wurde auch ein größerer, proprietärer Inverter verbaut. Dieser passte beim besten Willen nicht in das schmale Bildschirmgehäuse des G4-iMac. Ich entschied daher kurzerhand, die Kaltkathodenröhren durch LED zu tauschen, das macht den Monitor auch stromsparender. Ich hatte inzwischen eine neue LED-Streifenversion gefunden, die auf derselben Länge doppelt so viele LEDs unterbringt. Sie sind im Lieferzustand etwas lichtschwächer, aber das lässt sich in Grenzen durch eine Erhöhung der Versorgungsspannung ausgleichen. Das beste aber: das resultierende Licht ist bedingt durch eine isolierende Kunststoffschicht auf den LEDs absolut streifenfrei und einheitlich.

Internes Netzteil

Das interne Netzteil ist streng genommen ein gewöhnliches externes, das nur auf der Grundplatte des iMac befestigt und mit der iMac-Stromzuführung verbunden wird. Mangels passender Befestigungslöcher wurde es mit Heißkleber fixiert. Die Original-Stromzuführung benötigt ein Spezial-Kaltgerätekabel, das auf ebay und amazon unter „Kleeblatt“ geführt wird. Das Original-Apple-Kabel tut es natürlich auch.

Das von mir benutzte Netzteil liefert schaltbar unterschiedliche Ausgangsspannungen. Ich hatte es als 24V-Netzteil erworben, es zeigte sich jedoch, dass es bereits unbelastet nur eine Ausgangsspannung von 22,5 V liefert – zu wenig für die ACD-Umbauten. Für den Einsatz im iMac war es jedoch gut geeignet.

Die Komponenten des iMac benötigten drei verschiedene Spannungen:

  • 12V plus für die LEDs der Display-Hintergrundbeleuchtung. Ich habe letztlich 16 Volt gewählt.
  • 5 Volt für den aktiven USB-Hub
  • 3,3 Volt für die Spannungsversorgung der Display-Platine

Diese Spannungen lassen sich auf einfachste Weise aus DC/DC-Konvertern gewinnen, die man für 2-3 Euro bei ebay bekommt. Es lohnt sich nicht, hier selbst tätig zu werden – man kann die Platinen mitsamt der Bauteile nicht für diesen Preis herstellen. Ich entschied mich für einen regelbaren Konverter für die LED-Beleuchtung und eine fest eingestellte Platine, die 5V und 3,3V erzeugt. Diese wurde mit an die Ausgangsleitungen des ersten Konverters angeschlossen. Die beiden Konverter wurden huckepack auf der Hauptplatine montiert, von der weiter unten die Rede sein wird.

Noch ein Hinweis zu diesen DC/DC-Konvertern: es handelt sich dabei um Schaltnetzteile, die also die Konversion weitgehend leistungslos vornehmen. Im Gegensatz dazu nutzt der Analog-Elektroniker oft Längsregler (Typ LM78xx), die die überschüssige Spannung als Wärme verbraten. Aufgrund der hohen Ströme sind solche Längsregler in Umbauten wie diesen nicht zu empfehlen. Die Konverter machen eine bessere und vor allem kältere Arbeit.

Hauptplatine

Nachdem ich im Rahmen der Elektronikbasteleien genügend neue Erfahrungen in der Herstellung von Platinen gesammelt hatte, war klar, dass ich diesmal keinen Lochraster-Drahtverhau aufbauen würde. Statt dessen wurde eine Platine entworfen, die drei Aufgaben erfüllen sollte:

  • Helligkeitsregelung des Displays mittels PWM-Steuerung
  • Auf- und abschwellende PWM-LED, wenn der Rechner im Standby ist
  • Stereo-Audio-Verstärker zum Anschluss von 8-Ohm-Lautsprechern

Das Platinendesign zeigt die drei Komponenten in räumlicher Trennung nebeneinander. Die Helligkeitsregelung entspricht jener, die schon bei den Display-Umbauten zum Einsatz kam. Gleiches gilt für die Standby-Regelung, sie entspricht schaltungstechnisch jener aus dem Selbstbau-iMac. Die dritte Komponente bildet der weiter unten detailliert beschriebene Verstärker.

Die Standby-Steuerung erfordert ebenso wie die Abschaltung des Displays einen kleinen Trick. Dazu wird die 5-Volt-Leitung des DVI-Kabels ausgenutzt, die dann Spannung führt, wenn der Monitor aktiviert werden soll. Dann, und nur dann, werden weite Teile der Hauptplatine mit Strom versorgt. Das betrifft auch die 5V-Stromversorgung des USB-Hubs – die externen USB-Anschlüsse sind stromlos, wenn das Display abgeschaltet ist. Zum Betrieb der Standby-LED wird die USB-Eingangsleitung angezapft. Sie betreibt die Blinkschaltung und die LED, wenn der Monitor ansonsten stromlos ist. Die Belastung bleibt mit unter 10mA sehr gering.

Die Betriebsspannung wird auf klassische Weise mit einem Relais abgeschaltet. Dazu wurde ein altes Reed-Relais benutzt, das ursprünglich aus einer Heizungsregelung stammt und mit seinem dicken Glaskontakt auch größere Ströme schalten kann.

Aktiver USB-Hub

Der USB-Hub wird gebildet durch einen kleinen 4-Port-Hub von Belkin. Dieser besitzt eine Anschlussmöglichkeit für ein externes Netzteil und ist mit dem 5V-Ausgang des DC-Konverters verbunden. Die USB-Anschlüsse sind durch Kabel aus der Restekiste mit den drei USB-Ausgängen verbunden. Der vierte USB-Port bleibt vorerst frei.

Audio-Verstärker

Der Verstärker baut auf dem TDA1417 auf, der einen kompletten 10-Watt-Verstärker mit nur sehr wenig zusätzlichen Elementen darstellt. Das verringert nicht zuletzt drastisch die Schwinggefahr (etwas, das sich mit unangenehm lautem Pfeifen bemerkbar macht). Nicht auf der Platine, aber intern dem Verstärker vorgeschaltet ist ein NF-Entkoppler, wie er zur Verhinderung von Brummstörungen an Stereoanlagen zum Einsatz kommt. Solche Entkoppler sind letztlich Transformatoren, die Ein- und Ausgang galvanisch trennen und nur das Nutzsignal weiterleiten. So wird verhindert, dass zwischen dem Audioeingang und dem angeschlossenen Computer eine Brummschleife entstehen kann.

Man sagt Apple heute gerne nach, dass sie Elemente, die eigentlich standardisiert sind, gerne verdongeln, damit sie eben doch nur in bestimmten Umgebungen funktionieren. So könnte das iPhone an jedem USB-Netzteil geladen werden – doch Apple erlaubt das nur, wenn die beiden unbenutzten Daten-Pins eine bestimmte Spannung aufweisen. Die Apple Pro-Speaker sind aber ein klassisches Beispiel, dass Apple schon länger einen Hang zur Verdongelung hat. Diese besitzen einen gemeinsamen 2,5″-Klinkenstecker mit 4 Anschlüssen. Hinter einer runden Plastikscheibe teilt sich das Kabel in zwei weitere Leitungen zu den Lautsprechern.

Schaut man sich nun diese kleine Plastikscheibe genauer an, stellt sich heraus, dass sie einen winzigen Chip enthält, der nur eine Aufgabe hat: „Prevent the speakers from being connected to computers other than Apple„. Also schneidet man die beiden Kabel einfach hinter der Plastikscheibe ab und verbindet sie mit einem normalen 3,5“-Klinkenstecker. Danach funktionieren die Pro-Lautsprecher an jedem gewöhnlichen Verstärker.

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