18/09/2021

Aplicação gráfica melhorada para o interruptor de teste ITUSB1

Hoje disponibilizo uma nova versão da aplicação gráfica para o interruptor de teste ITUSB1. A versão 3.2 implementa melhorias importantes, em termos de estabilidade de comunicação USB com o instrumento de teste. Mais importante ainda, esta nova versão é capaz de detectar correctamente quando um instrumento é desligado, apresentando uma mensagem de erro condizente e bastante descritiva, ao invés de apresentar uma longa lista de erros com descrições demasiado técnicas.

Versão 3.2 da aplicação gráfica, com a caixa de diálogo a indicar que o instrumento foi desligado.

A aplicação pode ser descarregada por via dos links abaixo. O primeiro link aponta para o pacote que contém o código-fonte e os scripts de compilação e instalação, constituindo este o método recomendado. Em alternativa, disponibilizo a aplicação já compilada sob a forma de AppImage, um formato executável e portátil para Linux. Contudo convém salientar que, caso opte pelo último método, deverá criar uma regra de acesso "udev" específica para o ITUSB1.

Links importantes:
Aplicação gráfica: https://app.box.com/s/ke0q...xh83
Aplicação gráfica (AppImage): https://app.box.com/s/2f6z...erjs

29/08/2021

Bloguetrónica no GitLab

No post de 21 de Maio anunciei a presença do blogue no GitHub. Na mesma temática, hoje anuncio que o Bloguetrónica assinala também a sua presença no GitLab. Na minha opinião, esta plataforma constitui uma alternativa melhor, pois presta um serviço mais inovador e refinado. Ainda assim, planeio manter a conta no GitHub e, para já, a conta no GitLab servirá apenas para espelhar o conteúdo da primeira. A página da nova conta está disponível em https://gitlab.com/bloguetronica.

18/07/2021

Software corrigido para o interruptor de teste ITUSB2

Na mesma temática do post de 10 Junho, disponibilizo o software mais recente para o interruptor de teste ITUSB2. À semelhança do software para o ITUSB1, foram feitas diversas melhorias, tanto nos comandos de controlo como na aplicação gráfica. Tais melhorias visaram sobretudo minimizar um problema de interoperabilidade relacionado com o CP2130, conforme descrevi no post acima mencionado. Foi dado especial enfoque ao código-fonte da aplicação gráfica, que está agora mais compartimentado.

Secção do código-fonte da aplicação gráfica a ser exibido com o Qt Creator.

Os pacotes contendo os comandos de controlo e a aplicação gráfica estão disponíveis através dos links abaixo. A aplicação gráfica também está disponível como AppImage, um formato executável para Linux que é portátil e não precisa de qualquer instalação. Porém, caso prefira utilizar a aplicação nesse formato, deverá criar uma regra de acesso "udev" para o ITUSB2.

Links importantes:
Comandos de controlo: https://app.box.com/s/ipvg...4kj8
Aplicação gráfica: https://app.box.com/s/i1yc...1x3r
Aplicação gráfica (AppImage): https://app.box.com/s/810w...srbl

07/07/2021

Brevemente: Amplificador de potência OpRF II

Trata-se de mais um amplificador de potência para aplicações de radiofrequência, cujo projecto será lançado em breve. Este novo amplificador apresenta uma resposta em frequência entre 16KHz e 96MHz, e é capaz de debitar até pouco mais de 1W, de acordo com os medições feitas em testes preliminares.

Placa do amplificador de potência OpRF II.

O projecto já está quase validado, mas ainda falta fazer alguns testes. No entanto, os resultados são bastante prometedores. Posto isto, espero lançar o projecto dentro de poucos meses.

10/06/2021

Software corrigido para o interruptor de teste ITUSB1

Já estão disponíveis novos pacotes de software contendo as versões mais recentes dos comandos de controlo e da aplicação gráfica. Tanto os comandos de controlo como a aplicação gráfica foram alvo de melhorias no sentido de minimizar um possível problema relacionado com o CP2130, que é o interface USB empregue no interruptor de teste ITUSB1. Basicamente, foram implementadas medidas para prevenir o bloqueio do CP2130, aquando a operação de amostragem do valor dado pelo ADC que faz a medição da corrente. Para além do mais, o código-fonte da aplicação gráfica foi substancialmente compartimentado e melhorado.

Parte do código-fonte da aplicação gráfica, a ser visualizado através do Qt Creator.

Os pacotes em causa podem ser descarregados através dos links abaixo. Note que a aplicação gráfica também está disponível como AppImage, um formato executável para Linux que não requer instalação. No entanto, para trabalhar com a AppImage, deverá criar uma regra de acesso "udev" específica para o ITUSB1.

Links importantes:
Comandos de controlo: https://app.box.com/s/91kh...hgus
Aplicação gráfica: https://app.box.com/s/m7kc...zmfi
Aplicação gráfica (AppImage): https://app.box.com/s/iza4...qj8r

21/05/2021

Bloguetrónica no GitHub

O Bloguetrónica tem agora uma conta no GitHub. Esta conta, criada a 25 de Março, já inclui software respeitante a diversos projectos deste blogue. Porém, devo alertar que os pacotes de software oficiais estão sempre disponíveis no repositório de ficheiros. Para visitar a página da conta, vá a https://github.com/bloguetronica.

05/05/2021

Interruptor de teste ITUSB2

O ITUSB2 é um interruptor de teste USB, muito semelhante ao ITUSB1, e que partilha muitas características com a última revisão desse projecto (veja o post de 12 de Março). Tal como o ITUSB1, este instrumento permite interromper, de forma independente, a linha de alimentação e as linhas de dados do barramento USB entre um dado dispositivo sob teste e o anfitrião ao qual o mesmo está ligado. Similarmente, permite medir a corrente de consumo do dito dispositivo e também oferece isolamento galvânico entre o anfitrião de teste e o computador de controlo. Porém, o ITUSB2 acrescenta a capacidade de detectar a presença do dispositivo em teste, assim como o seu modo de ligação. Tal facto, torna este novo instrumento particularmente útil quando se pretende fazer testes de enumeração.

Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 4,56V
– V d. nom. = 5V
– V d. máx. = 5,25V
– V USBT d. mín. = 2,76V
– V USBT d. nom. = 5V
– V USBT d. máx. = 5,5V
– I USBT d. máx. = 500mA


Características eléctricas:
– I d. = 99,68mA
– P = 498,4mW


Características do barramento USB de teste:
– Resistência da linha de potência (R USBT): 193mΩ
– Queda de tensão à carga nominal (ΔV USBT d., I USBT d. = 500mA): 96,5mV
– Corrente em curto-circuito (I USBT d. SC): 900mA
– Impedância diferencial das linhas de dados: 89,9Ω


Características do medidor de corrente:
– Alcance: 1,02A
– Granularidade: 250µA
– Exactidão: ±(2,41% + 1,75mA)
– Resolução: 12bit


Interruptor de teste UTUSB2 em funcionamento.

À semelhança do que acontece com o ITUSB1, o funcionamento do circuito é controlado pelo CP2130 da Silicon Labs (IC3). É este integrado que permite o controlo de vários aspectos do barramento USB do lado do teste, tais como a interrupção da linha de alimentação ou das linhas de dados, e também possibilita a leitura da corrente de consumo do dispositivo sob teste e do seu estado de ligação. O controlo é feito por intermédio de dois isoladores digitais do tipo ADuM1410, em IC6 e IC7. Em conjunto com o conversor DC-DC RFM-0505S (IC4), são estes integrados que possibilitam o isolamento galvânico entre a secção de controlo e a secção de teste que o instrumento oferece.

A interrupção da linha de alimentação do barramento USB entre o anfitrião e o dispositivo em teste é feita pelo TPS2031 da Texas Instruments (IC10). Este comutador de potência limita a corrente no referido barramento a 900mA, sinalizando uma falha quando esse valor é excedido. Note que o dispositivo Polyzen em IC8 também oferece protecção contra sobre-corrente no barramento USB de teste. No entanto, esse integrado é apenas uma medida de recurso nessa situação.

Por sua vez, a interrupção das linhas de dados é executada pelo TS3USB221 (IC13), um comutador da Texas Instruments específico para aplicações USB 2.0. Este integrado é completamente transparente quando habilitado, visto que pouco atenua o sinal nas linhas de dados. Todavia, essa transparência não é relevante no caso do ITUSB2, dada a presença do condicionador de sinal em IC14 nas mesmas linhas. Detalharei sobre isso mais adiante.

A medição de corrente na linha de alimentação do barramento USB é feita indirectamente por via do resistor R8 e do amplificador INA180A2 em IC11. Este último, tratando-se de um amplificador para medição de corrente da Texas Instruments, mede a queda de tensão ao longo do resistor anterior, amplificando por conseguinte esse valor. A tensão daí resultante é então lida pelo LTC2312CTS8-12 em IC12, um conversor analógico-digital de 12bit da Linear Technology. Repare que, todos estes componentes foram escolhidos de modo a obter uma leitura de corrente numa escala um pouco superior a 1A, com exactidão razoável, e ainda possibilitando uma conversão relativamente fácil dos valores digitais obtidos. Estes mesmos componentes também foram aplicados na última revisão do interruptor de teste ITUSB1.

O que torna o ITUSB2 peculiar é a implementação do TUSB213 (IC14) da Texas Instruments, com o intento de detectar o dispositivo sob teste e também o modo, ou velocidade, a que o mesmo se liga (ou seja, se em high speed, ou se em full ou low speed). O ITUSB2 permite assim determinar se o dispositivo é USB 2.0 ou se é USB 1.1, consoante o modo que foi detectado e, indirectamente, em que estado é que o mesmo se encontra (por exemplo, se está em modo de suspensão, vulgo, suspend mode). Porém, essa faculdade depende sempre da "inteligência" do software que faz o controlo. É de notar que a introdução deste componente pode influenciar o sinal das linhas de dados, uma vez que o TUSB213 é um condicionador de sinal que tem como função primária o reforço desse mesmo sinal, e que por isso pode acrescentar uma característica adjuvante ao instrumento. Contudo, convém salientar que os componentes em redor do condicionador foram escolhidos de modo a minimizar tal influência.

Circuito de interrupção das linhas de dados, e circuito de detecção do dispositivo.

O circuito emprega as protecções usuais. Conforme referi acima, a protecção contra sobre-corrente e curto-circuitos no barramento USB de teste é exercida pelo TPS2031 em IC10, servindo o dispositivo Polyzen em IC8 como salvaguarda. No entanto, o referido Polyzen também protege contra sobre-tensões à entrada do mesmo barramento. Igualmente, o Polyzen em IC1 protege a secção de controlo contra o mesmo tipo de eventos. Ademais, todas as portas USB têm as suas linhas de dados protegidas contra descargas electrostáticas, sendo essa protecção feita pelos circuitos de protecção TVS em IC2, IC9 e IC15, com a referência TPD2E2U06.

Lista de componentes:
C1/2/4-6/16-24/29/31-33 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/13/30 – Condensador cerâmico multi-camada 1µF 10V (0805);
C7 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M006 (NOJA475M006RWJ ou equiv.);
C8 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M010 (NOJA475M010RWJ ou equiv.);
C9 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA106M010 (NOJA106M010RWJ ou equiv.);
C10/11 – Condensador cerâmico multi-camada 330pF 1KV (1206);
C12/15/25-28 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C14 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C34 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – LED WP1503CB/ID;
D2 – LED WP1503CB/YD;
D3 – Díodo TVS SMCJ5.0A;
IC1 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V075A48LS;
IC2/9/15 – Circuito de protecção TVS TPD2E2U06 (TPD2E2U06DRL);
IC3 – Conversor USB-SPI CP2130 (CP2130-F01-GM);
IC4 – Conversor DC-DC isolado RFM-0505S;
IC5 – Regulador de tensão LP2985-33 (LP2985-33DBV);
IC6/IC7 – Isolador digital ADuM1410 (ADuM1410ARWZ);
IC8 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V130A24LS;
IC10 – Comutador de potência TPS2031 (TPS2031D);
IC11 – Amplificador de medição de corrente INA180A2 (INA180A2IDBV);
IC12 – Conversor analógico-digital LTC2312CTS8-12;
IC13 – Comutador de sinal USB TS3USB221 (TS3USB221ARSE);
IC14 – Condicionador de sinal USB TUSB213 (TUSB213RGY);
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2 – Conector USB Molex 67068-8001;
J3 – Conector USB Molex 67643-2911;
L1 – Indutor de potência XFL3012-223ME (XFL3012-223MEB ou XFL3012-223MEC);
Q1 – Transístor MOSFET de potência FDN327N;
Q2 – Transístor MOSFET BSS138;
R1/5 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2/6/7 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R3/4 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R8 – Resistor de filme espesso 40mΩ±1% 1/4W (1206);
R9 – Resistor de filme espesso 100Ω±5% 1/8W (0805);
R10/11 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 1/8W (0805);
R12 – Resistor de filme espesso 33KΩ±5% 1/8W (0805).


Como tem sido regra, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Recomendo que a encomenda da placa seja feita através do OSH Park, uma vez que o respectívo desenho foi concebido tendo em mente as especificações deste serviço. Se preferir outro serviço de fabrico, deverá verificar se o mesmo suporta layouts de quatro camadas com furação mínima de 0,5mm, e se o stackup e materiais são idênticos. Este último critério é muito importante de modo a manter as impedâncias dos pares diferenciais dentro dos parâmetros da especificação relevante da norma USB.

A soldadura e montagem da placa exige equipamento especializado. Todos os componentes SMD devem ser soldados por refusão com ar quente, sendo que a pasta de solda deve ser aplicada com um stencil. Em primeiro lugar são soldados os componentes da face superior, e só depois os da face inferior, tendo o cuidado de aplicar apenas o calor estritamente necessário, e de forma a não permitir que os componentes já soldados sejam perturbados. Os componentes through-hole são soldados em último lugar, bastando um ferro de soldar vulgar para tal.

À semelhança de outros projectos, a caixa recomendada é a Hammond, modelo 1457C801. É uma caixa em alumínio anodizado com as tampas lacadas a pó preto. Pode também optar pela caixa do modelo 1457C801BK, do mesmo fabricante e com as mesmas dimensões, com a diferença de que o corpo da mesma também é lacado a pó preto. De qualquer maneira, as tampas devem ser trabalhadas seguindo o guia de furação.

Após a montagem, é necessário fazer a configuração do interface CP2130 para que o instrumento possa funcionar. Em Windows, esse procedimento é feito utilizando a aplicação "CP21xx Customization Utility" da Silicon Labs (inclusa no pacote CP2130_SDK para Windows XP e Vista). Caso disponha de um sistema Linux, deverá utilizar o programa de configuração que está disponível no pacote "itusb2-r0-conf-1.0.tar.gz", que por sua vez pode ser encontrado dentro da pasta "Software". Todos os ficheiros e pastas que possam ser de interesse estão dentro da pasta do projecto. Para mais detalhes, consulte as notas do projecto.

Comandos de controlo e aplicação gráfica.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): https://app.box.com/s/2jg9...eq1d
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): https://app.box.com/s/m6ms...ike8
Layout da placa (pdf): https://app.box.com/s/pbp9...5p6g
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): https://app.box.com/s/j17t...bxzp5
Ficheiros Gerber: https://app.box.com/s/a5zi...fgud
Guia de furação: https://app.box.com/s/qlm8...68dt
Firmware (com instruções): https://app.box.com/s/m4va...k3q1
Drivers (Windows): https://app.box.com/s/sigl...ycnk
Software (Linux): https://app.box.com/s/4kq4...4ulb
Notas do projecto: https://app.box.com/s/u2h0...xss8
Pasta contendo todos os ficheiros: https://app.box.com/s/yotc...4md2
Projecto no OSH Park: https://oshpark.com/shared_projects/kZXIvwMI
CP2130_SDK: http://www.silabs.com/.../CP2130_SDK_Windows_XP_Vista.exe

28/03/2021

Bloguetrónica no Dailymotion

O blogue conta com mais um canal, desta vez no Dailymotion. Esta plataforma constitui uma alternativa sólida ao YouTube, com a conveniência de ter um suporte técnico que realmente funciona. Pode visitar o novo canal em https://www.dailymotion.com/bloguetronica.

12/03/2021

Interruptor de teste ITUSB1 (Rev. A)

Trata-se de uma revisão significativa ao projecto apresentado no post de 13 de Abril do ano passado. Em comparação com a versão original, esta nova iteração do interruptor de teste apresenta uma resistência substancialmente menor na linha de potência entre o anfitrião e o dispositivo USB sob teste. Por conseguinte, a queda de tensão imposta pelo instrumento também é menor, o que potencialmente torna mais exactas as leituras da corrente de consumo do dispositivo a testar.

Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 4,5V
– V d. nom. = 5V
– V d. máx. = 5,25V
– V USBT d. mín. = 2,76V
– V USBT d. nom. = 5V
– V USBT d. máx. = 5,5V
– I USBT d. máx. = 500mA


Características eléctricas:
– I d. = 66,31mA
– P = 331,6mW


Características do barramento USB de teste:
– Resistência da linha de potência (R USBT): 193mΩ
– Queda de tensão à carga nominal (ΔV USBT d., I USBT d. = 500mA): 96,5mV
– Corrente em curto-circuito (I USBT d. SC): 900mA
– Impedância diferencial das linhas de dados: 89,9Ω


Características do medidor de corrente:
– Alcance: 1,02A
– Granularidade: 250µA
– Exactidão: ±(2,41% + 1,75mA)
– Resolução: 12bit


O circuito é bastante semelhante ao do projecto original, pelo que não vale a pena explorá-lo em detalhe. Todas as modificações foram feitas no sentido de diminuir a resistência da linha de potência entre anfitrião e dispositivo USB, e são essas que irei abordar. Para começar, o dispositivo PolyZen em IC8 é agora do tipo ZEN056V130A24LS que, relativamente ao ZEN056V075A48LS aplicado na versão original, apresenta uma resistência menor. Na mesma linha, o comutador de potência em IC10 passa a ser um TPS2031. Por último, também foram feitas modificações na secção de medição de corrente, sendo que o resistor em R8 passa a ser de 40mΩ, e IC11 passa a ser um amplificador do tipo INA180A2, mais sensível de modo a acompanhar a redução no valor do resistor anterior.

Circuitos referentes ao conector USB a montante e à interrupão de potência.

Circuito para medição de corrente.

Aparte as modificações acima referidas, o circuito manteve-se inalterado. Porém, é de notar que as poucas modificações sofridas alteram algumas características relevantes do instrumento, e ainda que esta seja uma revisão de cariz mais correctiva, faz todo o sentido que a mesma receba a designação que se daria a uma revisão maior.

Lista de componentes:
C1/2/4-6/16-24/29 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/13 – Condensador cerâmico multi-camada 1µF 10V (0805);
C7 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M006 (NOJA475M006RWJ ou equiv.);
C8 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M010 (NOJA475M010RWJ ou equiv.);
C9 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA106M010 (NOJA106M010RWJ ou equiv.);
C10/11 – Condensador cerâmico multi-camada 330pF 1KV (1206);
C12/15/25-28 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C14 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C30 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – LED WP1503CB/ID;
D2 – LED WP1503CB/YD;
D3 – Díodo TVS SMCJ5.0A;
IC1 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V075A48LS;
IC2/9/14 – Circuito de protecção TVS TPD2E2U06 (TPD2E2U06DRL);
IC3 – Conversor USB-SPI CP2130 (CP2130-F01-GM);
IC4 – Conversor DC-DC isolado RFM-0505S;
IC5 – Regulador de tensão LP2985-33 (LP2985-33DBV);
IC6 – Isolador digital ADuM1200 (ADuM1200ARZ);
IC7 – Isolador digital ADuM1310 (ADuM1310ARWZ);
IC8 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V130A24LS;
IC10 – Comutador de potência TPS2031 (TPS2031D);
IC11 – Amplificador de medição de corrente INA180A2 (INA180A2IDBV);
IC12 – Conversor analógico-digital LTC2312CTS8-12;
IC13 – Comutador de sinal USB TS3USB221 (TS3USB221ARSE);
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2 – Conector USB Molex 67068-8001;
J3 – Conector USB Molex 67643-2911;
L1 – Indutor de potência XFL3012-223ME (XFL3012-223MEB ou XFL3012-223MEC);
Q1 – Transístor MOSFET de potência FDN327N;
Q2 – Transístor MOSFET BSS138;
R1/5 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2/6/7 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R3/4 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R8 – Resistor de filme espesso 40mΩ±1% 1/4W (1206);
R9 – Resistor de filme espesso 100Ω±5% 1/8W (0805);
R10/11 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 1/8W (0805).


Novamente, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Friso que a encomenda da placa deve ser feita através do OSH Park, dado que o respectivo layout foi concebido de acordo com as especificações deste serviço. No entanto, pode sempre utilizar outro serviço de fabrico, assegurando que o mesmo suporta layouts de quatro camadas com furação mínima de 0.5mm, e que o stackup e materiais são idênticos. Este último critério é essencial, mais uma vez, para manter as impedâncias das linhas de dados USB em conformidade com a especificação relevante da norma USB. No que respeita à montagem do instrumento, aplicam-se as recomendações dadas aquando a apresentação do projecto original.

Por fim, é sempre necessário configurar o interface CP2130 do instrumento. Em Windows, isso pode ser feito através da aplicação "CP21xx Customization Utility" da Silicon Labs (incluída no pacote CP2130_SDK para Windows XP e Vista). Caso disponha de um sistema Linux, deverá utilizar o programa de configuração disponível no pacote "itusb1-ra-conf-1.0.tar.gz", que por sua vez pode ser encontrado dentro da pasta "Software". Note que todos os ficheiros e pastas pertinentes estão contidos na pasta do projecto. Para mais informações, veja as notas do projecto.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): https://app.box.com/s/0dat...pz3c
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): https://app.box.com/s/ej1q...lww5
Layout da placa (pdf): https://app.box.com/s/rel0...8t1r
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): https://app.box.com/s/ipqb...1mdu
Ficheiros Gerber: https://app.box.com/s/9mqx...s9lf
Guia de furação: https://app.box.com/s/01zx...1nk8x
Firmware (com instruções): https://app.box.com/s/rrsa...davm
Drivers (Windows): https://app.box.com/s/fjwr...iaqz
Software (Linux): https://app.box.com/s/wsf8...85i3
Notas do projecto: https://app.box.com/s/ny6l...5aba
Pasta contendo todos os ficheiros: https://app.box.com/s/kzz9...577h
Projecto no OSH Park: https://oshpark.com/shared_projects/yUEluAVD
CP2130_SDK: http://www.silabs.com/.../CP2130_SDK_Windows_XP_Vista.exe

19/02/2021

Amplificador de potência "OpRF"

O OpRF é um amplificador de potência para aplicações de rádio-frequência que é inteiramente baseado em amplificadores operacionais. Com uma gama de frequências entre 15,9KHz e 13MHz, é capaz de transmitir nas bandas de 2200, 630 e 160 metros sem necessidade de reduzir a potência do sinal de entrada, e também nas bandas de 80, 60, 40 e 30 metros com o sinal de entrada reduzido a uma potência inferior a -10dBm. O ganho deste amplificador é de 30,2dB, sendo a potência de saída de 1,1W, o que faz com que o mesmo possa ser utilizado directamente ligado a uma antena, ou como um pré-amplificador de uma etapa final mais potente.

Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 9,54V
– V d. máx. = 16,77V
– V in. máx. = 1,76Vrms (17,92dBm)
– Z L out. mín. = 50Ω


Características eléctricas:
– I d. (V d. = 10V, Z L out. = 50Ω) = 374,8mA
– I d. (V d. = 16V, Z L out. = 50Ω) = 229,5mA
– P (V d. = 10V, Z L out. = 50Ω) = 3,748mW
– P (V d. = 16V, Z L out. = 50Ω) = 3,672mW


Características de amplificação:
– Impedância de entrada (Z L in.): 49,9Ω
– Sensibilidade de entrada (F in < 3MHz): 224mVrms (0dBm)
– Ganho: 30,2dB (32,3V/V)
– Resposta em frequência (-3dB): 15,9-13000Khz
– Ruído (Z L out. = 50Ω): 865µVrms
– Relação sinal-ruído (SNRdB): 78,7dB
– Impedância de saída (Z S out.): 10Ω
– Potência de saída (Z L out. = 50Ω): 1,10W


Amplificador de potência "OpRF".

O circuito emprega duas etapas no que concerne à amplificação do sinal: uma primeira etapa de pré-amplificação e uma etapa final de amplificação de potência. A primeira etapa é constituída pelo primeiro de dois amplificadores operacionais que integram o THS4012 da Texas Instruments (IC3). A etapa final faz uso do segundo amplificador operacional em conjunção com o BUF634A (IC4), um buffer de malha aberta do mesmo fabricante. Esta última etapa apresenta um ganho semelhante ao da etapa anterior, mas graças ao buffer, pode entregar uma corrente muito mais substancial, o que permite ao OpRF debitar até 1,1W com uma carga de 50Ω. Note que a potência entregue é parcialmente limitada pelo resistor em R1, que em todo o caso é necessário para dar estabilidade ao amplificador, independentemente das condições de carga.

Circuitos da secção de alimentação e da etapa de pré-amplificação.

Circuito da etapa de amplificação final e respectiva saída.

A alimentação das etapas anteriores é feita pelo TEL 8-1223 em IC1, um conversor DC-DC da Traco. Trata-se de um conversor DC-DC de saída dupla, que oferece uma alimentação simétrica e regulada de ±15V, com corrente até 265mA, e que também traz isolamento galvânico. As tensões à saída do conversor anterior são filtradas por dois filtros pi, um por saída, constituídos respectivamente por C3, C4 e L1, e C5, C6 e L2. Esta filtragem é essencial para minimizar o ruído derivado do processo de comutação do referido conversor.

Tal como acontece em outros projectos, foram implementadas numerosas medidas de protecção, nomeadamente contra sobre-tensões, inversões de polaridade e sobre-corrente. O circuito crowbar com SCR, constituído pelo tirístor Q1 e por D3, C1 e R1, protege contra sobre-tensões, ao passo que que o díodo Zener em D1 oferece protecção adicional contra transientes na alimentação. A protecção contra inversões de polaridade é oferecida por D2, em conjunção com o díodo anterior. Por sua vez, F1 protege contra sobre-corrente na alimentação, para além de auxiliar as protecções anteriores. Ademais, o circuito também inclui as medidas de protecção habituais contra descargas electrostáticas na entrada e na saída, implementadas através de IC2 e D4, respectivamente.

Lista de componentes:
C1/9 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C2 – Condensador de electrólito sólido PLF1E470MDO2;
C3-6 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 25V (0805);
C7/8/11/13 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 25V (0805);
C10/12 – Condensador de electrólito sólido PLF1E100MCL7;
D1 – Díodo TVS SMAJ18A;
D2 – Díodo rectificador Schottky SS23;
D3 – Díodo Zener BZX84-B16;
D4 – Díodo TVS SMBJ14CA;
F1 – Fusível PPTC 1812L075/24;
IC1 – Conversor DC-DC isolado TEL 8-1223;
IC2 – Circuito de protecção TVS SP4020-01FTG-C;
IC3 – Amplificador operacional THS4012 (THS4012CD);
IC4 – Buffer analógico BUF634A (BUF634AID);
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2/3 – Conector BNC Amphenol RF 132136;
L1/2 – Indutor de potência XFL3012-223ME (XFL3012-223MEB ou XFL3012-223MEC);
Q1 – Tirístor SCR NYC222STT1G;
R1 – Resistor de filme espesso 150Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 1/8W (0805);
R3/7 – Resistor de filme espesso 2,61KΩ±1% 1/8W (0805);
R4/8 – Resistor de filme espesso 499Ω±1% 1/8W (0805);
R5 – Resistor de filme espesso 1KΩ±5% 1/8W (0805);
R6 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R9 – Resistor de filme espesso 10Ω±5% 2W (2512).


O layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. A encomenda da placa deve ser feita através do OSH Park, dado que o layout foi desenhado com as especificações deste serviço em mente. Todavia, poderá utilizar outro serviço de fabrico, contando que o mesmo suporte layouts de quatro camadas com furação a partir de 0.5mm. O stackup e materiais não tem necessariamente de ser idênticos, uma vez que a resposta em frequência deste amplificador é algo limitada, e logo o controlo de impedância não é um factor crítico.

Quanto à montagem, é necessário ter algum equipamento específico. Os componentes SMD são soldados em primeiro lugar por refusão com ar quente, utilizando pasta de solda e stencil. Os restantes componentes, sendo through-hole, podem ser soldados com um simples ferro de soldar.

A caixa recomendada para este projecto é a Hammond 1455D801. É uma caixa em alumínio anodizado que está disponível em diversas cores. Convém sublinhar que a placa foi dimensionada para a caixa em questão. Os painéis frontal e traseiro devem ser furados segundo o guia de furação. Consulte as notas do projecto para obter as referências necessárias à encomenda da caixa.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): https://app.box.com/s/0i4e...r3ce
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): https://app.box.com/s/69p0...s3c8
Layout da placa (pdf): https://app.box.com/s/6c7j...iu8g
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): https://app.box.com/s/xqus...avzv
Ficheiros Gerber: https://app.box.com/s/m5vr...m53z
Guia de furação: https://app.box.com/s/stxn...s0ja
Notas do projecto: https://app.box.com/s/v6f6...1tmn
Pasta contendo todos os ficheiros: https://app.box.com/s/g5ui...gldu
Projecto no OSH Park: https://oshpark.com/shared_projects/cfJZoTAK