Receptor Multibanda NeoTeo (Parte II)

En la primera entrega de esta serie de artículos, pudimos definir que la parte fundamental de nuestro receptor será un selector de canales de TV con el que podremos explorar sectores muy interesantes del espectro radioeléctrico. En esta ocasión, vamos a seleccionar el modelo de sintonizador que mejor se adapte a nuestras pretensiones y, por supuesto, vamos a comenzar a conocer los comandos que requiere para funcionar, alimentarlo y conectarlo al mundo exterior. Hoy tendremos la primer sintonía en las pruebas iniciales y también habrá algunas cositas “no tan comunes” que se pueden encontrar en el mundo de la radio. Comencemos.

Dentro del grupo de selectores de canales que sean capaces de trabajar bajo el mando del protocolo I2C encontraremos por supuesto una gran variedad de modelos, marcas y formatos. Lo que debemos contemplar al momento de decidir la elección es el circuito integrado encargado de controlar el PLL que estos sintonizadores incorporan. ¿Qué es el PLL? Presta atención al siguiente gráfico y captarás muy rápido la idea.

Por un lado, a la izquierda de la imagen, encontrarás los osciladores de VHF y UHF que trabajarán en un selector de canales moderno entre 53Mhz y 300 a 350Mhz. en la banda de VHF y entre 300Mhz y 830Mhz en la banda de UHF. Estos valores siempre son estimativos; varían de un selector a otro e incluso podemos intentar realizar algunos artilugios pequeños para que la porción de VHF llegue lo más abajo posible (40 a 45Mhz, aproximadamente) y para que la de UHF llegue más arriba en frecuencia. Luego, veremos cómo “estirar” la banda de captura posible que tendrá nuestro selector. Ahora continuemos con el PLL. 

La oscilación obtenida, sea de la banda que fuere, pasará a través de un divisor programable que se encargará de entregar una frecuencia fija resultante que puede estar comprendida entre 3.90625Khz, 6.25Khz o 7.8125Khz. Esta señal ingresará al comparador de fase y, como su nombre propiamente lo dice, en este bloque se realizará una comparación entre las señales recibidas desde el oscilador que haya sido seleccionado y desde el oscilador fijo (con precisión de cristal de cuarzo), al que también se le aplicará una división de frecuencia controlada que devolverá los mismos valores que entrega el divisor programable principal. El objetivo es comparar las señales entre sí y determinar su exactitud de frecuencia y de fase. Cualquiera de estos dos parámetros que no sean exactamente iguales provocará una salida del comparador de fase que servirá como señal de error o de control de frecuencia del oscilador.

TSA5520/5521. Control I2C
Por supuesto que no saldremos a la búsqueda de un circuito integrado suelto sino que intentaremos hallar entre los selectores de canales aquel que posea este IC. ¿Por qué el TSA5520/5521? Porque, como habrás leído en la gráfica anterior y según su hoja de datos, este simple chip es capaz de alcanzar una frecuencia de trabajo de 1.3Ghz. Es decir, si logramos adecuar con éxito el oscilador local de UHF del sintonizador que consigamos, podríamos estar alcanzando frecuencias de recepción tan altas como 1.2Ghz. Esto es un valor muy superior y mucho más interesante respecto a los 830Mhz que originalmente trae cualquier selector de canales de fábrica. La forma de lograr esto es muy sencilla. Abriremos con mucho cuidado la separación entre espiras de la bobina osciladora de UHF y, de esta forma, lograremos llegar más arriba en frecuencia y en sintonía.

Como puedes ver en la imagen, será muy sencillo interpretar cuál es la bobina que debemos “tocar”, es decir, a la que le separaremos las espiras lo más que se pueda. Aquellos que estén más avezados en el tema, pueden quitarle alguna de ellas. De esta forma, lograremos llegar a lo más alto que el PLL nos permita trabajar y ello involucra la banda de 800-900Mhz de celulares GSM, 900Mhz de teléfonos inalámbricos y radioaficionados, 1200Mhz con más GSM y la lista siempre sigue extendiéndose. Siempre habrá algo para escuchar en radio y en cualquier frecuencia, por lo tanto, cuanto más cobertura tenga nuestro receptor, más interesante será jugar con él. En la siguiente imagen puedes ver el aspecto que tendrá el selector de canales cuando retires su tapa inferior y estés cara a cara con el TSA5520/5521. Observa que no siempre viene en el mismo encapsulado y que tal vez sólo diga 5520 o 5521. Por supuesto que el logo de Philips te indicará que estás ante el selector de canales correcto.

El vendedor de la tienda no sabrá en absoluto qué es lo que quieres si le pides un selector de canales que tenga el TSA5520/5521. Las características que el vendedor maneja corresponden a los selectores en sí, sin saber lo que traen dentro. Será un milagro de la naturaleza encontrar un vendedor que lo sepa y, si es tu caso, aprovéchalo. Por lo tanto, la mejor manera que tienes de apropiarte de uno de estos dispositivos es a través de cualquier técnico reparador de TV que conozcas pidiéndoselo específicamente. Y si no conoces a ninguno, no te preocupes. Dile al técnico que encuentres que no lo quieres regalado, que se lo pagarás y es casi seguro que cuando le menciones el vil metal te consiga un selector de canales con el TSA5520/5521 de donde sea. Pero ten cuidado, no pagues más de 10 a 15 Euros por él. Es lo que a él le saldría comprarlo. Si deseas, dale algunos Euros más por el favor de ayudarte a encontrar lo que buscas, estás en tu derecho de hacerlo, pero tampoco te pases de más de 25 Euros en total.

Escribiendo sobre el TSA5520/5521
Una vez que tengamos el sintonizador en nuestro poder, debemos realizar tres trabajos muy importantes: aprender la secuencia I2C para escribir sobre el TSA5520 las instrucciones correctas para su funcionamiento, construir una fuente de alimentación apropiada para alimentar el selector de canales y, por último, contar con un receptor capaz de recibir la frecuencia de salida del sintonizador.
Lo primero que haremos entonces es organizar el trabajo y conocer los detalles más relevantes sobre los registros del TSA5520/5521 y qué cosas debemos escribir en ellos para obtener el resultado que deseamos. Entonces, lo primero que debemos saber es la diferencia entre el TSA5520 y el TSA5521. Las hojas de datos son muy claras en este sentido.

Sólo el TSA5521 será capaz de avanzar por pasos de sintonía de 50Khz, mientras que el TSA5520 lo podrá hacer en pasos de 31.25Khz o de 62.5Khz. ¿Qué significa esto? Que con el 5521 tendremos la posibilidad de realizar un firmware de control del selector de canales mucho más sencillo que con el 5520 y que los incrementos de frecuencia serán siempre sobre números enteros terminados en múltiplos de 50. De todas formas, cuando llegue el momento de realizar la operación de selección de frecuencia, veremos cómo realizamos las operaciones. Veamos, entonces, el cuadro de registros que nos brinda la hoja de datos de IC.

Address Byte (ADB) significa la dirección que poseerá el selector de canales dentro del bus I2C que puede ser compartido con memorias EEPROM, preamplificadores de audio y otros dispositivos I2C. Por lo tanto, como cualquiera de ellos, estos circuitos tienen su dirección dentro del bus. En el caso de MA1 y MA0, la hoja de datos expresa que MA1 debe tener un valor 0 y MA0 un valor 1 para mantener siempre activo el selector (tabla 5 dentro de la hoja de datos). Por lo tanto, ADB tendrá un valor binario igual a %11000010.

Control Byte (CB) permite delinear varios parámetros. CP debe interpretarse como la velocidad que tendrá el sistema para enclavarse en frecuencia. A menor corriente de carga, más lentitud. A mayor corriente, mayor velocidad de captura de la frecuencia correcta. Es decir, colocaremos al bit CP en 1. Por su parte, T2, T1 y T0 poseen valores preestablecidos para una correcta operación (T2 = 0, T1 = 0 y T0 = 1). RSA y RSB se programan de acuerdo a la tabla 7 de las hojas de datos. Para iniciar nuestra aplicación, colocaremos a 0 ambos bits. Por último, OS también se colocará en 0 para una operación normal. Entonces, podemos decir que el BYTE CB será igual a %11001000

Ya en el BYTE selector de bandas (Band Switch Byte) encontramos que para la banda VHF baja deberá ser %00000001 y arbitrariamente lo bautizaremos como BB1. Para VHF alta será %00000010 y la llamaremos BB2, mientras que para UHF será %00001000 y se llamará BB3. Ya entonces tenemos seleccionadas las bandas, el divisor para el oscilador de cuarzo de referencia (RSA y RSB) y la dirección del selector de canales dentro del bus. Sólo nos resta definir los valores que adoptarán los bytes del divisor programable principal (DB1 y DB2).

Hasta aquí nos manejamos con variables BYTE, es decir, que sólo ocupan 8 bits. Ahora trabajaremos con una variable WORD que se encargará de transmitir hacia el PLL la información del divisor. La manera de hacerlo será aplicando la posibilidad de dividir la variable WORD en HIGHBYTE y LOWBYTE. Haciendo gala como siempre de nuestra originalidad para elegir nombres, llamaremos DIVIDER a la variable WORD, DIVIDER.HIGHBYTE a DB1 (que luego se llamará DIVIDER1) y DIVIDER.LOWBYTE a DB2 (que luego se llamará DIVIDER2). Suena difícil pero observa qué fácil es: si quieres hacer funcionar el oscilador de VHF en 100Mhz (el oscilador local) y estás utilizando un salto de frecuencia cada 50Khz. (con un ajuste de RSA y RSB que te entreguen una referencia interna de 7.8125Khz), debes hacer la división (100000Khz / 50Khz.) y obtener 2000 (dos mil). Esto en números binarios es %11111010000 y, agregándole 5 ceros en adelanto para completar los 16 bits (1 Word = 2 Bytes), (DB1, DB2) obtienes un resultado de %00000111 para DB1 y %11010000 para DB2.

Otro ejemplo: quiero escuchar la emisora de FM favorita de mi localidad que trabaja en 88.5Mhz. Las cuentas a hacer son las siguientes: la salida de frecuencia intermedia del selector de canales es de 45.75Mhz; por lo tanto 88.5 + 45.75 = Frecuencia del oscilador local en el selector = 134.25Mhz. A este valor lo divido por 50Khz. (si RSA y RSB = 1) y obtengo un divisor (variable DIVIDER) = 2685. Este número en binario es igual a %0000101001111101 que, separado en dos bytes, sería %00001010 para DB1 y %01111101 para DB2. Así seguiríamos con los ejemplos hasta recorrer todo el espectro que sea capaz de trabajar el selector de canales. Una rutina muy sencilla dentro del programa nos permitirá entonces “escribir” una frecuencia sobre el selector de canales. En Basic (Proton) será tan sencillo como esto:

Con esas siete poderosas instrucciones nuestro selector de canales estará sintonizando comunicados de radioaficionados, de fuerzas de seguridad, de emisoras comerciales y miles de cosas interesantes.

Alimentación del selector
Para aquellos que ya tengan la mente clara y decidan comenzar a construir el receptor, vamos a dejarles la forma en que se conectan estos dispositivos y el circuito de una fuente apropiada para poder trabajar con ellos. Visto desde abajo un selector de canales, los pines se distribuirán de la forma en que aparecen en la imagen. Considerando RF IN como la entrada de antena, podemos ver la secuencia de pines con las correspondientes conexiones. En el caso del primer pin llamado AGC, bastará con conectarlo al punto medio de un preset de 10K cuyos extremos estén conectados entre +12V y GND. El resto de las conexiones son muy elementales, muy sencillas y sólo hay que construir la fuente de alimentación que nos proporcione las tensiones de 5Volts y 30/33Volts.

La fuente de alimentación
Aprovechando las bondades del MC34063A que ya hemos visto en artículos anteriores, podemos construir fácilmente una fuente que nos entregue la tensión de 33Volts que el selector requiere. Este valor de tensión no es crítico y puede estar comprendido entre 27 y 33Volts aunque, para un funcionamiento correcto de los diodos varicap empleados en los osciladores del selector, una tensión de 30Volts es una buena elección. Como ya vimos antes, los componentes son de muy fácil obtención y no vas a tener problemas en construir esta sencilla pero eficaz fuente.

Como puedes ver, la entrada es de 12Volts y la salida de 30Volts es variable para lograr un ajuste cómodo y preciso. C11 y C12 pueden ser de 1000uF, si el espacio físico lo permite, aunque los valores que figuran en el circuito han demostrado un muy buen desempeño en los ensayos iniciales. L2 puede tener entre 100 y 300uH, pero hemos adoptado un valor de 220uH por razones de practicidad y tamaño reducido. La sección de 5 Volts es muy tradicional con el empleo de un regulador serie 7805 al que le colocaremos un disipador de calor, ya que a partir de este dispositivo alimentaremos el sintonizador y la sección del microcontrolador y display LCD. Tal vez pienses que es un diseño saturado de capacitores que no cumplen funciones específicas y que redundan en su posición y conexión. Sin embargo, debes recordar que este sistema será parte de un proyecto de gran envergadura y debe estar protegido contra todos los ruidos, transitorios y variaciones de tensión que puedan imaginarse y prevenirse.

La función de D3 y D6 está directamente relacionada con el circuito formado por el divisor R2-R3. En el circuito del microcontrolador, se encargarán de dar aviso al mismo que la tensión de alimentación se ha interrumpido. Al cortar la alimentación, se provoca una rápida transición de un estado alto a uno bajo ya que este circuito divisor está alimentado sin la presencia de electrolíticos que puedan aletargar su pasaje de un estado a otro. La conmutación es inmediata. Por otro lado, la alimentación al microcontrolador durará uno o dos segundos más hasta que se descarguen los capacitores electrolíticos conectados a la línea de alimentación de 5Volts. El tiempo transcurrido entre la transición de estado en R2-R3 hasta que el microcontrolador se apaga alcanza para guardar en la EEPROM interna de éste último el valor de la variable DIVIDER. Esta acción es muy útil ya que, al encender el equipo nuevamente, éste se iniciará en la última frecuencia que estábamos sintonizando y no tendrás que recorrer todo el dial hasta volver a posicionarte en la sintonía deseada.

¿Tú creías que los radioaficionados eran gente extraña que utilizaba un lenguaje codificado e imposible de entender? Escucha un ejemplo; hablan igual que tú, que yo, que todos, solo que agregan al comunicado su señal distintiva.

Luego de tener la fuente de alimentación en marcha, puedes conectar el receptor que ya hemos construido con el TDA7000, variar la frecuencia de sintonía hasta llegar a escuchar la frecuencia de 45.75Mhz y comenzar a experimentar con la programación del microcontrolador. De la misma forma que hicimos en su momento para escuchar los satélites meteorológicos, disminuyendo la cantidad de espiras del oscilador de sintonía, ahora aumentándolas a 9 o 10, llegarás fácilmente a sintonizar la frecuencia (siempre fija en 45.75Mhz) que entrega a su salida el selector de canales.

Conclusiones
Algo muy importante que no debes dejar de tener en cuenta es que estamos transitando el fascinante mundo de la experimentación y del desafío que representa viajar hacia lo desconocido en diseño electrónico. Si no encuentras un sintonizador como el que te sugerimos, no te desanimes. Puedes intentarlo con cualquier otro selector que posea otro circuito PLL. Tal vez no llegues a 1.2Ghz, pero eso no debe desanimarte. Además, puedes conseguir el deseado en cualquier momento y cambiarlo. ¿Sabes por qué? Porque todos los sintonizadores de este estilo, que trabajan operados por bus I2C, utilizan el mismo protocolo de comunicación. Por este motivo, se lo conoce como un protocolo universal. Es decir, puedes comenzar con el que tengas posibilidades de conseguir y, mientras experimentas, disfrutas y aprendes, te encargas de ubicar el que llegue a la máxima frecuencia de recepción posible.

En la próxima entrega comenzaremos a trabajar con el programa dentro del microcontrolador y te podremos mostrar en detalle la construcción del módulo donde se instala el selector de canales, que seguramente algo habrás visto en los videos. Además de eso, falta la conexión al ordenador, la construcción de antenas apropiadas para cada banda en particular, aprender a escuchar, saber dónde buscar la acción interesante del mundo de la radio y mucho, mucho más. ¿Te lo vas a perder?