REDISEÑO DE UN RADIO PORTÁTIL PARA FUERZAS ARMADAS Y EQUIPOS DE RESCATE

Texto completo

(1)

I

NSTITUTO

'

P

OLITÉCNICO

'

N

ACIONAL

'

____________________________________________________________' ____________________________________________________________'

'

E

SCUELA

'

S

UPERIOR

'

DE

'

I

NGENÍERIA

'

M

ECÁNICA

'

Y

'

E

LÉCTRICA'

'

'

R

EDISEÑO'DE'UN'RADIO'PORT

Á

TIL'PARA'FUERZAS

'

'ARMADAS'Y'EQUIPOS'DE'RESCATE

'

M

EMORIA'DE'

E

XPERIENCIA'

P

ROFESIONAL

'

QUE'PARA'OBTENER'EL'TÍTULO'DE

'

'

INGENIERO

'

EN

'

COMUNICACIONES

'

Y

'

ELECTRÓNICA'

'

'

PRESENTA

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C.

#

G

ONZÁLEZ#

G

ONZÁLEZ#

R

OBERTO

!

ASESOR'DE'TESIS

:

D

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.#R

OBERTO

#B

ACA

#A

RROYO

#

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(3)

3 Contenidos Antecedentes:'Descripción'general'de'mi'trayectoria'profesional.'...'4! Carta'testimonial'del'proyecto'por'A2e'Technologies.'...'5! Datron:'Descripción'de'la'empresa.'...'6! A2e:'Descripción'de'la'empresa.'...'6! Dedicatoria:'...'7!

CAPÍTULO'1.0! Datron'PRC'1077'Descripción'de'la'unidad:'...'8!

1.1! Funcionalidades:'Operación'Básica'...'8!

1.2! Descripción'del'Modelo'PRC'1077:'Diagrama'a'bloques.'...'11!

1.2.1! Módulo!Sintetizador!M2.3!...!14!

1.2.2! Módulo!de!Antena!M7.3!...!16!

1.2.3! Módulo!Transmisor!M4.3!...!16!

1.2.4! Módulo!de!Procesamiento!M3.3!...!16!

1.2.5! Módulo!de!Pantalla!M6.3!...!16!

1.2.6! Módulo!Receptor!M5.3!...!17!

1.2.7! Módulo!de!Audio!M1.3!...!18!

1.3! Interconexión'de'los'módulos._'...'18!

CAPÍTULO'2.0! Análisis'de'requerimientos'del'cliente'(Datron).'...'20!

2.1! Entregables._'...'21!

CAPÍTULO'3.0! Tarjetas'rediseñadas'para'DATRON.'...'22!

3.1! Rediseño'del'módulo'de'audio.'...'22!

3.1.1! Diagrama!a!bloques!y!teoría!de!operación.!...!22!

3.1.2! Teoría!de!operación:!Esquemáticos!...!27!

3.1.3! Sección!de!Conectores:!...!30!

3.1.4! Sección!de!Silenciado!(Squelch)!del!esquemático:!...!36!

3.1.5! Análisis!varios!de!los!circuitos!del!módulo!de!audio:!...!40!

3.1.6! Configuración!del!módulo!de!audio!M1:!...!42!

3.1.7! Resultados!de!prueba!final!del!módulo:!...!44!

3.2! Rediseño'del'módulo'de'RF.'...'45!

3.2.1! Diagrama!a!bloques!y!teoría!de!operación.!...!47!

3.2.2! Interconexiones!del!Módulo!Receptor!M5:!...!47!

3.2.3! Esquemáticos.3!...!47!

3.2.4! Descripción!del!circuito!...!51!

3.2.5! Diseño!de!los!circuitos!y!simulaciones.3!...!53!

CAPÍTULO'4.0! Resultados'Finales'y'Conclusiones.'...'65!

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Antecedentes: Descripción general de mi trayectoria profesional.

' '

Egresado!en!1980!de!la!carrera!de!ingeniería!en!comunicaciones!y!electrónica!de!la! ESIME! del! IPN,! me! fui! a! trabajar! a! RCA! Componentes! de! Cd.! Juárez! Chih.! como! ingeniero!de!pruebas!encargado!de!los!módulos!de!sintonía!de!los!televisores!a!color! de!aquel!entonces.!El!gancho!era!que!tenían!un!programa!para!estudio!de!maestría!en! E.E.U.U.A.!Estudié!la!maestría!en!la!universidad!estatal!de!Nuevo!Mexico!hasta!que!la! compañía!decidió!cortarnos!el!subsidio!y!no!pude!terminarla.!Cursé!32!de!36!créditos.! Aún!así,!trabajé!allí!por!5!años!y!me!mude!a!Hewlett!Packard!en!la!Cd.!de!Guadalajara.! Allí! trabaje! por! 20! años.! Escalando! poco! a! poco! hasta! ser! Gerente! de! Ingeniería! de! Manufactura!y!científico!del!color.!Al!cerrar!el!centro!de!investigación!y!desarrollo!me! quedo!sin!trabajo!y!me!contrato!con!A2e!Technologies.!Es!durante!ese!tiempo!que!este! trabajo! fue! realizado.! Después! de! trabajar! 5! años! en! A2e,! me! contrata! Intel! para! establecer! el! departamento! de! validación! de! BIOS! de! servidores.! Allí! trabajé! 3! años.! Más!detalles!se!pueden!encontrar!en!mi!currículo.!

! ! !

Figura'1'Trayectoria!Profesional'

! !

! !

TRAYECTORIA)PROFESIONAL)

RCA)Componentes)S.A.)de)C.V.))

– 5)años,)maestría)incompleta)NMSU.)

HewleF)Packard)de)México)S.A.)de)C.V.)

– 20)años.)Varios)puestos.)

A2e)Technologies)TECA2E)S.)de)R.L.)de)C.V.))

– 5)años,)Diseñador)de)Hardware.)

Intel)Tecnología)de)México)S.A.)De)C.V.))

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5

! !

Carta testimonial del proyecto por A2e Technologies.

Figura'2'Carta'Testimonial'del'Proyecto'por'A2e'Technologies'

!

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Datron: Descripción de la empresa.

!

Datron! es! una! empresa! privada! localizada! en! Vista! California! USA.! Por!más!de!30!años!se!ha!dedicado!a! el! diseño! y! manufactura! de! equipos! de! radio! tácticos! para! militares! y! equipos! de! rescate.! Actualmente! sirve! a! 80! países! y! tiene! una! línea! completa! de! productos! de! voz! y! datos!en!bandas!HF,!VHF!comercial!y! militar.! También! cuenta! con! una! amplia! gama! de! ofertas! para! el! servicio! de! seguridad! pública! APCO! (Association! of! Public3Safety! Communications! Officials3 International)! basada! en! radio! digital.! Para! más! información,! se! puede!visitar!la!página:!

http://www.dtwc.com/!

! !

!

A2e: Descripción de la empresa.

A2e!Technologies!es!una!firma!de!diseño!embebido! con! base! en! San! Diego! y! unidades! de! diseño! en! Chicago!y!Guadalajara.!El!rango!de!tecnologías!que! maneja! es! muy! amplio! desde! diseño! de! tarjetas! basadas! en! FPGA! como! correctores! de! factor! de! potencia,!electrónica!analógica!y!muchas!más.!Para! más!información,!se!puede!visitar!la!página:!

http://www.a2etechnologies.com/!

!

Figura'3'Fachada!Datron'

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Dedicatoria:

Para mi esposa… por toda una vida.

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CAPÍTULO 1.0 Datron PRC 1077 Descripción de la unidad:

El! PRC! 1077! es! un! radio! VHF/FM! diseñado! a! finales! de! los! 70´s! pero! se! vendió! como!pan!caliente!en!todo!el!mundo.!Es!heredero!del!PRC77!de!Asociated!Industries! que! fue! un! éxito! durante! la! guerra! de! Vietnam,! cuesta! como! $3,000! dólares! sin! accesorios.!

Figura'5'PRC1077'

! El! éxito! de! este! producto,! permitió! a! Datron! diseñar! y! producir! muchos! otros! productos.! El! radio! se! volvió! un! “cash! cow”,! o! producto! generador! de! ventas! sin! inversión! mas! que! para! mantener! las! ventas.! El! tiempo! paso! y! los! diseñadores! se! fueron.!Los!componentes!empezaron!a!obsoletarse.!El!costo!de!manufactura!empezó!a! crecer!y!Datron!se!encontró!con!sus!ingenieros!trabajando!en!productos!nuevos,!pero! con! un! producto! rey! en! ventas! que! prometía! gastar! más! dinero! en! compras! de! componentes! obsoletos! en! mercados! secundarios,! que! en! generar! ganancias.! Con! la! compañía! comprometida! en! los! nuevos! radios! digitales! y! SDR! (Software! Design! Radio),!decidieron!sub3contratar!el!rediseño!de!ese!producto!a!la!empresa!A2e.!!

!

1.1 Funcionalidades: Operación Básica

El!producto!está!diseñado!para!operar!en!condiciones!duras.!Tiene!una!potencia! de! transmisión! de! hasta! 5! Watts! en! el! rango! de! frecuencias! de! 30388! MHz! con! resolución! de! 25kHz.! El! producto! cumple!MIL_STD_810'para! golpe! y! vibración,! es! inmersible! en! agua! hasta! 1m! de! profundidad.! Bajo! consumo! de! corriente.! Además! soporta! múltiples! opciones! para:! Antenas,! amplificadores! hasta! 50! Watts,! encriptación!de!voz!y!otros.!

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9

Figura'6'Panel!Frontal'

! 1.3!Conector!de!poder!externo.!

2.3!Conector!BNC!de!antena.!

3.3!Botón!de!programación!de!canal!rotatorio.!

4.3!Botón!rotatorio!de!resorte!para!subir!o!bajar!en!incrementos!de!1!MHz.! 5.3!Botón!rotatorio!de!resorte!para!subir!o!bajar!en!incrementos!de!25!kHz.! 6.3!Conectores!de!audio!para!el!auricular3micrófono.!

7.3!Control!de!volumen.! 8.3!Switch!de!funciones:!

! Lite.3!Prende!la!luz!del!display!temporalmente.!De!resorte.! ! RETX.3!Modo!de!retransmisión.!

! TONE.3!Modo!silenciador!de!tono!de!150!Hz.! ! SQUELCH.3!Modo!silenciador!de!ruido.! ! RX!TEST.3!Modo!de!prueba!de!recepción.! 9.3!Canales!pre3grabados!o!modo!manual.! 10.3!Potencia!de!transmisión!y!encendido.! ! LO.3!! 0.5!Watts.!

! MED.3!!2.0!Watts.! ! HI.3!! 5.0!Watts.! ! OFF.3! Apagado.!

11.3!Conector!UHF!de!antena!de!campo.! !

Las!especificaciones!generales!se!muestran!en!el!cuadro!que!sigue:!(No!están! todas,!solo!están!las!relevantes).!Mas!información!se!puede!encontrar!en!la!página!de! web:!http://www.radionerds.com/index.php?title=PRC31077!)!

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CARACTERISTICAS'GENERALES'

! Rango!de!frecuencias:! ! ! ! 30387.975!MHz!continuo! ! Numero!de!canales:! ! ! ! 2,320!

! Canales!predeterminables:! ! ! 10!(Programables!en!campo)! ! Espaciamiento!entre!canales:! ! ! 25!kHz!

Silenciador!(squelch):! Tono!de!150!Hz,!ó!ruido!para!voz!seleccionable.! ! Potencia!de!transmisión:! ! ! Seleccionable:!0.3,!2!y!5!Watts.!

! Rango!de!temperaturas:! ! ! 340°'C!a!+60°'C!

! Rango!de!distancia:! ! ! ! 10!mi!(16!km)!varía!con!condiciones.! ! Sintonizador!de!antena:! ! ! Automático,!interno.!

! Modulación:! ! ! ! ! FM,!(Modulación!por!fase!según!EIAA)! ! Consumos!de!corriente:! ! ! Recepción:!60mA!silenciado.!

! ! ! ! ! ! ! Transmision:! 0.3W!–!800!mA!

! ! ! ! ! ! ! ! ! 2.0W!–!1.1!A!

! ! ! ! ! ! ! ! 5.0W!–!1.6!A!

TRANSMISOR'

Estabilidad!de!frecuencia:! ! ! ! 20!ppm!340°'C!a!+60°'C! Desviación:! ! ! ! ! ! Preestablecido!a!±10!kHz! Ancho!de!banda!de!audio:! ! ! ! 16!kHz!datos!banda!ancha.!

! ! ! ! ! ! ! 3!kHz!voz.!

Limitador!de!modulación:! Ref!+20dB!de!3kHz!de!desviación!con!entrada!de! un!tono!de!1000!Hz:!

! ±10kHz!máxima!desviación!100320,000Hz.!

Distorción:! 5%!

Ruido!y!zumbidos:! 340!dBc!(dB!con!respecto!a!portadora)! Ruido!a!canal!adyacente:! 350!dBc!

Salidas!espurias!no!harmónicas:! 360!dBc!típico.!

Harmonicos:! 346!dBc!

Entrada!de!audio:! Voz:! 1.5!mV!para!60%!de!desviación!max.!

! Datos:! 0.77!V!a!600!ohms!para!±5kHz.!

Ancho!de!banda!RF:! Continua!de!30!3!87.975!MHz.! Tipos!de!transmisión:! Voz!(30033,500Hz)!y!150!Hz!de!tono!silenciador! seleccionable.! RECEPTOR' Sensitividad:! 0.35!μV!para!12!dB!SINAD! Umbral!silenciador:! Menor!o!igual!a!0.35!μV! Ancho!de!banda!RF:! Continua!de!30!3!87.975!MHz.! Selectividad!a!canal!adyacente:! 370!dB! Respuestas!espurias:! 370!dB! Intermodulación:! 370!dB!a!sensibilidad!máxima.!

Salida!de!audio:! Voz:! ! 0.5!W!en!16!ohms.!

! ! ! 0.05!W!en!150!ohms.!

! Datos:! ! 0.77!Vrms!en!600!ohms.!

Ancho!de!banda!del!receptor:! 30!kHz!±10kHz!de!desviación.! Ancho!de!banda!del!audio:! Voz:! 3!kHz.!

! Datos:!15!kHz.!

Distorsión:! 10%.!

Zumbido!y!ruido:! 340!dB!@!30!μV!señal!de!entrada.!

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1.2 Descripción del Modelo PRC 1077: Diagrama a bloques.

El! PRC! 1077! está! formado! por! 7! módulos.! Cada! módulo! es! una! tarjeta! electrónica!y!4!de!ellas!están!montadas!en!un!chasis!de!molde!vaciado!en!arena! de! aluminio! que! además! de! proteger! mecánicamente,! aísla! eléctricamente! los! módulos!entre!si.!!

!

Figura'7'Radio!Desarmado'

! En!esta!foto,!se!muestra!el!radio!desarmado.!Nótense!las!dos!cajas!superiores!

del!molde!de!aluminio!donde!residen!las!tarjetas!de!alta!frecuencia.! !

Módulos!del!PRC!1077:!

6.1.3!M1,!Módulo!de!Audio! ! 6.2.3!M2,!Módulo!Sintetizador! ! 6.3.3!M3,!Módulo!de!Procesamiento! ! 6.4.3!M4,!Módulo!Transmisor! ! 6.5.3!M5,!Módulo!Receptor! ! 6.6.3!M6,!Módulo!de!Pantalla! ! 6.7.3!M7,!Módulo!de!Antena! !

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Figura'8'Módulos!Superiores'

! En!este!dibujo!se!muestra!el!radio!transceptor!por!la!parte!de!arriba.! !

Figura'9'Módulos!Inferiores'

! En!este!dibujo!se!muestra!el!radio!transceptor!por!la!parte!de!abajo.! !

! ! ! !

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13

Figura'10'Diagrama!a!Bloques'

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!

1.2.1 Módulo Sintetizador M2.-

El! sintetizador! es! el! corazón! del! sistema.! En! modo! de! transmisión,! genera! la! frecuencia! del! canal.! En! modo! receptor,! se! mueve! 10.7! MHz! para! la! primera! conversión!de!frecuencia!intermedia!en!el!módulo!receptor.!

El!sintetizador!cubre!la!gama!de!frecuencias!de!33!a!88!MHz!en!incrementos!de! 25kHz.!

En!recepción,!la!frecuencia!inyectada!se!mueve!hacia!arriba!de!30351.975!MHz! y!hacia!abajo!de!52388!MHz.!El!sintetizador!usa!un!PLL!(Phase!Lock!Loop)!ó!lazo!de! amarre!de!fase!con!el!oscilador!controlado!por!voltaje!(VCO)!operando!a!la!frecuencia! de!salida!deseada.!Un!solo!cristal!de!6.4MHz!con!compensación!de!temperatura!se!usa! como!referencia.!

El!VCO!esta!formado!por!4!VCO´s!para!cubrir!el!rango!total!de!frecuencias.!Una! interface!serial!de!3!líneas!controla!el!sintetizador!desde!el!módulo!del!procesador.!

Figura'11'Diagrama!a!Bloques!del!Sintetizador'

! El! módulo! recibe! comandos! de! modo! serial! (19! bits)! desde! el! módulo! de! procesamiento.!!

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15

La! técnica! para! el! divisor! de! frecuencia! del! PLL! se! llama! “Pre3escalador! de! módulo! dual”,!y!se!usa!para!poder!bajar!la!frecuencia!del!canal!deseada!a!una!velocidad!que!el! circuito! integrado! CMOS! pueda! manejar! apropiadamente.! Este! pre3escalador! puede! dividir! entre! 32! ó! 33! dependiendo! de! el! estado! del! contador! de! 7! bits.! Esto! permite! lograr!divisiones!exactas!aún!cuando!exista!residuo!cambiando!el!divisor!de!33!a!32! por!algunos!pulsos.!Ambos!contadores!se!alimentan!en!paralelo.!

Figura'13'Pre3escalador!Módulo!Dual'

!

El! pre3escalador! pude! dividir! entre! P+1! ó! P,! dependiendo! de! si! el! contador! A! ya! termino!ó!no.!Así!tenemos!el!numero!total!de!pulsos!será:!

!

Nt=(N3A)P!+!A(P+1)!=!NP!+!A!!;!N>A! !

Lo!anterior!permite!dar!cuenta!de!los!residuos!en!frecuencias!que!no!son!enteramente! divisibles! por! el! pre3escalador.! En! nuestra! unidad,! P=32,! así! la! frecuencia! necesaria! será:!

!

F=!(32N+A)x25kHz! !

Ejemplo:!

Estamos! en! el! canal! de! 45.350! MHz,! en! modo! de! recepción! (Push! To! Talk! PTT! sin! apretar).! Para! poder! hacer! la! primera! conversión! a! frecuencia! intermedia! de! 10.7! MHz,!debemos!operar!a!56.050!MHz.!32N+A!será!la!cuenta!total!para!dar!un!ciclo!de! 25kHZ.!Es!decir,!la!frecuencia!del!VCO!será!de!25,000(32N+A),!donde!Nt!=!32N!+!A!=! 2,242,! que! es! el! número! total! de! pulsos! que! necesitamos! y! corresponde! con! 56.050MHz/25!KHz!=2,242.!Este!valor,!se!divide!por!32,!quedando!2,242/32!=!70!mas! un!residuo!de!2.!A=2!y!N=70.!El!pre3escalador!dividirá!entre!33!por!2!cuentas!y!entre! 32!por!68!cuentas.!Así!que!programamos!el!contador!de!7!bits!con!2!y!el!de!10!bits!en! 70.! Obviamente! se! programan! en! binario! y! los! cálculos! se! hacen! en! el! módulo! de! procesamiento.!

!

Entendido!esto,!podemos!analizar!el!resto!del!diagrama!a!bloques!de!la!unidad.!

Para! cubrir! el! rango! de! frecuencias! (30388MHz),! el! sistema! divide! el! espectro! en! 4! bandas:!

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! ! !

1.2.2 Módulo de Antena M7.-

Este! módulo! tiene! “Reed! Relay”! para! conectar! o! desconectar! una! serie! de! elementos! e! igualar! las! impedancias! internas! de! la! unidad! (50! Ohm),! con! la! impedancia!de!aproximadamente!¼!de!longitud!de!onda!de!las!antenas!de!campo.!La! impedancia! de! la! antena! de! campo! cambia! mucho! de! acuerdo! a! las! condiciones,! frecuencia! etc.,! y! se! ajusta! para! cada! canal! individual.! Este! ajuste! se! hace! en! campo! controlado!y!se!deja!en!la!memoria!ROM!del!procesador.!Como!se!soportan!2!antenas! de! 3’! y! 10’! para! la! configuración! portátil,! el! conector! tiene! un! micro3switch! para! detectar!uno!de!los!tipos!específicos!de!antena,!el!de!10’.!El!otro!es!por!defecto.!

!

Todos! los! módulos! usan! relevadores! para! su! funcionamiento.! Estos! relevadores!solo!utilizan!energía!al!momento!de!operarlos.!Se!quedan!en!la!posición! aunque!se!remueva!la!energía.!(Latching!Relay).!

!

1.2.3 Módulo Transmisor M4.-

Este!módulo!básicamente!consta!de!3!etapas!de!amplificador.!Dos!clase!A!y!una! etapa! final! con! transistores! complementarios! (PNP3NPN)! de! potencia! formando! un! amplificador! “Push! Pull”! y! filtros! Chebychev! de! 7! polos.! Los! filtros! específicos! se! conectan!con!relevadores.!

!

1.2.4 Módulo de Procesamiento M3.-

Este!módulo!contiene!el!microprocesador!80C39!de!Intel!corriendo!a!2.5!MHz!y! toda! la! circuitería! para! hacer! un! micro! controlador.! Esta! incluye! RAM,! ROM,! control! despertador! para! no! estar! funcionando! mas! que! cuando! se! activa! algún! control! del! panel!frontal.!Utiliza!una!interface!serial!de!3!líneas!para!comunicarse!con!el!resto!de! los!módulos,!la!cual!es!indicada!por!la!línea!punteada!en!el!diagrama!a!bloques.!!

Este!módulo,!también!tiene!la!función!de!generar!el!“Tune!Voltage”!(TV)!o!voltaje!de! sintonía! que! utilizará! el! módulo! receptor.! Para! ello! el! módulo! tiene! un! convertidor! Digital!Analógico!para!proporcionar!64!diferentes!voltajes!de!sintonía!por!cada!banda.! Estos!valores!se!programan!en!fábrica.!

El!procesador!también!genera!4!líneas!de!control!para!seleccionar!la!banda!en! los!módulos!que!lo!necesitan.!

Por! último,! el! módulo! procesador! genera! también! una! referencia! de! 600! Hz! que!utiliza!el!módulo!de!audio!como!veremos!más!adelante.!

!

1.2.5 Módulo de Pantalla M6.-

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!

1.2.6 Módulo Receptor M5.-

El!receptor!es!un!módulo!de!doble!conversión.!La!primer!frecuencia!intermedia! es!a!10.7MHz!y!la!segunda!a!455!kHz.!La!etapa!de!RF!consta!de!4!circuitos!doblemente! entonados! con! acoplamiento! suelto! independientes.! Uno! por! cada! banda.! Estos! se! entonan! con! el! voltaje! de! sintonía! generado! por! el! módulo! de! procesamiento.! Este! voltaje! polariza! los! varactores! inversamente! y! controla! su! capacitancia! equivalente.! Esto!permite!sintonizar!los!circuitos!tanque!para!cada!canal.!

Este! fue! uno! de! los! módulos! que! rediseñe,! y! mostraré! más! información.! El! circuito! silenciador! (squelch)! es! un! filtro! pasa! altos.! Cuando! audio! de! (>3.3! kHz)! es! detectado! y! no! se! esta! en! modo! de! transmisión! de! datos,! se! dispara! la! señal! de! silenciador.!

!

Un!diagrama!a!bloques!más!detallado!se!muestra!a!continuación.!!

Figura'14'Modulo!Receptor!a!Bloques'

! !

(18)

Figura'15'Esquemático!Original!Banda!1'

! !

La! selección! de! banda! que! viene! del! módulo! de! procesamiento,! polariza! el! transistor!y!los!diodos!PIN!D1!y!D10.!Estos!conectan!la!entrada!y!salida!a!la!etapa!RF.! Se! usan! diodos! PIN! por! su! respuesta! rápida! y! baja! capacitancia! en! modo! inverso.! El! voltaje!de!sintonía!es!generado!por!el!módulo!de!procesamiento.!Las!bobinas!L1,!L2,! L3!y!L4!se!ajustan!independientemente!mientras!que!L5!y!L6!son!fijas.!

!

1.2.7 Módulo de Audio M1.-

Este! es! otro! de! los! módulos! que! rediseñe.! Provee! todas! las! funciones! de! procesamiento!de!las!señales!de!audio!necesarias!para!transmisión!y!recepción.!Este! sistema!es!capaz!de!mandar!una!señal!de!Audio!de!150!Hz!sinusoidal!montada!en!el! audio!normal!para!que!otros!radios!del!equipo!no!escuchen!otros!transmisores!que!no! contengan!esa!señal.!Es!decir,!si!se!sintoniza!el!radio!en!cualquier!canal!en!modo!de! silenciador!de!tono,!solo!se!escucharán!los!canales!que!estén!transmitiendo!ese!tono.! El!otro!modo!de!silenciador,!es!por!ruido.!Si!hay!estática!debido!que!no!hay!portadora,! el!audio!se!apaga.!Si!se!desea!escuchar!aunque!sea!ruido,!se!debe!poner!en!modo!de! RX!Test.!Este!modo!es!útil!cuando!se!busca!alguna!señal!ó!se!prueba!la!recepción.!El! módulo!de!audio!también!tiene!el!amplificador!de!potencia!para!el!auricular,!y!el!pre3 amplificador!limitador!del!micrófono.!!

El!módulo!limita!el!ancho!de!banda!del!audio!audible!a!3kHz.!El!ancho!de!banda!del! audio!de!banda!ancha!que!se!usa!para!transmitir!datos,!es!de!16kHz.!!

El!detector!de!150!Hz,!se!hace!con!un!filtro!de!conmutación,!que!luego!explicaremos! cuando!entremos!con!más!detalle!en!el!diseño.!

En!el!módulo!también!se!ajusta!la!máxima!desviación!de!la!portadora.! !

1.3 Interconexión de los módulos.-

(19)

19

Figura'16'Interconexión!de!los!módulos'

!

!

(20)

CAPÍTULO 2.0 Análisis de requerimientos del cliente (Datron).

Los!requerimientos!más!importantes!fueron:! 1) Eliminar!componentes!obsoletos.3!Los!precios!de!manufactura!se!habían!! incrementado!mucho!debido!a!componentes!obsoletos.! 2) Eliminar!lo!más!que!se!pueda!componentes!de!agujero!(thru!hole)!y!utilizar! solo!de!montaje!superficial!(SMT).!(Este!es!un!objetivo!que!no!siempre!puede! lograrse!en!arquitecturas!viejas!con!bobinas!de!alta!Q).! 3) Mantener!ó!mejorar!el!desempeño!en!todas!las!especificaciones!técnicas.! 4) Reducir!el!costo!20%!o!lo!más!posible.! 5) Disminuir!los!ajustes!lo!más!posible.!! 6) Mantener!la!compatibilidad!de!todos!los!módulos!en!el!campo.!Es!decir,!un! módulo!nuevo!deberá!ser!posible!colocarlo!en!unidades!de!campo!del!diseño! anterior!y!viceversa.!Los!requerimientos!prohibían!específicamente!que!las! tarjetas!nuevas!pudiesen!ir!en!pares.!Cada!nuevo!módulo!debía!ser! completamente!compatible!con!un!radió!anterior.!Este!último!requerimiento! realmente!nos!ató!de!manos!para!poder!usar!nuevas!tecnologías.!Teníamos!que! lograr!compatibilidad!100%!con!todas!las!señales!de!interconexión.!Si!bien! podríamos!ahorrar!con!nueva!tecnología,!esta!compatibilidad!total!nos! obligaría!a!convertir!señales!para!interconectar!de!manera!transparente.!Esto! hubiera!retrasado!el!proyecto!y!aumentado!el!costo.! 7) Lograr!los!objetivos!de!entrega!y!presupuesto!del!proyecto.! 8) Toda!la!documentación!final,!debería!ser!creada!utilizando!su!sistema!de! desarrollo.!Protel,!que!era!muy!bueno!en!su!tiempo!pero!para!entonces!ya! estaba!obsoleto.!Ellos!mantenían!una!versión!por!sus!propios!medios!y!nos! dieron!el!programa!para!poder!hacerlo.!! 9) Para!resistores!y!capacitores!utilizar!tamaño!0805!para!arriba.!Sus!procesos!de! SMT!todavía!no!podían!manejar!tamaños!más!chicos.!Pero!podíamos!manejar! 0603!por!excepción.! 10)Para!transistores,!SOT!23!ó!similar.! 11)No!utilizar!micro!BGA.!! 12)Componentes!disponibles!en!rueda!de!cinta.!(Tape!and!Reel).! !

Dados! los! requerimientos! anteriores,! analizamos! todos! los! módulos! e! investigamos!la!sustitución!por!componentes!SMT.!En!el!proceso!nos!dimos!cuenta!de! que!la!documentación!técnica!estaba!llena!de!errores.!Los!documentos!de!diseño!no!se! habían!actualizado!en!años!y!los!ingenieros!ya!no!trabajaban!allí.!Así!que!tuvimos!que! re3hacer!prácticamente!toda!la!documentación.!

!

(21)

21

2.1 Entregables.-

Teníamos!que!entregar!lo!siguiente:!

• Esquemáticos.!

• Lista!de!materiales!para!cada!módulo.!

• Archivos!“Gerber”!para!la!producción!de!los!circuitos!impresos.!

• Manuales!de!ajuste!y!prueba.!

• Teoría!de!funcionamiento!para!cada!módulo.!

• Simulaciones!y!memorias!de!cálculo!cuando!fueran!requeridas.!

• 5!prototipos!funcionales!y!verificados!paramétricamente!por!cada!tarjeta! rediseñada.!

(22)

CAPÍTULO 3.0 Tarjetas rediseñadas para DATRON.

3.1 Rediseño del módulo de audio.

3.1.1 Diagrama a bloques y teoría de operación. !

El!Módulo!de!audio!es!el!principal!responsable!de!las!funcionalidades!e! interface!con!el!usuario.!!

!

Básicamente!podemos!clasificar!sus!funciones!de!la!siguiente!manera:! !

• Amplificador!de!micrófono.!Incluye!un!limitador!para!evitar!sobre! modulaciones.!

• Amplificador!de!auricular.!Este!amplificador!sólo!se!prende!en!presencia!de! audio!si!así!se!desea,!evitando!consumo!de!batería!inútil.!

• Control!de!ancho!de!banda!del!audio.!Este!puede!ser!especificado!para!3kHz!ó! 16!kHz!en!caso!de!utilizar!la!opción!de!transmisión!de!datos.!!

• Lógica!de!silenciado.!Muchas!veces!queremos!que!no!pase!audio!al!auricular,! como!en!presencia!de!ruido.!Esto!se!explicará!posteriormente.!

• Detección!e!inserción!de!150!Hz.!Una!señal!de!audio!que!se!transmite!para!que! solo!puedan!escucharse!transmisiones!compatibles.!!

• Encriptación!de!Audio.!El!módulo!de!audio!controla!un!módulo!opcional!de! encriptación!de!audio!que!funciona!partiendo!el!espectro!de!la!señal!de!audio! en!tiempo!real!y!combinándolos!de!manera!pseudo!aleatoria!en!el!audio!a! transmitir.!Sin!un!des3encriptador!igual!en!el!receptor,!el!audio!es!totalmente! ilegible.!Los!códigos!de!encriptación!se!dan!de!fábrica!para!cada!una!de!las! unidades!y!son!únicos.!!

• Controla!el!nivel!de!modulación.! !

!

El!esquemático!original!del!módulo!de!audio!se!muestra!a!continuación,!úsese!solo! como!referencia,!la!explicación!detallada!del!módulo!se!hará!en!base!a!los!

(23)

23

Figura'17'Diagrama!original!módulo!de!Audio!

(24)

! Como!ayuda,!adjunto!un!diagrama!de!bloques:! !

(25)

25

Para!simplificar!también,!adjunto!una!descripción!de!los!conectores!del!módulo:!

Figura'19'Conectores!Módulo!de!Audio'

! !

! !

(26)
(27)

27

Debido!otra!vez!a!la!compatibilidad!con!los!módulos!existentes!en!el!campo,!la! lógica!debía!ser!exactamente!igual.!Así!que!tanto!la!descripción!de!las!señales!en!los! conectores,! así! como! su! lógica! se! aplican! tanto! al! módulo! viejo,! como! al! nuevo.! Lo! mismo!sucede!con!el!diagrama!a!bloques.!

El!único!cambio!real!de!la!arquitectura!aquí,!fue!del!filtro!de!150!Hz!para!inyectar!la! señal!de!silenciado!al!audio!modulante.!!

Es!el!filtro!que!viene!del!divisor!entre!4!de!la!señal!de!600!Hz,!es!un!filtro!pasa!bajos! de! 150! Hz! activo! de! 2! polos! implementado! con! un! solo! transistor! NPN.! Altamente! dependiente! en! la! β! característica.! Decidí! implementar! un! diseño! más! robusto! en! parte!por!los!amplificadores!operacionales!extra!en!los!chips!de!SMT.!

!

3.1.2 Teoría de operación: Esquemáticos

Dado! que! la! operación! del! módulo! original,! y! la! operación! del! módulo! nuevo! son!idénticas,!presento!la!descripción!de!funcionamiento!en!base!a!los!esquemáticos! nuevos!de!este!módulo.!El!esquemático!está!dividido!en!3!partes:!La!primera!es!como! la!portada!y!simplemente!divide!la!tarjeta!en!2,!mientras!que!los!otros!2!esquemáticos! muestran!los!detalles!del!módulo.!!

!

! !

! !

! !

(28)
(29)

29

!

(30)

Esta!tarjeta!provee!todas!las!funciones!de!audio!necesarias!para!el!funcionamiento!del! PRC1077.!!

!

3.1.3 Sección de Conectores:

Describiré!las!señales!conector!por!conector:! !

!

Señales'del'conector'de'12'pin'M1_J1:'

Pin!1.3!Tierra!

Pin! 2.3! Entrada! del! micrófono.! Llega! al! primer! amplificador/limitador.! La! función! limitadora! inicia! alrededor!de!1mV.!

Pin! 3.3! Pin! de! puente.! Esta! es! una! entrada! lógica.! Cuando!se!aterriza,!permite!el!procesamiento!de!audio! de!banda!ancha.!Va!conectado!al!pin!L!del!conector!de! potencia! J3;! Este! pin! debe! estar! conectado! para! usar! audio!de!banda!ancha.!!

Pin!4.3!Entrada!de!audio!de!banda!ancha.!Conectado!al! pin! R! del! conector! de! potencia! al! frente! del! equipo! J3.! Recibe!0!dBm!en!600!ohms.!

Pin!5.3!Parte!alta!del!control!de!volumen.!

Pin! 6.3! Salida! de! audio! de! banda! ancha.! Conectado! al! pin!P!del!conector!J3!al!frente!del!equipo.!Da!0!dBm!en! 600!ohms.! Pin!7.3!Entrada!de!audio!normal.!Conectado!al!pin!J135! del!módulo!receptor!(M5).!0.5!Vrms!típicos.! Pin!8.3!+12!Vdc,!del!switch!de!encendido.! Pin!9.3!Salida!de!audio!normal.!Conectado!al!pin!B!de!los!conectores!de!audio!del!panel! frontal! del! radio! y! pin! B! del! conector! de! poder;! 0.5! W! en! 16! ohms! ó! 0.05! W! en! 150! ohms.!

Pin!10.3!Lado!aterrizado!del!control!de!volumen.! Pin!11.3!Centro!del!control!de!volumen.!

Pin!12.3!T+;!Va!a!+12!Vdc!sólo!en!modo!de!transmisión,!cuando!PTT!(Push!to!talk)!se! activa.!

3.1.3.1 Descripción de la trayectoria de la señal de micrófono:

! Mic_Audio!es!la!entrada!de!audio!del!auricular.!Viene!directo!de!los!conectores! del!panel!frontal.!Aparte!de!proporcionar!cierta!carga!(R23)!y!filtrado!de!ruido!(C5),!la! señal!se!inyecta!a!través!de!M1J335!que!es!el!conector!de!interface!para!la!opción!de! scrambler.! Cuando! esta! opción! no! esta! instalada,! un! conector! con! puente! se! instala,! para!regresar!esta!señal!al!M1J332,!la!entrada!del!audio!de!la!opción!de!scrambler.!De! manera!tal!que!cuando!la!opción!del!scrambler!esta!instalada,!lo!primero!que!hace!el! sistema!al!audio!del!micrófono!es!codificarlo.!Entonces,!esta!señal!se!inyecta!a!través! de!C29!y!R38!a!U1B!que!se!usa!como!un!amplificador!operacional!de!alta!ganancia!que! J1-1

M1J1

J1-2 J1-3 J1-4 J1-5 J1-6 J1-7 J1-8 J1-9 J1-10 J1-11 J1-12 Gnd Mic Audio Shorting Pin

Wide Band Audio

Vol+

Wide Band Audio Out

Rcv Audio

+ 12 Volt

Headset Audio

Vol

-Vol W

T+

(31)

31

limitación! de! amplitud! es! importante! para! la! modulación! de! portadora.! Después! de! esta!etapa!de!amplificación,!el!audio!se!filtra!con!un!pasa!bajo!de!3kHz!en!(U2D)!que! excita! un! punto! de! suma! en! la! punta! de! drenaje! del! FET! Q1! donde! es! amplificada,! limitada! y! filtrada! la! señal! del! micrófono,! que! se! suma! con! los! 150! Hz! de! señal! sinusoidal! filtrada! generada! por! otro! circuito! en! la! sección! de! silenciado,! que! se! describe!más!abajo.!Esta!señal!de!silenciado!permite!la!comunicación!entre!radios!con! interferencia!de!otros!transmisores.!!

El! filtro! de! 3! kHz! (U2D)! tiene! una! atenuación! de! 12! dB/octava.! Este! filtro! tiene! la! importante!función!de!limitar!el!ancho!de!banda!de!transmisión!de!audio!y!atenuar!los! harmónicos!generados!por!el!limitador!de!audio!de!la!sección!precedente!UlB.! ! Q1!se!controla!a!través!del!pin!de!entrada!M1J133!después!de!pasar!la!segunda! sección!del!comparador!U1A.!Cada!vez!que!este!se!aterriza,!la!salida!de!U1A!proveerá! un!voltaje!negativo!de!compuerta!a!drenaje!Q1!que!apagará!el!transistor!permitiendo! al!audio!de!banda!ancha!pasar!al!segundo!punto!de!suma!en!U2A32!sin!interferencia! del! audio! del! micrófono! o! la! señal! de! silenciado! de! 150! Hz.! Esto! permite! la! transmisión!de!señales!de!audio!de!banda!ancha!que!vienen!del!M1J134!vía!C24!&!R28.! La!ganancia!de!este!segundo!punto!sumador!U2A!es!unitaria!gracias!a!R29.! ! La!salida!de!U2A!va!directamente!a!U2B,!un!amplificador!de!ganancia!variable! que!tiene!dos!funciones!en!el!pin!de!entrada!positivo!(pin5):!! 1.3!Enviar!la!señal!de!tono!de!150Hz!durante!el!modo!de!transmisión!directamente!al! amplificador!de!audio!y!proveer!retroalimentación!al!usuario.!!

2.3! Punto! de! apagado! de! todas! las! señales! de! modulación! de! audio! durante! la! recepción.!

!

3.1.3.2 Amplificador de Ganancia Variable:

El!control!de!la!ganancia!para!la!modulación!esta!compuesto!de!U2B,!U3!y!U4.! La!ganancia!se!pone!por!la!red!de!retroalimentación!variable!compuesta!por!R6,!R48!y! los! resistores! seleccionables! R52,! R56,! R57,! R58,! R51,! R66.! R48! proveen! un! límite! máximo!de!1.15.!Este!amplificador!de!ganancia!variable!puede!proveer!una!ganancia! máxima!de!3.1.!!

El! método! utilizado! para! modular! el! transmisor,! es! aplicar! el! audio! directamente! al! lazo! de! fase! amarrada! en! el! módulo! sintetizador.! Esto! provee! una! modulación!lineal!de!frecuencia!con!muy!baja!distorsión!a!porcentaje!constante!de!la! frecuencia.! Esto! significa! que! la! desviación! de! frecuencia! disminuirá! conforme! la! frecuencia! se! aumenta.! Para! asegurar! una! desviación! constante! en! cada! canal! en! el! rango! de! operación,! una! tabla! de! nivel! de! modulación! se! guarda! en! la! memoria! del! microprocesador.!Cada!vez!que!se!cambia!la!frecuencia!del!canal,!el!microprocesador! busca!en!una!tabla!para!poner!el!nivel!de!ganancia!correcto.!!

(32)

puntos! en! el! rango! de! sintonía,! lo! que! asegura! un! control! exacto! de! la! desviación! de! frecuencia! del! transmisor.! El! nivel! general! de! desviación! se! ajusta! con! el! potenciómetro!R37.!

!

A!continuación!se!describe!una!tabla!para!las!diferentes!ganancias!que!pueden!usarse.! !

!

Gain No. C code Hex num Dec Inv Ccode Bin 1 Complement Q8 - Q3 Q8 - Q3 Gain

(33)

33

40 0x68, 68 151 01101000 10010111 100101 011010 1.83151 41 0xE8, E8 23 11101000 00010111 000101 111010 1.8618131 42 0x18, 18 231 00011000 11100111 111001 000110 1.895815 43 0x18, 18 231 00011000 11100111 111001 000110 1.895815 44 0x98, 98 103 10011000 01100111 011001 100110 1.9261181 45 0x58, 58 167 01011000 10100111 101001 010110 1.958315 46 0xD8, D8 39 11011000 00100111 001001 110110 1.9886181 47 0xB8, B8 71 10111000 01000111 010001 101110 2.0480693 48 0x00, 00 255 00000000 11111111 111111 000000 1.1470588 49 0xC0, C0 63 11000000 00111111 001111 110000 1.2398619 50 0x20, 20 223 00100000 11011111 110111 001000 1.26901 51 0xA0, A0 95 10100000 01011111 010111 101000 1.2993131 52 0x60, 60 159 01100000 10011111 100111 011000 1.33151 53 0x10, 10 239 00010000 11101111 111011 000100 1.395815 54 0x90, 90 111 10010000 01101111 011011 100100 1.4261181 55 0x50, 50 175 01010000 10101111 101011 010100 1.458315 56 0xD0, D0 47 11010000 00101111 001011 110100 1.4886181 57 0x30, 30 207 00110000 11001111 110011 001100 1.5177663 58 0xB0, B0 79 10110000 01001111 010011 101100 1.5480693 59 0x70, 70 143 01110000 10001111 100011 011100 1.5802663 60 0x70, 70 143 01110000 10001111 100011 011100 1.5802663 61 0x70, 70 143 01110000 10001111 100011 011100 1.5802663 62 0xF0, F0 15 11110000 00001111 000011 111100 1.6105693 63 0x08, 08 247 00001000 11110111 111101 000010 1.6470588 64 0x08, 08 247 00001000 11110111 111101 000010 1.6470588 65 0x08, 08 247 00001000 11110111 111101 000010 1.6470588 66 0x88, 88 119 10001000 01110111 011101 100010 1.6773619 67 0x88, 88 119 10001000 01110111 011101 100010 1.6773619 68 0xC8, C8 55 11001000 00110111 001101 110010 1.7398619 69 0xA8, A8 87 10101000 01010111 010101 101010 1.7993131 70 0xA8, A8 87 10101000 01010111 010101 101010 1.7993131 71 0x68, 68 151 01101000 10010111 100101 011010 1.83151 72 0xE8, E8 23 11101000 00010111 000101 111010 1.8618131

Minimum Gain 000000 1.1470588

Maximum Gain 111111 3.1105693

!

Para! saber! el! número! de! ganancia! (Gain! No.)! que! se! necesita! en! cada! frecuencia,!solo!se!necesita!aplicar!la!fórmula!siguiente:!!

Gain!No.!=INT(ROUND((((Frecuencia!del!canal!en!MHz329.6)/0.025)/32),6))! ó!escrito!de!forma!matemática:!

!

(

0 29.6

)

0.025 ,6 32

F GainNo Int Round

! $ − % "

& ' ( &

= ) ' ( *

& ' ( &

+ ,

- .

!

(34)

Donde!F0!la!frecuencia!del!canal!en!MHz!y!utilizando!Microsoft!Excel,!se!obtiene!una! función!de!redondeo!al!sexto!decimal!para!obtener!el!entero!más!cercano.!!

!

3.1.3.3 Trayecto de la señal del audio recibido:

La!entrada!de!audio!del!módulo!receptor!(M1J137)!se!aplica!a!U2C,!una!sección! de!un!amplificador!cuádruple!con!entrada!JFET,!con!una!ganancia!unitaria.!Esta!etapa! provee!potencia!suficiente!para!la!salida!de!audio!de!banda!ancha!(M1J136)!que!esta! disponible! para! recepción! de! datos.! También! provee! potencia! para! el! módulo! encriptador! de! audio! cuando! éste! esta! instalado! vía! M1J339! y! M1J337! para! la! des! encriptación.! Cuando! el! encriptador! no! esta! instalado,! el! conector! puente! regresa! la! señal! del! M1J339! a! través! de! M1J336! que! esta! conectado! a! M1J135! y! va! al! control! de! volumen!del!panel!frontal.!El!control!central!de!volumen!regresa!la!señal!vía!M1J1311! Vol! Wiper! para! posterior! amplificación! en! la! sección! de! silenciado! (squelch)! que! se! describirá! mas! abajo.! Finalmente! U2C! provee! reforzamiento! de! señal! también! al! detector! de! tono! paralelo! de! 150HZ! en! la! parte! de! “squelch”!(silenciador)!del!esquemático.!!

!

Señales'del'conector'M1_J2'de'12'pins:'

Pin!1.3!Interruptor!de!retransmisión;!conectado!a!la! posición! “RETX”! en! el! switch! de! modalidad! S1! del! panel! frontal.! La! línea! se! aterriza! cuando! el! modo! RETX!es!seleccionado!y!abierta!cuando!no.!

Pin!2.3!Retransmisión!PTT.!Conectado!al!pin!E!en!los! conectores!de!audio!del!panel!frontal!J1!y!J2,!y!el!pin! K!del!conector!de!audio!del!panel!frontal!J3.!

Pin! 3.3! Test! (prueba).! Conectado! a! la! posición! "RX! TEST"! en! el! switch! de! modalidad! S1! del! panel! frontal..!La!línea!se!aterriza!cuando!el!modo!RX!test! es!seleccionado,!y!abierta!cuando!no.!

Pin! 4.3! Silenciado! de! tono.! Conectado! a! la! posición! “TONE”! del! switch! de! modalidad! del! panel! frontal! S1.! La! línea! se! aterriza! cuando! se! selecciona! la! modalidad! de! silenciado! de! tono! de! 1503Hz! y! abierta!cuando!no.!

Pin!5.3!Silenciado!de!ruido.!Conectado!al!pin!J133!del! módulo! receptor! (M5)! a! un! colector! abierto! que! conducirá! a! tierra! cuando! la! sección! de! FI! del! circuito! integrado! detecta! ruido! en! lugar! de! una! portadora.!La!línea!se!aterriza!cuando!el!modo!RETX!es!seleccionado!vía!el!switch!de! modalidad! del! panel! frontal,! dado! que! estas! señales! están! unidas! en! el! arnés! de! interconexión!del!radio.!!

Pin! 6.3! Detección! de! RF.! Conectado! al! pin! J131! of! del! módulo! de! sintonía! de! antena! (M7).!La!línea!se!aterriza!cuando!potencia!de!RF!es!detectada!por!el!M7!(en!el!puerto! 503ohm!de!la!antena),!y!+12!Vdc!cuando!no.! J2-1

M1J2

J2-2 J2-3 J2-4 J2-5 J2-6 J2-7 J2-8 J2-9 J2-10 J2-11 J2-12 Retrans Switch Retrans PTT Test Tone Squelch Noise Squelch RF Det 600 Hz

Modulated Audio Ground

Modulating Audio

+ 5 Volt

Audio Clk

Data

(35)

35 Pin!7.3!600!Hz.!Conectado!al!pin!J633!del!módulo!de!procesamiento!(M3).!Una!señal!de! 5!V!pico!y!6003Hz!generada!en!el!módulo!de!procesamiento!M3B.! Pin!8.3!!Tierra.! Pin!9.3!Audio!de!transmisión!modulado.!Conectado!al!pin!J136!del!módulo!sintetizador! (M2).! Pin!10.3!+5!Vdc,!regulada.!

Pin! 11.3! Reloj! de! Audio.! Conectado! al! pin! J233! de! la! tarjeta! de! procesamiento! usado! para! el! registro! de! corrimiento! del! amplificador! de! ganancia! variable! y! como! silenciador!generado!por!el!procesador.!!

Pin! 12.3! Datos.! Conectado! al! pin! J335! del! módulo! de! procesamiento! (M3).! Una! onda! cuadrada!de!53V!pico.!Esta!señal!se!usa!para!programar!el!registro!de!corrimiento!de! la! sección! de! ganancia! variable.! También! se! usa! para! que! el! microprocesador! pueda! silenciar!la!salida!de!audio!modulante.!

!

Señales'del'conector'M1_J3'de'12'pins:'

Pin!1.3!Tierra!

Pin! 2.3! Cuando! el! desencriptador! de! audio! está! conectado,! provee! el! audio! desencriptado.!!

Pin!3.3!Entrada!al!divisor!R8!&!R44.! Pin!4.3!Salida!del!divisor!R8!&!R44.!

Pin! 5.3! Entrada! al! encriptador! de! audio! Mic_Input!M13J1!pin!2.!

Pin! 6.3! Audio! del! módulo! receptor! sin! encriptar.!

Pin! 7.3! ! Audio! del! módulo! receptor! con! suficiente!potencia!y!dividido!por!R9!&!R45!al! módulo! de! encriptación.! (La# explicación# del# módulo# encriptador# esta# fuera# del# alcance# de# este#documento.)!

Pin!8.3!!+!12!Voltios!al!módulo!encriptador.! Pin! 9.3! ! Audio! del! módulo! receptor! (M5)! con! suficiente! potencia! y! con! impedancia! de! salida!de!22k!Ohm.! Pin!10.3!Señal!de!control!de!encriptación!al!modulo!encriptador!de!audio.!! Pin!11.3!!Señal!de!Echo!del!PTT!al!módulo!encriptador.!! Pin!12.3!PTT!al!encriptador.!! ! ! !! Señales'del'conector'de'2'pin'M1_J4:! Pin!1!.3!PTT!! Pin!2!.3!Echo!PTT! Ninguna!de!estas!señales!se!utilizan!en!la!opción!estándar! de!la!unidad.! J3-1

M1J3

J3-2 J3-3 J3-4 J3-5 J3-6 J3-7 J3-8 J3-9 J3-10 J3-11 J3-12 Ground Scrambled Mic

Volt Divider 1 Out

Volt Divider 1 In

Mic Audio Input to Scrambler

Unscrambled Rcv Audio

Volt Divider 2 Out

+ 12 Volt

Buffered Rcv Audio

Scrambler Test

Echo PTT to Scrambler

PTT to Scrambler

J4-1

J4-2

M1J4

PTT

Echo PTT Figura'26'Conector!M1J3'

(36)

! ! !

! Finalmente,! en! la! esquina! izquierda! baja! del! diagrama! de! conectores,! U5! provee! la! fuente! de! 8V! y! nodos! de! polarización! para! prender! y! apagar! FET´s! y! amplificadores!operacionales.!El!voltaje!de!regulación!se!programa!con!R68!y!R69.!! !

3.1.4 Sección de Silenciado (Squelch) del esquemático:

Esta! parte! del! esquemático! consiste! de! un! filtro! tipo! Sallen! Key! pasa! bajo,! un! detector!de!150!Hz,!un!amplificador!de!audio!y!lógica!de!silenciado.!

!

3.1.4.1 Filtro de 150 Hz y ajuste de desviación de tono.-

La! configuración! estándar! del! transceptor! es! la! de! transmitir! el! tono! de! modulación! de! 150! Hz! en! todas! las! posiciones! del! switch! de! panel! frontal! cuando! el! puente!J5A!esta!instalado.!Esto!asegura!una!operación!totalmente!compatible!con!el!la! familia!de!los!transceptores!PRC377!de!radios!militares!y!permite!las!comunicaciones! a!pesar!de!errores!del!operador.!Para!que!solo!se!transmita!la!señal!de!150!Hz!en!la! posición!“Tone”!del!switch!en!el!panel!frontal,!el!puente!J5A!(arriba!a!la!izquierda!en!el! PCB)!debe!ser!removido.!La!transmisión!del!tono!de!1503Hz!es!compatible!con!otros! equipos!militares!que!utilizan!el!silenciado!por!tono.!El!tono!es!generado!inicialmente! a! 614.43kHz! por! un! oscilador! que! utiliza! un! resonador! estable! de! cerámica! en! los! radios!tradicionales!PRC1077.!La!señal!de!614.43kHz!es!dividida!entre!1024!y!la!salida! resultante!de!6003Hz!del!módulo!procesador!es!aplicada!al!módulo!de!audio.!El!nuevo! PRC1077! plus! (así! decidimos! llamarlo),! genera! los! 600Hz! directamente! del! nuevo! microprocesador!en!el!nuevo!módulo!de!procesamiento.!!

La!señal!cuadrada!de!6003Hz!entra!al!M1!vía!M1J237.!Después!se!divide!entre!4!en!el! divisor! U9,! y! la! señal! cuadrada! resultante! de! 1503Hz! se! aplica! al! filtro! activo! pasa! bajos!tipo!Sallen!Key!de!4to!orden!con!corte!a!160!Hz!vía!U6B!y!U6A.!Los!harmónicos!

se!atenúan!y!la!señal!senoidal!de!150!Hz!se!usa!para!proveer!modulación!de!tono!al! transmisor.!El!ajuste!de!la!cantidad!del!tono!lateral!se!hace!por!el!potenciómetro!R67.!! !

3.1.4.2 Circuito de detección de 150 Hz.-

(37)

37

Figura'28'Filtro!de!Conmutación'

ΔT1 ΔT2 ΔT3 ΔT4

ΔT1 charge

ΔT2 charge

ΔT3 charge

ΔT4 charge

! !

La! figura! de! arriba! muestra! como! funciona! el! filtro! de! conmutación.! Cada! capacitor! se! conecta! una! vez! cada! ciclo! de! 150! Hz.! Si! una! señal! de! 150! Hz! esta! presente!(el!centro!mostrará!una!señal!de!150Hz).!!Es!decir,!el!filtro!muestra!una!alta! impedancia!únicamente!a!los!150!Hz!y!muy!baja!impedancia!en!otras!frecuencias.!

!

Para!conveniencia!del!lector,!he!añadido!un!esquemático!de!U8!en!la!figura!que!sigue.!

Figura'29'Diagrama!a!Bloques!del!CD4052B'

(38)

Figura'30'Detector!de!150!Hz'

! !

3.1.4.3 Amplificador de potencia de audio.-

La! parte! central! del! control! de! volumen! “Vol_Wiper”! del! esquemático! de! conectores! llega! al! U6C,! otro! amplificador! operacional! de! bajo! consumo! conectado! como! filtro! pasa! alto! con! un! corte! de! 3003Hz.! Este! filtro! reduce! ruido! de! baja! frecuencia! y! elimina! la! señal! de! tono! de! 1503Hz.! El! amplificador! de! audio! de! salida! U10!es!un!amplificador!de!potencia!integrado!con!una!ganancia!puesta!a!valor!20.!El! amplificador!entregará!10!mW!en!900!ohms!para!operación!del!auricular!y!entregará! 500! mW! en! 16! ohms! para! operación! de! un! altoparlante.! Esta! etapa! consume! aproximadamente!4!mA!en!silencio,!lo!que!ayuda!a!minimizar!el!consumo.!Existen!dos! entradas,!inversora!y!no!inversora!a!U10.!La!entrada!inversora!se!utiliza!para!aplicar! el! tono! de! 150! Hz! para! el! operador.! Esta! señal! se! saca! de! la! salida! de! amplificador! sumador!U2A!en!la!sección!conectores!del!esquemático.!!

!

3.1.4.4 Lógica de silenciado.-

La!última!parte!de!esta!sección!consiste!en!analizar!la!lógica!de!silenciado.!Es! muy!deseable!el!silenciar!el!receptor!cuando!el!microprocesador!esta!trabajando!para! prevenir!el!ruido!de!switcheo!en!la!salida!del!receptor.!Q7!está!conectado!a!la!línea!de! Datos! y! se! polariza! cada! vez! que! el! microprocesador! está! programando! algo! en! el! radio.! Este! habilita! una! de! las! compuertas! lógicas! con! un! estad! bajo! y! enmudece! el! receptor!de!audio!en!todas!las!condiciones!excepto!en!la!posición!de!“Test”!(prueba)! en!el!interruptor!de!modo!del!panel!frontal.!!!

El!transistor!Q6!se!prende!por!el!voltaje!de!T+!y!manda!la!señal!de!audio!del!receptor! a!tierra!en!el!modo!de!transmisión.!!

El! FET! canal! P! Q3! (apagado! por! el! voltaje! de! T+),! aterriza! la! salida! de! los! amplificadores! de! audio! de! transmisión! (Pin! 5! U2B)! en! el! modo! de! recepción! para! prevenir! el! tono! lateral! en! el! receptor! y! la! correspondiente! modulación! de! el! sintetizador!que!a!la!sazón!esta!creando!la!señal!de!oscilador!local!para!la!frecuencia! intermedia!en!el!módulo!receptor.!Es!necesario!dejar!los!amplificadores!de!audio!del! transmisor! (U2A! y! U2B)! prendidos! durante! el! modo! de! recepción! para! prevenir! retrasos!de!los!cambios!de!recepción!a!transmisión!y!viceversa.!!

(39)

39 El!switch!transistor!Q5!es!utilizado!para!controlar!la!línea!PTT!de!re3transmisión!para! activar!el!transmisor!en!el!segundo!receptor!del!sistema!de!retransmisión.! ! La!compuerta!NAND!cuádruple!U11!y!Q4!se!utilizan!para!controlar!las! funciones!de!switcheo!y!control!de!modalidad!en!el!módulo!de!audio.!Estas!funciones! de!control!son!como!sigue:!

El! audio! se! enmudece! cuando! el! transistor! Q2! esta! abierto.! Los! resistores! de! polarización!R333R35!están!conectados!a!la!salida!de!las!compuertas!NAND!U11A,!B!y! C.!R36!se!conecta!a!la!posición!de!“Test”!en!el!switch!de!control!de!modo!en!el!panel! frontal.! Q2! se! cierra! y! el! audio! del! amplificador! de! potencia! funciona! cuando! cualquiera! de! los! cuatro! resistores! de! polarización! R333R35! se! aterriza! ó! R36! es! aterrizado!por!la!posición!de!“Test”!en!el!panel!frontal.!Esto!solo!se!aplica,!cuando!se! usa!la!opción!estándar!del!radio.!(Para!el!uso!con!codificador!de!audio,!J5C!se!remueve! y!este!resistor!siempre!esta!abierto).! ! El!silenciador!de!audio!se!retira!en!cualquiera!de!estas!condiciones:!! ! • Entradas!a!U11A!altas.!Significa!que!los!150Hz!fueron!detectados!(U6D)!y!que! el! módulo! receptor! M5! esta! detectando! una! buena! portadora.! (Noise_Squelch! M1J235!esta!en!alto).!

• Entradas!a!U11B!en!alto.!Significa!que!el!silenciador!de!ruido!esta!en!alto!y!que! ni! el! silenciador! de! tono! ó! el! silenciador! de! ruido! en! el! panel! frontal! están! seleccionados!y!Q7!esta!apagado.!!

• Entradas! a! U11C! altas.! Esto! implica! que! la! señal! RF_Det! esta! en! estado! bajo,! una! condición! que! solo! ocurre! cuando! existe! una! señal! de! RF! fuerte! en! el! conector! BNC! del! panel! frontal! y! la! señal! de! T+! esta! alta.! Esto! es,! U11C! sólo! prenderá! el! amplificador! de! audio! de! potencia! durante! la! transmisión.! La! presencia! de! la! señal! RF_Det! en! alto! sin! estar! transmitiendo! implica! un! mal! funcionamiento!del!transceptor!

• Línea!de!Test!aterrizada!(Switch!de!modo!en!el!panel!frontal!en!la!posición!de! test!para!la!configuración!estándar).!

!

Nótese! que! U11D! actúa! como! inversor! para! la! señal! “RF_Det”! que! es! normalmente! alta.!Si!en!modo!de!transmisión!no!hay!señal!de!“RF_Det”!baja,!como!debe!de!suceder,! el! amplificador! de! salida! será! silenciado! lo! que! quita! el! tono! de! 150Hz! para! retroalimentar! al! operador! para! indicarle! una! falla! en! el! modo! de! transmisión.! (Tal! vez!debido!a!una!falla!del!módulo!de!transmisión!o!una!falla!en!uno!de!los!relevadores! del!módulo!de!sintonización!de!antena).!!

U11B!–!Abre!el!audio!cuando!la!señal!“Noise!Squelch”!esta!abierta!(M1J235!que!viene! del! módulo! receptor)! y! Q7! esta! apagado.! Q7! estará! apagado! cuando! no! hay! señal! de! datos!(lo!que!significa!que!el!procesador!no!esta!programando)!y!la!señal!T+!esta!en! estado!bajo!(modo!de!recepción).!

(40)

Q4/Q5!–!Conmuta!la!línea!de!PTT!line!cuando!la!salida!del!tono!de!1503Hz!de!U6D!esta! presente!y!el!emisor!de!Q5!esta!aterrizado!a!través!de!D3A!por!el!switch!de!modo!del! panel!frontal!en!la!posición!de!retransmisión.!

!

3.1.5 Análisis varios de los circuitos del módulo de audio: 3.1.5.1 Filtro original de 150 Hz

Refiérase!al!esquemático!del!circuito!original!para!el!análisis!del!filtro!original.! !

Figura'31'Filtro'Original'de'150'Hz'

! !

!

Para!análisis!de!AC,!Conectaré!R58!a!la!fuente!de!12V.! !

!

+!5!Volt!

Del!divisor!600/4!! Salida!al!punto!de!suma.!

(41)

41

Figura'32'Simulación!Filtro!Original!150!HZ'

! !

Figura'33'Respuesta!Filtro!Original!150!Hz'

! !

Haciendo!el!análisis!matemático,!la!ganancia!para!este!tipo!de!amplificador!es:! !

Re! ! ! 1!+!sCRb/β!

G!=!!!!!!_____________________!!!!!!!!______________________________! !

Re!+!(Rb+Rs)!/!β! ! 1!+!sC!Rb(Re+Rs)!/!(Rb!+!βRe!+!Rs)! !

(42)

Donde!Rs!es!el!paralelo!de!R44!&!R58.!Las!otras!son!obvias.! !

Como!se!ve,!esto!depende!mucho!en!la!β!del!transistor.!!

Frecuencia!de!corte!del!polo!=!110!Hz!si!β=100!o!193!Hz!si!β=200.! La!frecuencia!del!cero!es!1.6kHz!si!β=100!y!3.2kHz!si!β=200.! Esto!es!algo!que!se!mejoró!muchísimo!con!operacionales.! !

3.1.5.2 Nuevo filtro de 150 Hz:

El!nuevo!filtro!se!calculó!fácilmente!y!se!simulo!utilizando!PSpice.!Se!analizaron!un! par!

de!alternativas,!y!decidí!usar!un!filtro!tipo!Sallen!Key!pasa!bajo!de!cuatro!polos!!y!! 160Hz,!que!se!observa!enseguida.!Traza!roja.!

Figura'34'Alternativas!Nuevo!Filtro!150!Hz'

! !

!

3.1.6 Configuración del módulo de audio M1: La!configuración!del!módulo!se!realiza!con!3!puentes:!

! Puente!J5A.3!Este!controla!la!señal!de!150Hz.!Si!esta!puesto,!la!señal!de!tono!de! 150!Hz!funcionará!en!todas!las!posiciones.!Esta!es!la!opción!estándar.!

! Puentes!J5B!y!J5C.3!Estos!trabajan!juntos!para!controlar!la!operación!cuando!el! módulo!codificador!de!audio!está!instalado.!

!

(43)

43

Figura'35'Puentes!de!Configuración!Módulo!Audio'

! En!la!figura!siguiente!se!muestra!los!puentes!a!detalle:!

Figura'36'Puentes!a!Detalle'

! !

En!síntesis:!

•!Para!operación!normal:!! Remover!puente!J5A.!

•!Para!transmisión!continua!del!tono!de!150Hz:! Colocar!el!puente!J5A.!(Opción!estándar).! •!Para!operación!sin!codificador!de!audio:!

a)!Omitir!puente!J5B.!

b)!Poner!el!puente!J5C!en!su!lugar.!

(44)

a)!Añadir!puente!J5B.!

b)!Remover!el!conector!puente!en!J3.! c)!Remover!el!puente!J5C.!

Estas! instrucciones! están! el! la! parte! de! silenciado! del! esquemático,! así! como! en! el! manual!de!operación.!

!

3.1.7 Resultados de prueba final del módulo:

El! módulo! se! pudo! implementar! en! dos! capas! y! pasó! todas! las! pruebas! exitosamente.! Los! reportes! finales! de! prueba! se! omiten! para! evitar! un! documento! muy!largo.!Los!archivos!de!Gerber!para!la!producción,!se!omiten!también!excepto!la! capa!superior!de!cobre!y!la!capa!inferior.!

Figura'37'Archivo!Gerber!Superior!Módulo!Audio'

! !

Figura'38'Archivo!Gerber!Inferior!Módulo!Audio'

!

Estas!figuras!muestran!la!capa!superior!e!inferior!de!cobre!del!M1!de!audio.! !

Con'esto'se'finaliza'el'módulo'de'audio.'

(45)

45

3.2 Rediseño del módulo de RF.

Este! módulo! es! un! diseño! muy! divertido.! A! diferencia! del! módulo! de! audio! donde!el!análisis!es!prácticamente!idéntico!a!la!práctica,!en!este,!la!sección!de!RF!ya! tiene!las!frecuencias!suficientes!para!empezar!a!no!poder!considerar!los!componentes! como! concentrados.! Especialmente! las! bobinas! de! alta! Q.! En! éste! módulo! tuve! que! hacer!3!iteraciones!de!diseño!y!todos!relacionados!con!efectos!que!si!bien!se!podían! prever,!difícilmente!pueden!modelarse!y!no!queda!otra!que!ajustar!valores!en!el!banco! de! trabajo.! Los! ajustes! finales! se! realizaron! utilizando! un! Vector! Network! Analyzer! (analizador! de! redes! vectorial)! que! permite! medir! los! parámetros! de! una! red! de! 4! puertos.! Esto! lo! hace! generando! un! barrido! de! frecuencia! al! tiempo! que! mide! impedancias! de! entrada,! salida! y! funciones! de! transferencia.! Este! equipo! fue! absolutamente!indispensable!para!poder!lograr!un!diseño!sólido.!

Debido! a! la! necesidad! de! que! el! nuevo! módulo! funcionara! en! radios! del! diseño! anterior! y! las! posibles! complicaciones! de! estos! diseños,! nuestra! estrategia! fue! muy! precavida! y! quise! diseñar! sólo! lo! absolutamente! necesario.! Sin! embargo,! varios! componentes!como!el!transistor!de!RF,!el!transistor!de!la!primera!conversión!a!10.7! MHz,! el! transistor! amplificador! de! 10.7! MHz,! y! las! bobinas! estaban! descontinuados.! Así!que!no!podía!simplemente!buscar!componentes!substitutos!en!SMT.!Tuve!que!re3 diseñar!aunque!mantuve!la!arquitectura!original.!!

(46)

46

Figura'39'Diagrama!Original!Módulo!de!RF'

(47)

47

3.2.1 Diagrama a bloques y teoría de operación. El!diagrama!a!bloques!se!muestra!en!la!figura!siguiente.!!

Figura'40'Diagrama!a!Bloques!Módulo!RF'

! Este!módulo!esta!contenido!en!una!de!las!cajas!de!la!fundición!de!aluminio,!por!debajo! del!equipo.!!

!

3.2.2 Interconexiones del Módulo Receptor M5: Solo!tiene!un!conector:!M5J1!localizado!en!el!extremo.! !

M5J1''

Pin!1!!!!!+5!Vdc,!regulada.!

Pin!2!!!!!RX!+;!+12!Vdc!en!modo!receptor.!

Pin!3!!!!!Línea!de!Silenciado!de!Ruido!al!MlJ235!del!módulo!de!audio!M1.!

Pin!4!!!!!Entrada!del!voltaje!de!sintonía!del!módulo!de!procesamiento!M3J7312.! Pin!5!!!!!Salida!de!audio!recibido!al!módulo!M1!por!MlJ137.!

Pin!6!!!!!Seleccionador!de!banda!4!del!módulo!de!procesamiento!M3J736.! Pin!7!!!!!Seleccionador!de!banda!3!del!módulo!de!procesamiento!M3J737.! Pin!8!!!!!Seleccionador!de!banda!2!del!módulo!de!procesamiento!M3J738.! Pin!9!!!!!Seleccionador!de!banda!1!del!módulo!de!procesamiento!M3J739.! Pin!10!!!Tierra.!

!

3.2.3 Esquemáticos.-

(48)

!

Figura'41'Página!1!Esquemático!Final!Modulo!RF'

!

(49)

49

!

(50)

!

(51)

51

3.2.4 Descripción del circuito

El!receptor!cubre!el!rango!de!frecuencias!de!30388!MHz!en!cuatro!bandas:! !

Banda!1!! ! 30!a!39.975!MHz! Banda!2!! ! 42!a!51.975!MHz! Banda!3!! ! 52!a!67.975!MHz! Banda!4!! ! 68!a!87.975!MHz! !

La! información! de! la! banda! es! decodificada! por! el! procesador! y! una! de! las! cuatro! líneas! selectoras! de! banda! es! energizada.! Esta! provee! el! voltaje! a! la! etapa! de! RF! y! polariza!directamente!los!diodos!pin!de!entrada!y!los!normales!de!salida!del!circuito! entonado!correspondiente.!

!

3.2.4.1 Etapas de RF.-

Hay! etapas! separadas! para! cada! banda! de! RF.! Esto! simplifica! el! circuito! de! selección!de!banda!y!provee!eficiencia!óptima.!Los!amplificadores!de!RF!son!bipolares! de! alto! rendimiento! caracterizados! por! baja! distorsión! de! intermodulación! y! baja! figura! de! ruido! a! bajas! corrientes! de! operación.! Existen! dos! circuitos! entonados! a! la! entrada! y! dos! a! la! salida.! Acoplamiento! inductivo! superior! es! utilizado! entre! ambos! circuitos! entonados.! Cada! inductor! resuena! con! un! diodo! varactor! (dos! en! paralelo! para! la! banda! 1).! La! capacitancia! de! los! varactores! se! varía! con! el! voltaje! de! sintonización,! que! los! pone! en! modo! inverso.! Los! resultados! son! exactamente! los! mismos!que!si!usáramos!un!capacitor!variable!cuádruple.!El!voltaje!de!sintonización! sale!de!un!convertidor!digital3analógico!en!el!módulo!procesador.!La!información!del! voltaje! de! sintonización! esta! contenida! en! la! memoria! del! procesador! y! programa! adecuadamente! el! convertidor! digital! analógico! para! proveer! el! voltaje! de! sintonía! adecuado.!El!trimmer!R12!se!utiliza!para!cambiar!el!rango!de!voltaje!de!sintonización! en!módulos!antiguos.!!

!

3.2.4.2 Mezclador .-

La! etapa! mezcladora! es! un! MOSFET! de! compuerta! doble! Q5,! que! convierte! la! señal! a! la! primer! frecuencia! intermedia! 10.7! MHz.! La! señal! se! aplica! a! la! primer! compuerta! y! el! oscilador! local! a! la! segunda.! Esto! mantiene! bien! aisladas! ambas! entradas!y!le!da!al!MOSFET!buenas!características!de!intermodulación.!!

!

3.2.4.3 Señal del Oscilador Local.-

La! señal! del! oscilador! la! proporciona! el! módulo! sintetizador! de! frecuencia.! Inyección! de! lado! alto! ! se! usa! para! las! bandas! 1! y! 2,! mientras! que! inyección! de! lado! bajo! se! usa! para! las! bandas! 3! y! 4.! Esto! significa! que! el! sintetizador! opera! de! 40.7! a! 77.3!MHz,!que!es!un!rango!menor!que!el!requerido!en!modo!de!transmisión.!!

!

3.2.4.4 Filtro y etapa de frecuencia intermedia de 10.7 MHz.-

(52)

operando! a! la! frecuencia! central! de! 10.7! MHz.! Al! filtro! le! sigue! otro! amplificador! de! doble!compuerta!tipo!MOSFET,!Q6.!!

!

3.2.4.5 Sistema de frecuencia intermedia.-

U1!es!un!sistema!completo!de!FM!banda!angosta!y!bajo!consumo!de!potencia! (73V,! 33mA).! El! circuito! integrado! contiene! oscilador,! mezclador,! amplificador! limitador,! detector! de! cuadratura,! filtro! activo! y! silenciador.! El! oscilador! de! cristal! Colpitts! es! controlado! (Y1)! y! opera! a! 10.245! MHz.! Los! 10.73MHz! de! entrada! se! convierten!en!el!mezclador!doblemente!balanceado!a!la!segunda!etapa!de!frecuencia! intermedia! de! 455! kHz.! El! circuito! entonado! L30! provee! filtrado! de! frecuencia! intermedia!y!la!señal!es!luego!amplificada!y!limitada.!L28!es!el!circuito!entonado!en!un! detector! de! cuadratura! FM! convencional.! El! sistema! tiene! excelente! sensibilidad! y! limita!a!5!micro!voltios!de!entrada.!!

!

La! salida! de! audio! en! el! pin! 9! va! al! modulo! de! audio! y! al! amplificador! operacional! interno! configurado! como! filtro! pasa! altas.! Este! amplifica! el! espectro! de! ruido! arriba! de! la! banda! de! audio.! El! detector! de! AM! externo! D30! checa! por! la! presencia! de! ruido! arriba! del! espectro! del! audio! deseado! y! la! salida! se! aplica! al! circuito!de!disparo!en!pin!12.!El!potenciómetro!R110!se!utiliza!para!proveer!voltaje!al! pin!12!tal!que!la!salida!al!pin!13!es!baja.!Cuando!el!pin!12!es!jalado!hacia!abajo!por!el! ruido!detectado!en!el!D30,!la!salida!del!disparador!de!silenciado!en!pin!13!va!alta!y!el! transistor!Q7!provee!baja!impedancia!de!retorno!en!la!línea!de!silenciado!al!modulo! de!audio.!! El!voltaje!de!alimentación!es!regulado!a!7!voltios!por!un!regulador!lineal!de!baja!caída! U2!en!el!nuevo!diseño.!El!viejo!utilizaba!un!transistor.! El!detalle!del!circuito!de!455KHz!se!muestra!a!continuación:! !

Este! es! un! circuito! muy! popular! ampliamente! utilizado! para! sistemas! de! doble! conversión.! Tiene! el! segundo! modulador! y! amplificador! de! frecuencia! intermedia! de! 455! kHz.! Se! basa!en!un!cristal!de!10.245! MHz! y! un! demodulador! de! cuadratura.!!

El! circuito! provee! también! un! simple! amplificador! operacional! con! salida! en! pin! 11! y! debe! proveerse! polarización! de! DC! externamente! al! pin! 10! que! es! referido! internamente! a!

(53)

53

externos.! Con! un! detector! de! amplitud! externo,! la! señal! filtrada! de! audio! puede! checarse! por! la! presencia! de! ruido! por! encima! de! la! banda! normal! del! audio! o! una! señal!de!tono.!Esta!señal!se!aplica!al!pin!12.!Un!voltaje!positivo!al!pin!12!enciende!el! circuito!de!disparo!del!silenciador!tal!que!el!pin!13!es!bajo!con!un!nivel!de!impedancia! de!60!k!y!el!pin!de!enmudecido!de!audio!(pin!14)!es!un!circuito!abierto.!Si!el!pin!12!es! jalado! a! tierra! a! 0.7! V! por! el! ruido! o! el! detector! de! tono,! el! pin! 13! se! elevará! a! aproximadamente! 0.5! Voltios! por! debajo! del! nivel! de! la! fuente! y! puede! soportar! cargas!de!500!uA!y!el!pin!14!se!cortocircuita!a!tierra.!Existe!una!histéresis!de!100!mV! en! pin! 12! para! prevenir! rebotes.! El! enmudecimiento! del! audio! puede! lograrse! conectando!el!pin!14!en!una!alta!impedancia!a!tierra!en!la!trayectoria!del!audio!entre! el!pin!9!y!el!amplificador!de!audio.!

!

Figura'45'Circuito!Silenciador'

! !

3.2.5 Diseño de los circuitos y simulaciones.- 3.2.5.1 Amplificador de RF:

(54)

Figura'46'Circuito!Doblemente!Entonado'

! !

Es!muy!fácil!demostrar!las!equivalencias!siguientes.! !

Figura'47'Equivalencia!con!Transformador!de!Acoplo'

!

Figura'48'Ecuaciones!de!Equivalencia'

(

)

' 1 12 2 1

1 2 12

2 12 1 '

2

1 2 12

1 2

1 2 12

( )

L L L L

L L L

L L L

L

L L L

L L M

L L L

+ = + + + = + + = + + !

Aproximaciones!útiles!cuando!L12!>>!L1!o!L2!que!es!el!caso!usual!para!este!tipo!de!

circuitos!son:!

L1’! L2’!

M!

L12!

(55)

55 ' 1 1 ' 2 2 1 2 12 1 2 1 2 12 L L L L L L M L

M k L L

L L k L = = = = = ! Así!que!volviendo!al!circuito!de!nuestro!interés!y!utilizando!el!libro!de!Fink:! !

Para!máxima!ganancia!kc,!y!para!máxima!parte!plana!kt:!

Donde:

1 2

2 2

1 2

1

1 1 1

2 c t k Q Q k Q Q = ! " = # + $ % & ! kc!es!acoplamiento!crítico!y!kt!es!acoplamiento!transicional.! R1!=!Resistencia!total!del!primario.!

C1!=!Capacitancia!total!del!primario.!

L1!=!Inductancia!total!del!primario.!

R2!=!Resistencia!total!del!secundario.!

C2!=!Capacitancia!total!del!secundario.!

L2!=!Inductancia!total!del!secundario.!

M!=!Inductancia!mutua!=k L L1 2!

k!=!Coeficiente!de!acoplamiento.!

r

ω !=!Frecuencia!de!resonancia!del!amplificador!

1 1 1

2 2 2

1 1 1

2 2 2

1/ 1/ r r L C L C

Q C R

Q C R

ω ω ω ω = = = = !

Si!ω1=ω2 =ω0,! esto! es,! el! primario! y! el! secundario! están! entonados! a! la! misma!

frecuencia,!entonces! 0 2 1 r k ω ω = − !es!la!frecuencia!de!resonancia!del!amplificador!y!! 1 2 2 1 2 1 2 1 m

k R R G jg

Q Q k

(56)

!

La!respuesta!de!este!circuito!depende!del!coeficiente!de!acoplamiento:! La!primera,!es!acoplamiento!crítico!y!da!la!respuesta!más!plana.!! La!segunda!es!sobre3acoplamiento!y!da!una!panza!hacia!abajo.!

La!tercera!es!bajo3acoplamiento!y!produce!un!pico!muy!pronunciado.!

Para! realizar! estos! cálculos,! es! necesario! también! considerar! las! redes! de! acoplo! de! impedancias! a! capacitores! representadas! por! los! capacitores! de! acoplamiento.! Estas! equivalencias!son:!

'

3.2.5.2 Conversiones de banda angosta

Estas!conversiones!son!fáciles!de!demostrar,!aunque!laboriosas.!!

Figura'50'RC!Paralelo!a!Serie'

!

(

)

(

)

2

2

1

1

EQ

EQ

R R

CR

C C

C R

ω

ω

= +

= +

!

! !

Inversamente:! !

R!

C!

REQ!

CEQ!

(57)

57

Figura'51'RC!Serie!a!Paralelo'

!

(

)

(

)

2 2 1 1 EQ EQ C C CR R R R C ω ω = + = + ! ! Para!un!capacitor!de!aumento!de!impedancia:!

Figura'52'Capacitor!de!Aumento!de!Impedancia'

!

(

)

(

)

(

)

2 1 1 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 || 1 1 || || 1 1 EQ EQ

C C C CR

C

C C CC R

CC C C

C C

C

R R

C R C

ω ω ω " # + $ % & ' = " # + $ % & ' = + " # = $ + % + & ' ! ! R! C!

REQ!

CEQ!

R!

C!

REQ!

CEQ!

(58)

Estas!últimas!formulas!son!invaluables,!ya!que!para!tener!circuitos!entonados! con! alta! Q,! es! necesario! presentar! impedancias! más! altas! que! 50! Ohms.! Esta! red! de! capacitores!permite!hacerlo!dentro!de!las!frecuencias!de!interés.!!

Estas!fórmulas!más!las!anteriores!me!permitieron!crear!una!página!de!Microsoft!Excel! y!calcular!todas!las!bandas.!El!proceso!es!el!siguiente:!

1. Se!escogen!frecuencias!a!media!banda!para!cada!banda.!Ejemplo:!40,!46,!60!y! 78!MHz.!

2. Para! cada! una! de! ellas,! se! escoge! un! ancho! de! banda! del! circuito! total.! Aquí! escogí! los! anchos! de! banda! que! medí! en! el! circuito! antiguo! para! evitarme! problemas.!La!Q!del!circuito!debe!de!ser!lo!suficientemente!alta!para!rechazar! las!frecuencias!imagen!pero!no!tan!alta!como!para!darnos!valores!irrealizables! de!bobinas.!!

3. Con! la! Q! encontrada,! calculamos! la! Q! del! resonador! que! es! simplemente! Q/0.707!para!un!acoplamiento!crítico.!!

4. Con! la! Q! del! resonador,! buscamos! el! valor! de! la! Q! de! las! bobinas! que! pretendemos! usar! del! fabricante! alrededor! de! las! frecuencias! de! interés.! Sabiendo! la! familia! de! bobinas! que! pretendemos! usar.! Con! este! valor,! calculamos!una!resistencia!en!serie!teórica!que!asumiremos!constante.!

5. Se! escogen! 3! frecuencias! de! trabajo! para! cada! banda:! La! más! baja,! una! en! media! banda! y! la! más! alta! de! la! banda.! Ejemplo;! Para! la! banda! 1:! 30,! 35! y! 39.975!MHz.!

6. Con! la! información! del! valor! de! voltaje! de! entonación! que! genera! el! módulo! procesador! para! cada! una! de! esas! frecuencias! y! el! modelo! matemático! de! la! capacitancia! del! varactor! respecto! al! voltaje! inverso,! se! calcula! el! valor! de! la! capacitancia!del!varactor!en!esas!mismas!3!frecuencias.!!

Figura'53'Respuesta!Varactor!MV209'

!

7. Se!escoge!un!valor!del!primer!capacitor!de!acoplamiento.!Aquí!escogí!un!valor! similar!al!del!circuito!ya!existente!para!quitarme!problemas.!

8. Considerando! los! 3! diodos! PIN! seleccionadores! de! banda! que! no! están! polarizados!pero!que!siguen!colgados!a!la!entrada!de!la!antena!de!50!Ohms,!se! calculan!la!resistencia!equivalente!y!la!capacitancia!equivalente!que!muestra!la! entrada!al!primer!circuito!tanque.!

y = 47.328e-0.157x

R² = 0.99769

0 10 20 30 40

0 5 10 15

pF

V

Capacitance MV209

Figure

Actualización...

Referencias

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