Novo canal no Vimeo

Decidi criar um novo canal no Vimeo, em Português, com o propósito de melhor servir os leitores deste blogue. Este canal, que passa a ser o canal oficial do Bloguetrónica no Vimeo, está disponível em https://vimeo.com/channels/bloguetronica. Entretanto, o canal já existente será extinto de forma progressiva.

Fonte de alimentação FAU200

Trata-se de uma fonte de alimentação ajustável, controlada por USB, que pode fornecer uma tensão entre 0 e 4V. Embora não possa ser considerada uma fonte de precisão, a FAU200 permite o ajuste da sua tensão de saída ao milivolt. A corrente máxima é de cerca de 250mA se bem que, em termos práticos, esse valor seja limitado a apenas 200mA de modo a não exceder a capacidade nominal de um porto USB 2.0. Esta fonte pode alimentar cargas com forte componente reactiva, e suporta condições de curto-circuito e corrente excessiva na sua saída. Para além disso é isolada, podendo por conseguinte ser ligada em série com outras fontes de alimentação.

Parâmetros de funcionamento:
– V _{d. mín.} = 4,92V
– V _{d. nom.} = 5V
– V _{d. máx.} = 5,25V
– I _{L máx.} = 200mA

Características eléctricas:
– I _d. (V _out = 2V, I _L = 0mA) = 70,90mA
– I _d. (V _out = 2V, I _L = 200mA) = 489,5mA
– P (V _out = 2V, I _L = 0mA) = 354,5mW
– P (V _out = 2V, I _L = 200mA) = 2,447W

Características da saída:
– Tensão máxima: 4,09V
– Incremento em tensão: 1mV
– Ruído (V _out = 2V, I _L = 0mA): 1,41mV_rms
– Ruído (V _out = 2V, I _L = 200mA): 1,56mV_rms
– Exactidão: ±(0,782% + 7,5mV)
– Regulação de carga: 9,72mV/A
– Corrente em curto-circuito (I _SC): 259mA

Outras características:
– Coeficiente de temperatura da referência de tensão: 10ppm/°C
– Resolução do controlo de tensão: 12bit

Embora o circuito seja algo complexo, pode ser facilmente dividido em blocos mais simples. O transístor em Q2, do tipo MJD31C, é o elemento de passagem série que actua na regulação da fonte. Este transístor é controlado pelo amplificador operacional OPA705 (IC9) por via do resistor R7. Tal amplificador operacional assume o papel de amplificador de erro, compensando a queda de tensão em Q2 e R8, para que a tensão de saída da fonte iguale a tensão dada pelo conversor digital-analógico em IC8.

Convém referir que o OPA705 foi escolhido por apresentar uma tensão de offset de entrada muito baixa. Por outro lado, o conversor digital-analógico em IC8, um LTC2640CTS8-HZ12, mostra uma exactidão razoável para o propósito em questão. Em suma, são estes dois componentes que determinam a exactidão da fonte de alimentação.

O transístor em Q3 actua quando a corrente à saída da fonte atinge um valor rondando os 259mA. Nessa situação, a queda de tensão através de R8 atinge cerca de 0,65V, fazendo com que Q3 deixe de estar ao corte e passe a conduzir, o que por sua vez faz com que a tensão presente na base de Q2 baixe, efectivamente limitando a corrente de saída. Note que R7 limita a corrente de saída do amplificador operacional nesta situação. Quando Q3 actua, a tensão de saída baixa por forma a que a corrente não exceda o valor anterior, ficando assim a fonte de alimentação protegida contra condições de curto-circuito e corrente excessiva.

O conversor digital-analógico (IC8) é controlado via SPI, por intermédio do isolador digital em IC7, um ADuM1310. Esse controlo é feito pelo interface CP2130, um conversor USB-SPI que já foi empregue em projectos anteriores. A necessidade de se isolar a massa da etapa final da massa proveniente do anfitrião USB é, neste caso, essencial para que a fonte possa ser utilizada nas mais diversas situações. Daí, a aplicação do isolador digital.

A alimentação de todo o circuito é feita por USB. O conversor DC-DC em IC5, do tipo RI3-0509S, é um conversor com isolamento que converte os 5V provenientes do anfitrião para a tensão de 9V necessária à etapa de regulação. Um segundo regulador de 5V alimenta o conversor digital-analógico e parte do isolador digital.

Para além da protecção contra curto-circuitos e corrente excessiva que foi referida anteriormente, esta fonte de alimentação está munida de protecções contra sobre-tensões e descargas electrostáticas. O dispositivo PolyZen em IC1 protege todo o circuito contra sobre-tensões provenientes da alimentação USB, também actuando em situações de corrente excessiva. Por sua vez, IC2 e IC3 oferecem protecção contra transientes. A saída da fonte também está protegida contra transientes, nomeadamente os que são originados por cargas de natureza capacitiva ou indutiva. Essa protecção é exercida pelos díodos D4 e D5.

Lista de componentes:
C1/2/4-6/15-20 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/12 – Condensador cerâmico multi-camada 1µF 10V (0805);
C7 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M006 (NOJA475M006RWJ ou equiv.);
C8/9 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA475M010 (NOJA475M010RWJ ou equiv.);
C10 – Condensador cerâmico multi-camada 470pF 1KV (1206);
C11/14 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C13 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C21 – Condensador electrolítico de nióbio NOJC476M010 (NOJC476M010RWJ ou equiv.);
D1 – LED WP1503CB/ID;
D2 – LED WP1503CB/YD;
D3 – LED WP1503CB/GD;
D4 – Díodo rectificador S1A;
D5 – Díodo de comutação rápida MMSD4148;
IC1 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V075A48LS;
IC2/3 – Circuito de protecção TVS SP4021-01FTG;
IC4 – Conversor USB-SPI CP2130 (CP2130-F01-GM);
IC5 – Conversor DC-DC isolado RI3-0509S;
IC6 – Regulador de tensão LP2985-50 (LP2985-50DBV);
IC7 – Isolador digital ADuM1310 (ADuM1310ARWZ);
IC8 – Conversor digital-analógico LTC2640CTS8-HZ12;
IC9 – Amplificador operacional OPA705 (OPA705NA);
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2 – Bloco de terminais de 2 bornes;
L1 – Indutor de potência XFL3012-103ME (XFL3012-103MEB ou XFL3012-103MEC);
Q1 – Transístor MOSFET de potência FDN327N;
Q2 – Transístor bipolar de potência MJD31C;
Q3 – Transístor bipolar MMBT3904;
R1 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2/3/9 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R4/5 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R6 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805);
R7 – Resistor de filme espesso 470Ω±5% 1/8W (0805);
R8 – Resistor de filme espesso 2,7Ω±5% 1/2W (1210).

Como é habitual, 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, visto que a mesma foi desenhada tendo em conta as especificações deste serviço. Porém, pode utilizar outro serviço de fabrico, desde que este suporte layouts de quatro camadas com furação mínima de 0,5mm. O stackup e materiais não têm de ser idênticos aos especificados pelo OSH Park.

A montagem da placa requer equipamento especializado. Os componentes SMD devem ser soldados por refusão com ar quente, devendo a pasta de solda ser colocada com um stencil. Primeiro devem ser soldados os componentes da face superior, e só depois os da face inferior, aplicando o calor durante o intervalo de tempo mais curto possível. Os componentes through-hole são soldados em último lugar, bastando para tal um simples ferro de soldar.

À semelhança de muitos outros projectos, a caixa recomendada é a Hammond 1457C801. É uma caixa em alumínio anodizado com tampas lacadas a pó preto. Pode também optar pelo modelo 1457C801BK do mesmo fabricante, com o corpo igualmente lacado a pó preto. As tampas devem ser furadas de acordo com o guia de furação. É importante mencionar que a furação da tampa frontal foi feita a pensar nos bornes da série TP1 da Cliff.

Uma vez montada a fonte de alimentação, é primordial que se configure o respectivo interface CP2130. No caso particular deste projecto, tal só é possível em Linux, após a instalação do programa de configuração fornecido no pacote "fau200-r0-conf-1.0.tar.gz" disponível na pasta "Software". Consulte as notas do projecto para saber mais detalhes. Todos os ficheiros e pastas relevantes podem ser acedidos a partir da pasta do projecto.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): https://app.box.com/s/0pph...96qw
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): https://app.box.com/s/rddm...vdjh
Layout da placa (pdf): https://app.box.com/s/n5yy...zthz
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): https://app.box.com/s/jjy6...zovx
Ficheiros Gerber: https://app.box.com/s/bcal...3fmc
Guia de furação: https://app.box.com/s/kx8l...8kh4
Drivers (Windows): https://app.box.com/s/0cci...wkqq
Software (Linux): https://app.box.com/s/928r...9jnt
Notas do projecto: https://app.box.com/s/fkr2...ivov
Pasta contendo todos os ficheiros: https://app.box.com/s/qabo...v62y
Projecto no OSH Park: https://www.oshpark.com/shared_projects/YdyIvhRm

Software melhorado para o gerador de funções GF1

Hoje disponibilizo o software mais recente destinado ao gerador de funções GF1, incluindo novas versões dos pacotes que contêm os comandos de controlo e a interface gráfica. Das melhorias implementadas, destaca-se a possibilidade de controlar um dispositivo à escolha através do seu número de série. É de referir que esta funcionalidade foi implementada na grande maioria dos comandos de controlo e na interface gráfica. Adicionalmente, existe um novo comando que lista todos os dispositivos GF1 ligados ao computador.

Para além dos pacotes anteriormente mencionados, estão disponíveis novas versões dos programas de configuração, tanto para a versão original do gerador de funções (consulte o post de 17 de Agosto de 2017) como para a revisão A (post de 16 de Abril). Por uma questão de segurança, os novos programas de configuração aqui facultados permitem configurar o dispositivo alvo apenas mediante a indicação do respectivo número de série, ao contrário do que aconteceria com as versões anteriores. Evita-se assim a configuração acidental de outros dispositivos que contenham interfaces CP2130. Recomendo por conseguinte a desinstalação das versões anteriores destes programas e a sua substituição, se tal for aplicável.

Links importantes:
Comandos de controlo: https://app.box.com/s/vabz...mg9x
Interface gráfica: https://app.box.com/s/24xa...51i4
Programa de configuração para a rev. 0: https://app.box.com/s/8cji...t20k
Programa de configuração para a rev. A: https://app.box.com/s/rv5a...yxl9

Em desenvolvimento: Fonte de alimentação FAU201

Trata-se de uma outra fonte de alimentação que está em desenvolvimento, muito semelhante à fonte FAU200 que introduzi no post de 8 de Agosto. Todavia, esta nova fonte destaca-se da anterior por ser substancialmente mais precisa, podendo ser empregue como referência de tensão. Em contrapartida, o projecto é mais complexo e um pouco mais caro.

O hardware está praticamente finalizado e testado. Porém, ainda falta desenvolver o software de controlo, o que pode demorar algumas semanas. Posto isto, espero apresentar o projecto dentro dos próximos meses, ainda este ano.

Repositório de ficheiros com novo endereço

Devido a alterações no serviço Box.com, o endereço de acesso ao repositório de ficheiros passa a ser o seguinte: https://app.box.com/v/bloguetronica. Embora o endereço anterior já não seja válido, os links existentes para ficheiros ou pastas que estejam dentro do repositório permanecem funcionais.

PartSim

Trata-se de um simulador SPICE (acrónimo de Simulated Program with Integrated Circuits Emphasis) que está disponível numa plataforma online. Por conseguinte, oferece a vantagem inerente de não requerer qualquer tipo de instalação para se puder trabalhar com esta ferramenta. Em particular, o PartSim permite fazer uma simulação completa sem a necessidade de se registar. Porém, o registo é gratuito caso o deseje fazer.

É de referir que o PartSim não tem uma biblioteca muito extensiva no que toca a componentes electrónicos. Decerto tem muitos componentes genéricos e alguns mais específicos, de diversos fabricantes, o que é uma vantagem em comparação com simuladores SPICE proprietários (como por exemplo, o TINA-TI ou o LTspice). Não obstante, é sempre possível introduzir um novo componente e o respectivo modelo SPICE, caso seja necessário.

PartSim: http://www.partsim.com/

Em desenvolvimento: Fonte de alimentação FAU200

Esta é uma fonte de alimentação controlada via USB. Não pretendo adiantar muitos pormenores, visto tal ser assunto para o post onde farei a apresentação do projecto. Porém, posso adiantar que a fonte é isolada e regulada, capaz de fornecer uma tensão à escolha entre 0 e 4V sensivelmente, podendo a mesma ser ajustada ao milivolt.

O hardware está finalizado e, inclusivamente, já existe um protótipo funcional. No entanto, ainda falta desenvolver parte do software de controlo e há que fazer alguns testes. Assim sendo, espero lançar o projecto dentro dos próximos meses.

Gerador de funções GF2

Este é um novo um gerador de funções alimentado e controlado por USB, que segue o mesmo conceito do gerador de funções GF1 apresentado anteriormente (veja os posts de 17 de Agosto do ano passado e 16 de Abril deste ano), embora tenha características muito distintas e uma prestação superior em todos os aspectos. O GF2 é capaz de gerar sinais sinusoidais e triangulares com frequência até 2MHz e amplitude até 8V_pp, sem redução assinalável do desempenho. O ajuste em frequência faz-se em passos de apenas 298mHz, ao passo que a amplitude é ajustável em incrementos de 7,8mV, o que possibilita um controlo paramétrico bastante fino. Para além da frequência e da amplitude, é possível ajustar a fase do sinal gerado. À semelhança do GF1, este gerador de funções pode ser empregue como gerador de relógio, uma vez que possui uma saída digital síncrona.

Parâmetros de funcionamento:
– V _{d. mín.} = 3,66V
– V _{d. nom.} = 5V
– V _{d. máx.} = 5,45V
– Z _{L mín.} = 50Ω

Características eléctricas:
– I _d. (Z _L = 50Ω@0V) = 132,0mA
– I _d. (Z _L > 100KΩ) = 82,36mA
– P (Z _L = 50Ω@0V) = 660,2mW
– P (Z _L > 100KΩ) = 411,8mW

Características da saída analógica:
– Frequência máxima: 2MHz
– Incremento em frequência: 298mHz
– Amplitude máxima (Z _L = 50Ω@0V): 4,01V_pp
– Amplitude máxima (Z _L > 100KΩ): 8,02V_pp
– Incremento em amplitude (Z _L = 50Ω@0V): 3,92mV_pp
– Incremento em amplitude (Z _L > 100KΩ): 7,83mV_pp
– Impedância de saída (Z _S): 49,9Ω

Características da saída digital:
– Frequência máxima: 25MHz
– Incremento em frequência: 298mHz
– Razão cíclica: 0,5
– Amplitude (Z _L = 50Ω@0V): 2,13V_pp
– Amplitude (Z _L = 50Ω@1,65V): 2,32V_pp
– Amplitude (Z _L > 100KΩ): 3,30V_pp
– Impedância de saída (Z _S): 27,5Ω

Outras características:
– Base de tempo: 80MHz±50ppm
– Taxa de amostragem: 80MSa/s
– Resolução do acumulador de fase: 28bit
– Resolução da compensação de fase: 12bit
– Resolução do conversor D/A: 10bit
– Resolução do controlo de amplitude: 10bit
– Tensão de histerese do comparador: 21,4mV

O circuito foi concebido em torno do AD9834 da Analog Devices (IC10). É este o componente responsável pela geração dos sinais, mediante controlo via SPI. Uma das vantagens que o AD9834 oferece relativamente a outros integrados com a mesma função prende-se com o facto de ter saídas complementares, o que permite eliminar o offset com recurso a uma simples subtracção dos respectivos sinais. Outra vantagem deve-se ao facto de o AD9834 ter um pino que possibilita o controlo da amplitude dos sinais gerados, não sendo necessário intervir no caminho dos mesmos. Esse controlo é feito por intermédio do circuito representado na figura seguinte, e cujo funcionamento irei explicar a seguir.

Essencialmente, o que o circuito esquematizado na imagem faz é controlar a corrente debitada através do pino "FS ADJUST" do AD9834 (tensão "FSADJ", no diagrama). Para tal, o AD5310 (IC11), um conversor digital-analógico comandado por SPI, produz uma tensão arbitrária entre 0 e 4,2V. O amplificador operacional LMV611, em IC12, converte o valor da tensão dada pelo AD5310 por forma a que a corrente do pino "FS ADJUST" varie na mesma proporção. Note que a tensão do pino "REFOUT" do AD9834 (tensão "VREF") serve de referência ao circuito, para garantir que a corrente debitada do pino "FS ADJUST" (referenciado internamente pela mesma fonte de tensão) é nula quando a tensão de saída do AD5310 iguala 0V. Quando este último integrado produz a tensão máxima de 4,2V, a corrente debitada do referido pino sobe para aproximadamente 168µA, o que corresponde à amplitude máxima.

Os sinais complementares provenientes do AD9834 passam primeiro por um filtro passa-baixo, ou filtro de reconstrução. Esse filtro, constituído pelos condensadores C31 a C36, pelos indutores L2 a L5, e pelos resistores R14 a R17, elimina os "degraus" resultantes da conversão digital-analógica inerente ao processo de síntese digital directa (ou DDS, sigla de Direct Digital Synthesis), com efeito reconstruindo o sinal. Repare que o filtro é de 5ª ordem com alinhamento próximo a Chebyshev de 0,01dB, visto que não se espera que o gerador de funções produza sinais com mudanças abruptas. Por conseguinte, a fraca resposta em degrau típica deste tipo de filtro não constitui aqui um problema. Os resistores R14, R15, R16 e R17 servem para definir a impedância característica do filtro.

Após a filtragem, os sinais são pré-amplificados por IC13 que, para além de actuar como um amplificador não inversor duplo, também tem o propósito de isolar o filtro da baixa impedância de entrada inerente à etapa posterior. Posteriormente, os sinais são subtraídos um ao outro pelo subtractor que o primeiro amplificador operacional de IC14 integra. Convém sublinhar que os sinais presentes nas entradas do subtractor são complementares e apresentam offset semelhante. Dessa etapa, sai um único sinal, naturalmente amplificado e quase sem offset. Este último sinal é finalmente amplificado pelo segundo amplificador operacional de IC14, e ainda aproveitado para gerar o sinal digital síncrono.

De modo a gerar o referido sinal digital, o sinal analógico que sai do subtractor é processado pelo comparador TLV3501 (IC15), conforme o diagrama da figura abaixo. É importante referir que o comparador mostra uma histerese de cerca de 21mV na sua configuração actual, o que é suficiente para eliminar o ruído e, ao mesmo tempo, gerar um sinal síncrono com pouco jitter. O sinal gerado passa finalmente pelo buffer de relógio em IC16 que, à semelhança do que acontece com o GF1, é o CDCLVC1102 da Texas Instruments.

O funcionamento do gerador de funções é controlado na sua totalidade pelo CP2130 da Silicon Labs (IC4). Tal abordagem não é nova, dado que este mesmo interface USB-SPI já foi empregue no gerador de funções GF1. Aspectos como a frequência, a fase e a amplitude são controlados por SPI, operando o CP2130 em modo "mestre". As restantes funcionalidades são controladas por pinos individuais do mesmo interface. A esse respeito, não só é possível ligar e desligar partes do circuito, como também é exequível implementar funções como modulação binária em frequência (BFSK) e fase (BPSK).

O circuito inclui as medidas de protecção habituais contra descargas electrostáticas na alimentação e nas saídas. O dispositivo PolyZen em IC1 oferece protecção contra sobre-tensões, corrente excessiva e surtos na alimentação. Adicionalmente, IC2 e IC3 protegem as linhas do barramento USB contra descargas electrostáticas. Por seu turno, os circuitos de protecção TVS em IC17 e IC18 abrangem as saídas.

Lista de componentes:
C1/2/4-6/21/23/25/27/29/30/37/38/40/42/43/49 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/9/12/16/18/19/48 – 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.);
C10/13/26/28/44/45 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C11/14/15/20/46/47 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C17 – Condensador cerâmico multi-camada 470nF 10V (0805);
C22/24/39/41 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA106M006 (NOJA106M006RWJ ou equiv.);
C31/32/35/36 – Condensador cerâmico multi-camada 22pF±5% C0G 10V (0805);
C33/34 – Condensador cerâmico multi-camada 47pF±5% C0G 10V (0805);
D1 – LED WP1503CB/YD;
D2 – LED WP1503CB/ID;
IC1 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V075A48LS;
IC2/3 – Circuito de protecção TVS SP4021-01FTG;
IC4 – Conversor USB-SPI CP2130 (CP2130-F01-GM);
IC5 – Regulador de tensão TPS79933 (TPS79933DDC);
IC6 – Regulador de tensão TPS79942 (TPS79942DDC);
IC7 – Conversor charge-pump LM2776 (LM2776DBV);
IC8 – Regulador de tensão TPS72301 (TPS72301DBV);
IC9 – Oscilador de cristal CTS 636L3C080M00000;
IC10 – Gerador de funções AD9834 (AD9834CRUZ);
IC11 – Conversor digital-analógico AD5310 (AD5310BRTZ);
IC12 – Amplificador operacional LMV611 (LMV611MF);
IC13 – Amplificador operacional OPA2832 (OPA2832ID);
IC14 – Amplificador operacional OPA2830 (OPA2830ID);
IC15 – Comparador TLV3501 (TLV3501AIDBV);
IC16 – Buffer de relógio CDCLVC1102 (CDCLVC1102PW);
IC17 – Circuito de protecção TVS SP4021-01FTG-C;
IC18 – Circuito de protecção TVS SP4020-01FTG;
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2/3 – Conector BNC Amphenol RF 112659;
L1/6 – Conta de ferrite MPZ2012S331A (MPZ2012S331AT000);
L2-5 – Indutor MLF2012A1R8J (MLF2012A1R8JT000);
R1/28/30 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2/3/29/31 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R4/5 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R6 – Resistor de filme espesso 25,5KΩ±1% 1/8W (0805);
R7 – Resistor de filme espesso 10KΩ±1% 1/8W (0805);
R8 – Resistor de filme espesso 0Ω 1/8W (0805);
R9/12 – Resistor de filme espesso 100KΩ±1% 1/8W (0805);
R10/11 – Resistor de filme espesso 402KΩ±1% 1/8W (0805);
R13 – Resistor de filme espesso 6,04KΩ±1% 1/8W (0805);
R14-17 – Resistor de filme espesso 200Ω±1% 1/8W (0805);
R18/20/23 – Resistor de filme espesso 499Ω±1% 1/8W (0805);
R19/21 – Resistor de filme espesso 1,43KΩ±1% 1/8W (0805);
R22 – Resistor de filme espesso 715Ω±1% 1/8W (0805);
R24 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 3/4W (2010);
R25/26 – Resistor de filme espesso 10KΩ±5% 1/8W (0805);
R27 – Resistor de filme espesso 1KΩ±5% 1/8W (0805);
R32/33 – Resistor de filme espesso 10Ω±5% 1/8W (0805).

O layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Tratando-se de um layout de quatro camadas, sugiro que a encomenda da placa seja feita através do OSH Park, pois o respectivo desenho foi feito tomando em consideração os requisitos deste serviço. Caso deseje utilizar outro serviço de fabrico, confirme se o mesmo suporta layouts de quatro camadas com furação a partir de 0,5mm. Neste caso em particular, o stackup e os materiais não têm de corresponder aos especificados pelo OSH Park.

A montagem da placa requer equipamento especializado. Os componentes SMD devem ser soldados com recurso a pasta de solda, utilizando o processo de refusão com ar quente. Em primeiro lugar soldam-se os componentes da face superior, e só depois os da face inferior, tendo sempre o cuidado de aplicar o calor estritamente necessário e durante o intervalo de tempo mais curto possível. Os componentes through-hole soldam-se em último lugar, bastando para tal um ferro de soldar comum.

A caixa recomendada para este projecto é a Hammond 1457C801. Trata-se de uma caixa em alumínio anodizado com tampas lacadas a pó preto. Se preferir, pode optar pela caixa 1457C801BK do mesmo fabricante, a qual tem o corpo igualmente lacado a pó preto. A furação das tampas deve ser feita seguindo o guia de furação.

Montado o gerador de funções, é necessário configurar o interface CP2130 do mesmo. Em Windows, isso pode ser feito através da aplicação "CP21xx Customization Utility" da Silicon Labs (a aplicação vem incluída no pacote CP2130_SDK para Windows XP e Vista), utilizando o ficheiro de configuração presente na pasta "Firmware". Se preferir utilizar Linux, deverá utilizar o programa de configuração fornecido no pacote "gf2-r0-conf-1.0.tar.gz", o qual está disponível na pasta "Software". Ambas as pastas, bem como outras pastas e ficheiros relevantes, estão disponíveis na pasta do projecto. Para mais detalhes, veja as notas do projecto.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://app.box.com/s/5l40...wc49
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://app.box.com/s/t7iv...05sp
Layout da placa (pdf): http://app.box.com/s/lk26...ghyn
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://app.box.com/s/809v...kckl
Ficheiros Gerber: http://app.box.com/s/3jh8...92hb
Guia de furação: http://app.box.com/s/etl8...06o2
Firmware (com instruções): http://app.box.com/s/o5tc...2jp2j
Drivers (Windows): http://app.box.com/s/jdkk...g0x4
Software (Linux): http://app.box.com/s/or9s...coor
Notas do projecto: http://app.box.com/s/sccv...cstx
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/w7jt...5kdm
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/AIG0zXWz
CP2130_SDK: http://www.silabs.com/.../CP2130_SDK_Windows_XP_Vista.exe

Novo canal no YouTube

Revertendo a decisão que anunciei no post de 4 de janeiro de 2012, recentemente decidi criar um novo canal no YouTube. Este canal é especialmente dedicado aos projectos do blogue, embora também tenha outro tipo de conteúdos. Posto isto, pode visitar o novo canal em http://www.youtube.com/channel/UCDl0EaQmrK_Q4JLWkwFNZGA.

Gerador de funções GF1 (Rev. A)

Trata-se de uma nova versão do gerador de funções GF1, cujo projecto foi originalmente apresentado no post de 17 de Agosto do ano passado. Esta revisão visa sobretudo corrigir a inexactidão na amplitude do sinal gerado, assim como o offset, dois aspectos muito evidentes e que aliás caracterizam a versão original deste gerador de funções. Relativamente ao último aspecto, é importante ressalvar que a versão original mostra um offset residual de cerca de 160mV no pior caso (conforme descrito no post de 22 de Outubro do mesmo ano). Em contraste, esta nova versão possibilita a compensação interna do offset para que o mesmo se observe nulo.

Todavia, esta é uma revisão maior e, por conseguinte, não visa apenas a correcção dos problemas expostos acima. Mais especificamente, a versão revista do gerador de funções permite verificar, quando em modo de varrimento automático, se uma dada sequência de varrimento em frequência terminou ou se a mesma ainda está a decorrer. Irei detalhar sobre esse pormenor mais adiante.

Parâmetros de funcionamento:
– V _{d. mín.} = 3,66V
– V _{d. nom.} = 5V
– V _{d. máx.} = 5,45V
– Z _{L mín.} = 50Ω

Características eléctricas:
– I _d. (Z _L = 50Ω@0V) = 108,7mA
– I _d. (Z _L > 100KΩ) = 70,08mA
– P (Z _L = 50Ω@0V) = 543,7mW
– P (Z _L > 100KΩ) = 350,4mW

Características da saída analógica:
– Frequência máxima: 1MHz
– Incremento em frequência: 2,98Hz
– Amplitude máxima (Z _L = 50Ω@0V): 2,53V_pp
– Amplitude máxima (Z _L > 100KΩ): 5,05V_pp
– Incremento em amplitude (Z _L = 50Ω@0V): 9,81mV_pp
– Incremento em amplitude (Z _L > 100KΩ): 19,8mV_pp
– Impedância de saída (Z _S): 49,9Ω

Características da saída digital:
– Frequência máxima: 25MHz
– Incremento em frequência: 2,98Hz
– Razão cíclica: 0,5
– Amplitude (Z _L = 50Ω@0V): 2,13V_pp
– Amplitude (Z _L = 50Ω@1,65V): 2,32V_pp
– Amplitude (Z _L > 100KΩ): 3,30V_pp
– Impedância de saída (Z _S): 27,5Ω

Outras características:
– Base de tempo: 50MHz±50ppm
– Taxa de amostragem: 50MSa/s
– Resolução do acumulador de fase: 24bit
– Resolução do conversor D/A: 10bit
– Resolução do controlo de amplitude: 8bit

A modificação mais relevante a nível do circuito foi a implementação da referência de tensão conforme o esquema da figura abaixo. À semelhança do que acontece no circuito do projecto original, a tensão gerada serve de referência ao potenciómetro digital (IC12) e também serve para anular a componente DC presente no sinal gerado pelo AD5932 (IC11), por via do amplificador subtractor constituído pelo amplificador operacional em IC14. Porém, a referência não é feita com um simples divisor resistivo: em vez disso é ditada por R8, R9 e VR1, funcionando o amplificador operacional em IC8 como seguidor de tensão. Note que o potenciómetro em VR1, um potenciómetro do tipo trimmer, permite ajustar a tensão de referência entre dois níveis (291mV e 355mV), de forma muito precisa. O condensador C21 serve apenas para estabilizar a tensão à entrada do seguidor.

Outra modificação prende-se com o facto de a versão original mostrar uma redução de cerca de 5% na amplitude do sinal gerado, face ao valor pretendido. Tal aconteceu porque, na altura da concepção do circuito original, não tive em conta o efeito de carga do potenciómetro digital sobre a saída do AD5932. De forma a compensar a dita redução, o ganho da etapa de amplificação final foi aumentado na mesma proporção.

Não menos importante, vou agora detalhar sobre a modificação que faz desta uma revisão maior. Nesta revisão, o pino "SYNCOUT" do AD5932 encontra-se ligado ao pino "GPIO4" do CP2130, este último a ser empregue como pino de entrada. O referido pino do AD5932 pode ser usado, entre outras coisas, para verificar se uma dada sequência de varrimento em frequência terminou (tendo os bits "SYNCOUTEN" e "SYNCSEL", pertencentes ao registo de controlo do AD5932, definidos a um). Nesta circunstância, lendo o valor do pino "GPIO4", é possível inferir que uma dada sequência terminou se o nível lógico lido for alto.

Lista de componentes:
C1/2/4-6/20/23/25/27/29-32/34/36/39 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3/9/12/16/22/38 – 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.);
C10/13/21/28 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C11/14/15/17-19/37 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C24/26/33/35 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA106M006 (NOJA106M006RWJ ou equiv.);
D1 – LED WP1503CB/YD;
D2 – LED WP1503CB/ID;
IC1 – Circuito de protecção PolyZen ZEN056V075A48LS;
IC2/3 – Circuito de protecção TVS SP4021-01FTG;
IC4 – Conversor USB-SPI CP2130 (CP2130-F01-GM);
IC5 – Regulador de tensão TPS79933 (TPS79933DDC);
IC6 – Regulador de tensão TPS79927 (TPS79927DDC);
IC7 – Conversor charge-pump LM2776 (LM2776DBV);
IC8 – Regulador de tensão TPS72301 (TPS72301DBV);
IC9 – Amplificador operacional LMV611 (LMV611MF);
IC10 – Oscilador de cristal CTS 636L3C050M00000;
IC11 – Gerador de funções AD5932 (AD5932YRUZ);
IC12 – Potenciómetro digital AD5160BRJZ5 (AD5160BRJZ5-RL7 ou equiv.);
IC13 – Amplificador operacional OPA365 (OPA365AID);
IC14 – Amplificador operacional OPA830 (OPA830ID);
IC15 – Buffer de relógio CDCLVC1102 (CDCLVC1102PW);
IC16 – Circuito de protecção TVS SP4020-01FTG-C;
IC17 – Circuito de protecção TVS SP4020-01FTG;
J1 – Conector USB Molex 67068-9001;
J2/3 – Conector BNC Amphenol RF 112659;
L1 – Conta de ferrite BLM21PG331SN1;
R1 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2/3/16 – Resistor de filme espesso 4,7KΩ±5% 1/8W (0805);
R4/5 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R6 – Resistor de filme espesso 12,7KΩ±1% 1/8W (0805);
R7 – Resistor de filme espesso 10KΩ±1% 1/8W (0805);
R8 – Resistor de filme espesso 73,2KΩ±1% 1/8W (0805);
R9/12/14 – Resistor de filme espesso 9,09KΩ±1% 1/8W (0805);
R10 – Resistor de filme espesso 0Ω 1/8W (0805);
R11/13 – Resistor de filme espesso 1KΩ±1% 1/8W (0805);
R15 – Resistor de filme espesso 49,9Ω±1% 1/4W (1206);
R17/18 – Resistor de filme espesso 10Ω±5% 1/8W (0805);
VR1 – Potenciómetro Bourns PV37W202C01B00.

Como anteriormente, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Novamente recomendo a encomenda da placa através do OSH Park, dado que o layout foi concebido atendendo às especificações deste serviço. Contudo, caso prefira outro serviço de fabrico, verifique se o mesmo suporta layouts de quatro camadas com furação a partir de 0,5mm. No que se refere à montagem, aplicam-se as recomendações que foram dadas aquando a apresentação do projecto original.

Para terminar, e antes de qualquer utilização, é necessário configurar o interface CP2130. Em ambiente Windows, poderá fazê-lo através da aplicação "CP21xx Customization Utility" (incluído no pacote CP2130_SDK para Windows XP e Vista), utilizando o ficheiro de configuração que está na pasta "Firmware". Se dispuser de Linux, recomendo que utilize o programa incluído no pacote "gf1-ra-conf-lin.tar.gz", disponível na pasta "Software". Recomendo também a actualização do restante software e a instalação da interface gráfica (leia o post de 13 de Novembro).

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://app.box.com/s/kxmb...20px
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://app.box.com/s/xt85...mwu1
Layout da placa (pdf): http://app.box.com/s/qajw...gjgz
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://app.box.com/s/qm4i...ipfh
Ficheiros Gerber: http://app.box.com/s/qkvb...00gv
Guia de furação: http://app.box.com/s/rwpc...5hmo
Firmware (com instruções): http://app.box.com/s/1ogo...kpe8
Drivers (Windows): http://app.box.com/s/8ej8...32sz
Software (Linux): http://app.box.com/s/cds6...jr3b
Notas do projecto: http://app.box.com/s/dl7e...pwao
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/9sh1...9ej2
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/RQdx7NVz
CP2130_SDK: http://www.silabs.com/.../CP2130_SDK_Windows_XP_Vista.exe

Módulo carregador USB "uCharge" (Rev. A1)

No seguimento do post anterior, apresento uma nova revisão do projecto "uCharge". Este projecto, inicialmente exposto no post 27 de Novembro de 2016, tem vindo a sofrer várias revisões (entre as quais destaco a última revisão, apresentada no post de 28 de Fevereiro do ano passado). Tratando-se de uma revisão menor, a nova versão aqui mostrada introduz poucas e ligeiras alterações a nível do circuito e do desenho da placa, sobretudo com vista a melhorar a dissipação térmica do módulo.

Parâmetros de funcionamento:
– V _{d. mín.} = 6,06V
– V _{d. máx.} = 16,73V
– I _{L máx.} = 2,05A

Características eléctricas:
– I _d. (V _d. = 7V, I _L = 0A) = 15,72mA
– I _d. (V _d. = 16V, I _L = 0A) = 6,74mA
– P (V _d. = 7V, I _L = 0A) = 110,0mW
– P (V _d. = 16V, I _L = 0A) = 107,9mW

O circuito introduz pequenas modificações face à revisão anterior. Os únicos componentes acrescentados foram C6 e R3, com o propósito de reencaminhar eventuais correntes de fuga provenientes da alimentação para a terra. É importante frisar que tais correntes são especialmente notáveis quando se utiliza uma fonte comutada sem ligação à terra, e inclusivamente podem perturbar o normal funcionamento do módulo nessa situação. Aparte as modificações aqui mencionadas, o circuito opera exactamente do mesmo modo.

Lista de componentes:
C1 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C2 – Condensador de electrólito sólido RNS1E101MDN1;
C3 – Condensador cerâmico multi-camada 10µF 25V (1210);
C4 – Condensador cerâmico multi-camada 3,3nF 25V (0805);
C5 – Condensador cerâmico multi-camada 22µF 10V (1210);
C6/7 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C8 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – Díodo TVS SMBJ18A;
D2 – Díodo rectificador Schottky FSV540;
D3 – Díodo Zener BZX84-B16;
D4 – LED Kingbright APT2012EC (ou KPT-2012EC);
F1 – Fusível PPTC 2920L200/24;
IC1 – Conversor DC-DC TPS62133 (TPS62133RTG);
IC2 – Controlador CDP/DCP TPS2544 (TPS2544RTE);
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2 – Conector USB Molex 67068-8001;
J3 – Conector USB Molex 67643-2911;
L1 – Indutor de potência XFL4020-152ME (XFL4020-152MEB ou XFL4020-152MEC);
Q1 – Tirístor SCR MCR703A (MCR703AT4G);
R1 – Resistor de filme espesso 150Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805);
R3 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R4/5 – Resistor de filme espesso 47KΩ±5% 1/8W (0805);
R6 – Resistor de filme espesso 22,6KΩ±1% 1/8W (0805).

Mais uma vez, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. Como é costume, recomendo que a placa seja encomendada através do OSH Park, uma vez que o layout foi concebido de acordo com as especificações deste serviço. Caso prefira recorrer a outro serviço de fabrico, deverá confirmar se o mesmo suporta layouts de quatro camadas com furação mínima de 0,5mm, e se o stackup e materiais são idênticos. No que concerne à montagem do módulo, aplica-se o procedimento referido no post de 28 de Fevereiro do ano passado.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://app.box.com/s/whp8...z0ef
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://app.box.com/s/8254...drn5
Layout da placa (pdf): http://app.box.com/s/kmsj...g05v
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://app.box.com/s/3hv3...npb9
Ficheiros Gerber: http://app.box.com/s/rjea...6vum
Notas do projecto: http://app.box.com/s/zojo...g9mw
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/i2w3...15ap
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/7yOee9VM

Módulo carregador USB "vCharge" (Rev. 1)

Esta é uma nova versão do módulo "vCharge", apresentado no post de 16 de Junho do ano passado. Tratando-se de uma revisão menor do projecto, não introduz alterações significativas. Aliás, apenas foi alterado o desenho da placa, com vista a melhorar a dissipação térmica deste módulo carregador.

Parâmetros de funcionamento:
– V _{d. mín.} = 8,3V
– V _{d. máx.} = 16,6V
– I _{L máx.} = 2,03A

Características eléctricas:
– I _d. (V _d. = 9V, I _L = 0A) = 30,16mA
– I _d. (V _d. = 16V, I _L = 0A) = 16,76mA
– P (V _d. = 9V, I _L = 0A) = 271,4mW
– P (V _d. = 16V, I _L = 0A) = 268,2mW

O circuito é idêntico ao do projecto original, sem quaisquer modificações. Por esse motivo, seria fastidioso detalhar sobre o funcionamento do mesmo. Poderá consultar o post acima mencionado para saber mais acerca do circuito e dos componentes que o integram.

Lista de componentes:
C1 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
C2/3 – Condensador de electrólito sólido RNS1E101MDN1;
C4/5 – Condensador cerâmico multi-camada 10µF 25V (1210);
C6 – Condensador cerâmico multi-camada 470nF 10V (0805);
C7 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 25V (0805);
C8/9 – Condensador cerâmico multi-camada 22µF 10V (1210);
C10/12 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C11/13 – Condensador electrolítico de nióbio NOJD107M010 (NOJD107M010RWJ ou equiv.);
D1 – Díodo TVS SMCJ18A;
D2 – Díodo rectificador Schottky FSV1045V;
D3 – Díodo Zener BZX84-B16;
D4 – LED Kingbright APT2012EC (ou KPT-2012EC);
D5/6 – LED Kingbright APT2012SGC (ou KPT-2012SGC);
F1 – Fusível PPTC 2920L330/24;
IC1 – Conversor DC-DC TPS56528 (TPS56528DDA);
IC2/3 – Controlador CDP/DCP TPS2544 (TPS2544RTE);
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2/3 – Conector USB Molex 67643-3911;
L1 – Indutor de potência XAL7030-332ME (XAL7030-332MEB ou XAL7030-332MEC);
Q1 – Tirístor SCR MCR8DSM (MCR8DSMT4G);
R1 – Resistor de filme espesso 150Ω±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 73,2KΩ±1% 1/8W (0805);
R3 – Resistor de filme espesso 10KΩ±1% 1/8W (0805);
R4/6/8 – Resistor de filme espesso 180Ω±5% 1/8W (0805);
R5/7 – Resistor de filme espesso 22,6KΩ±1% 1/8W (0805).

Como anteriormente, o layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.7.0) e Gerber. A placa propriamente dita deve ser encomendada através do OSH Park, visto que o layout foi concebido tendo em consideração as especificações deste serviço. Caso opte por outro serviço de fabrico, verifique se o mesmo suporta layouts de quatro camadas e furação a partir de 0,5mm. Relativamente à montagem, aplicam-se as recomendações que foram dadas para o projecto original.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://app.box.com/s/mee0...4a83
Diagrama do circuito (Eagle 7.7.0 sch): http://app.box.com/s/lf0s...yiql
Layout da placa (pdf): http://app.box.com/s/on8o...tre6
Layout da placa (Eagle 7.7.0 brd): http://app.box.com/s/vx0y...9xp3
Ficheiros Gerber: http://app.box.com/s/nntt...prei
Notas do projecto: http://app.box.com/s/hqhd...vg2x
Pasta contendo todos os ficheiros: http://app.box.com/s/1cbq...lbh4
Projecto no OSH Park: http://www.oshpark.com/shared_projects/68EunBjQ

Em desenvolvimento: Gerador de funções GF2

Trata-se de outro gerador de funções que tenho andado a desenvolver, desta vez baseado no AD9834 da Silicon Labs. À semelhança do GF1 apresentado anteriormente (post de 17 de Agosto), é alimentado e controlado via USB. Todavia, distingue-se do anterior por ter uma taxa de amostragem de 80MSa/s, o que lhe permite gerar sinais de frequência mais elevada. Para além disso, permite ajustes em frequência e amplitude mais refinados, e o sinal de relógio síncrono produzido tem menos jitter.

É de referir que este projecto tem tomado muito do meu tempo livre nos últimos meses, pelo que não tenho tido disponibilidade para actualizar o blogue. Porém, o hardware está praticamente terminado e testado, faltando desenvolver o software para controlar o gerador de funções. Não obstante esta tarefa poder levar mais alguns meses, espero fazer o lançamento do projecto este ano.