jueves, 15 de diciembre de 2011

Nueva funcionalidad de posicionado de marcas en el SARK-110

Esta nueva funcionalidad del analizador de antenas SARK-110 permite el posicionado de las marcas de una forma más sencilla y por tanto facilitando al usuario la toma de medidas.
Se soportan los siguientes modos de seguimiento:
  • Peak Min (valor de valle)
  • Peak Max (valor de pico)
  • Absolute Min (valor máximo absoluto )
  • Absolute Max (valor mínimo absoluto)
  • Value Cross Any (intersección con un valor, creciente o decreciente)
  • Value Cross Up (intersección con un valor, creciente)
  • Value Cross Down (intersección con un valor, decreciente)

El posicionado automático de las marcas se activa a través de la selección  disponible en las opciones y del menú principal. Posteriormente se seleccionará el modo de seguimiento de acuerdo a los modos disponibles descritos más arriba y el parámetro al cual se le realizará el seguimiento. Para los modos que implican la intersección con un valor, será necesario especificar el valor.

Por ejemplo, se se podrá programar el Marker 1 para el seguimiento automático de los mínimos valores de ROE en la traza: [Marker1] [Tracking] [Peak Min] [SWR]; y el Marker 2 para realizar el seguimiento de las intersecciones en los valores de impedancia de 50-ohm: [Marker2] [Tracking] [Cross Any] [Z] [50.0].

Otra combinación de ejemplo permitiría detectar el ancho de banda programando: [Marker1] [Tracking] [SWR] [Cross Down] [2.0]; y [Marker2] [SWR] [Cross Up] [2.0].

Esta nueva funcionalidad se ha implementado en la versión 0.5.1 del software de simulación del SARK-110 y disponible en el siguiente enlace:

 
 
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jueves, 1 de diciembre de 2011

Simulación del SARK-110 para PC (Windows)

La aplicación de simulación del SARK-110 reproduce el funcionamiento del analizador de antenas en un PC. La simulación está basada en gran parte del código fuente del firmware del analizador por lo que proporciona una idea muy precisa de su funcionamiento.

Esta aplicación permite evaluar la operación del instrumento si la necesidad de disponer del hardware. Además esto permitirá a los usuarios proporcionar por anticipado comentarios sobre las características y funcionamiento del dispositivo, y por tanto contribuyendo a la mejora del producto.

Funcionamiento:
La simulación funciona en un PC con Windows (XP, Vista, y 7) o Linux con Wine. El programa no necesita instalación, simplemente será necesario descomprimir el fichero suministrado y ejecutarlo.

El programa se puede descargar en el siguiente enlace:

La aplicación se controla desde el teclado del PC. La asignación de teclas es de acuerdo a la siguiente imagen:


En la versión actual la aplicación simula un circuito resonante con dos puntos de resonancia.

Puedes encontrar más información sobre el SARK-110 en el siguiente enlace:
https://sites.google.com/site/sark110va



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miércoles, 16 de noviembre de 2011

Ham radio in the 21st century

Ham radio in the 21st century:

Many of today’s experienced engineers got their start in electronics through amateur, or “ham,” radio. (Many theories exist over the origin of the term “ham radio,” but there is no consensus.) Over the years, however, the demands of these engineers’work, families, and communities took precedence, and many hams lost interest and let their licenses lapse. Meanwhile, with the rise of personal communications and Internet connectivity in homes, many young engineers never needed ham radio as a way to explore electronics. They’ve missed the opportunity that this fascinating hobby presents....

domingo, 6 de noviembre de 2011

lunes, 29 de agosto de 2011

OSHWCon - Madrid 2011

Creo que puede ser muy interesante:

“La OSHWCon es un encuentro anual de 3 días que organiza el colectivo Synusia en un esfuerzo de difundir el uso del Hardware Libre y de promocionar la electrónica y la filosofía del «Hazlo tú mismo». Tendrá lugar en el Centro de Formación Padre Piquer de Madrid los días 23, 24 y 25 de Septiembre de 2011.”

Más info:
http://oshwcon.org/

domingo, 8 de mayo de 2011

9 - Prototipo Analizador de Antenas Vectorial (final)

La fase de prototipado del analizador de antenas vectorial ha llegado a su fin y el resultado final será el nuevo analizador SARK-110 que espero que esté disponible en el último trimestre del 2011. Al contrario que el SARK-100, no se entregará como kit sino que se ofrecerá completamente ensamblado.

La información preliminar está disponible en el siguiente enlace.
SARK-110
Como retrospectiva, recordar que este ha sido un proyecto que ha ido evolucionando en varias fases:

El desarrollo del prototipo empezó en Junio del 2010 donde en una primera fase se desarrollaron los nuevos circuitos de medida reutilizando el DDS del SARK-100 (dos unidades) y utilizando también la unidad de control del SARK-100 modificada:
http://ea4frb.blogspot.com/2010/07/prototipo-analizador-de-antenas-parte-1.html


En la siguiente fase se rediseñó completamente la unidad de control para utilizar como base el PSoC5 Starter Kit y un display gráfico. Además se integró la electrónica en una carcasa de aluminio:

En la siguiente fase decidí abandonar la solución basada en el PSoC5 y me decanté por el STM32. Otra importante evolución ha sido incluir un display TFT. Todo ello realizado sobre una placa Mini-STM32:

La última fase ha sido el desarrollo del producto final utilizando los elementos básicos del desarrollo del prototipo:


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domingo, 13 de marzo de 2011

Montaje de SMD con horno de reflujo

En general montar placas con componentes de SMD es sencillo y no se necesitan herramientas especiales por lo cual este proceso está accesible a cualquier aficionado. Un simple soldador además de estaño, flux de soldadura, y malla de desoldar son los elementos básicos para la mayoría de los trabajos. En algunos casos podría ser necesario disponer de una estación de soldadura de aire caliente, por ejemplo para sustitución de componentes o soldura de componentes con encapsulados sin patillas (tipo QFN por ejemplo).

Sin embargo cuando es necesario fabricar pequeñas series o el diseño incluya muchos componentes o componentes SMD de cierta complejidad, puede ser interesante implementar la técnica de soldadura por reflujo. La primera pregunta que surge es cual sería el equipamiento necesario para realizar esta técnica y si estaría disponible para el limitado presupuesto del aficionado.

Lógicamente los sistemas profesionales de soldadura están fuera del alcance del aficionado, pero afortunadamente para realizar esta técnica se pueden utilizar desde hornos convencionales e incluso tostadoras de pan "tuneadas" con un controlador para implementar el perfil de temperatura deseada, o por medio de una sonda de temperatura controlar manualmente el perfil de temperatura. Hay articulos en Internet que describen técnicas para la preparación del horno.

En mi caso no disponía de tiempo para implementar una solución de este tipo por lo que mi opción ha sido comprarme un horno para SMD, en este caso el modelo T-962 disponible en tiendas en e-Bay que lo proporcionan a un precio muy interesante: $319 (incluyendo gastos de envío). No es poco dinero pero al final no deja de ser una inversión que se le puede sacar rendimiento. Además hay que tener en cuenta que no hace mucho este tipo de hornos no bajaban the $1000 o incluso más.

Horno SMD T-962
El horno es una parte de la solución, pero para realizar la soldadura por reflujo es necesario dispensar la pasta de soldadura en los pad de la placa de circuito impreso antes de posicionar los componentes. Para ello normalmente se utilizan stencil (plantillas) de metal que permiten dispensar de forma óptima la pasta de soldadura proporcionando un control óptimo del volumen de pasta a aplicar. Este tipo de stencil de metal están disponibles por ejemplo en http://www.stencilsunlimited.com/ a precios entre $125 a $185 (más gastos de envío). Este es un precio muy alto sobre todo teniendo en cuenta que hay que realizar un stencil por cada tipo de placa.

Una alternativa es dispensar manualmente por medio de una jeringa la pasta de soldadura. He probado este método pero además de ser laborioso, se hace complicado dispensar la cantidad adecuada a cada pad y si se trabaja con componentes de paso fino acaban apareciendo muchos cortocircuitos. La solución de compromiso que he utilizado es utilizar un stencil de poliéster PET, en el que en mi caso lo he adquirido en http://www.smtstencil.co.uk/ por £14.00 (incluyendo gastos de envío). Lógicamente este tipo de stencil no tiene la duración y la precisión que la de los de metal pero es más que suficiente para el trabajo casero. Hay otros proveedores que trabajan con materiales tipo Mylar o Kapton (http://www.pololu.com/ y http://www.applied-electronics.com/), pero me he decidido por el proveedor británico ya que era el más barato puesto en casa y el envío llega en dos o tres días.

Stencil de poliéster PET
La pasta de soldadura es otro elemento importante para el proceso. He decidido utilizar pasta de soldadura con plomo (Sn63Pb37), ya que el perfil de temperatura necesario es menos exigente que el de una aleación sin plomo. Hay varios proveedores de pasta de soldadura y en mi caso la he comprado en DigiKey:  KE1507-ND (Solderpaste no clean 63/37 35gm), con un precio de 24.5€. Es importante comentar que la pasta de soldadura es necesaria almacenarla en un lugar refrigerado, por ejemplo en un frigorífico.

Pasta de soldadura

Para dispensar la pasta de soldadura será necesario algún tipo de espátula. En mi caso he utilizado unas tarjetas de crédito (sin relieve ya que son un poco más flexibles) con buen resultado. También será conveniente disponer de placas de circuito impreso o algún tìpo de soporte para poder posicionar el stencil sobre la placa de circuito impreso.

Otras herramientas necesarias serán cinta adhesiva, un juego de pinzas para el posicionamiento de los componentes, incluyendo unas de punta extrafina para componentes SMD (ejemplo: SMD JBC 5-SA disponible en e-Merchan), algún tipo de lupa, y unos guantes que serán necesarios para manejar con seguridad la pasta de soldadura (es tóxica).
 
Para posicionar el stencil con precisión he decidido utilizar una placa virgen de circuito impreso y recortarla en el centro siguiendo el contorno de la placa. Lógicamente se pueden seguir otras técnicas, pero lo importante es que el stencil no se desplace de ninguna forma cuando se esté aplicando la pasta.
 
Marco para posicionar el stencil sobre la placa
El stencil habrá que posicionarlo con mucha precisión y para ello será necesario utilizar una lupa que proporcione buena visibilidad. Una vez posicionado se fijará con un trozo más bien largo de cinta adhesiva en uno de los laterales, por ejemplo el izquierdo, y otro más bien corto en en el lado derecho y que permita levantarlo con facilidad.  
Colocación del stencil
Una vez colocado el stencil procederemos a la aplicación de la pasta de soldar. Primeramente es importante que la pasta de soldar esté a temperatura ambiente para que tenga la viscosidad adecuada. Mi procedimiento ha consistido en extraer una cantidad de pasta con otra jeringuilla y llevarlo a la temperatura ambiente calentándola con la mano. Una vez haya tomado la temperatura adecuada se depositará una porción de pasta sobre el stencil en uno de los extremos de la placa tal como se muestra en la figura:

Preparando la pasta de soldar
A continuación se dispensará la pasta utilizando la espátula, en este caso una tarjeta de crédito, con un ángulo de unos 45º primeramente siguiendo una diagonal y a continuación la otra diagonal. Es importante comprobar que se rellenan todos los huecos. Finalmente será necesario retirar la pasta con la espátula hacia los laterales del stencil, manejando la espátula con un ángulo cercano a 90º. Una vez finalizada la aplicación se levantará uno de los laterales del stencil y se retirará la placa.
 
Aplicación de la pasta de soldar
Aplicación de la pasta de soldar
Este es el resultado una vez aplicada la pasta de soldadura. Es importante limpiar a continuación el stencil con alcohol para dejarlo listo para futuras aplicaciones.

Las placas con la pasta de soldadura
A continuación viene la parte más laboriosa y delicada y es el posicionado manual de los componentes. Este diseño tiene un buen número de componentes y la mayoría de los pasivos con el encapsulado en tamaño 0402 por lo que me ha llevado unas cuantas horas. Hay que tener mucho cuidado de no perder los componentes y de tocar involuntariamente las zonas donde está aplicada la pasta. Es conveniente posicionar los componentes con precisión pero también hay que tener en cuenta que durante el proceso de soldadura, los componentes tenderán a posicionarse sobre los pad.

Una recomendación para mejorar la eficiencia del proceso, es de tener preparado varias copias del topográfico y en cada copia señalar con un rotulador de colores los componentes del mismo valor. Esto facilitará la búsqueda de las posiciones de los componentes ya que de lo contrario se perderá mucho tiempo buscándolos.
Topográfico accesible para proceder con el posicionado de componentes

Una vez completado el posicionado se procederá a introducir las placas en el horno, teniendo extremo cuidado para que no se muevan los componentes.

Componentes posicionados

Colocación en el horno
Para la aleación utilizada (Sn63Pb37), el perfil de temperatura adecuado en este horno es el Wave 2. Una vez puesto en marcha el horno controlará automaticamentte el perfil de temperatura y lo irá mostrando en la pantalla.

Horno en funcionamiento
Y voilá, ya tenemos la placa montada:

Placa montada
Los componentes de inserción se montarán manualmente con un soldador.

Placa montada incluyendo componentes de inserción
Resultado final
A continuación será necesario revisar cuidadosamente las soldaduras ya que pueden aparecer cortocircuitos o incluso componentes que se han posicionado incorrectamente. Con esta placa he tenido algunos problemas con unos inductores de tamaño 0402 y algunos cortocircuitos en el microcontrolador (TQFP de 100 pines), por lo que he tenido que repasar algunas soldaduras con ayuda del soldador, flux, y la malla de desoldar.

Para ser mi primera experiencia con esta técnica el resultado no ha estado mal, con la consideración de que este diseño tiene una relativa gran densidad de componentes y de además de pequeño tamaño. Con diferencia, el proceso más crítico y laborioso ha sido el posicionado de componentes y es ahi donde tendré que refinar la técnica para mejorar tanto la eficiencia como la precisión de esta operación.

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domingo, 20 de febrero de 2011

8 - Prototipo Analizador de Antenas Vectorial

He terminado ya el diseño de la PCB, ya con el factor de forma final del instrumento, y estoy a la espera de la recepción de unas placas para el montaje de los primeros prototipos. Ha sido realmente complicado realizar el diseño en unas dimensiones tan pequeñas, 98 x 60 mm, pero al final éste ha sido viable después de algunos cambios sobre el diseño inicial.

Mientras estoy a la espera de la fabricación del los prototipos, sigo con la evolución del software. Aunque quedan todavía muchos detalles pendientes, el software es bastante funcional y las pantallas creo que se van a aproximando a las que van a tener el producto final.

Las siguientes imágenes muestran las impresiones de las pantallas más relevantes. Anotar que estas pantallas se muestran con una resolución de 320x240 y en el diseño definitivo éstan serán de 400x240.


Gráfico de Resistencia y Reactancia

Gráfico de ROE e Impedancia

Gráfico del Coeficiente de Reflexión y Angulo de Fase

Ajuste del Span

Presets de Frecuencia

Selección de Modo

Carta de Smith

Carta de Smith
La verdad es que comparado con las pantallas en monocromo y de inferior resolución del prototipo anterior la diferencia es abismal, ya que puestas en comparación las pantallas del prototipo inicial parecen las de un instrumento de otra época.



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domingo, 9 de enero de 2011

7- Prototipo Analizador de Antenas Vectorial

Han pasado algunos meses sin publicar novedades sobre el progreso del proyecto. Esto no siginifica que el proyecto se haya estancado, lo que ha sucedido es que he decidido realizar algunos cambios bastante significativos y ha llevado algún tiempo ponerlos en marcha.

El primer cambio y bastante significativo ha sido "aparcar" la solución basada en el micro-controlador PSoC5 y cambiar al STM32 de ST Microelectronics. Ha habido múltiples razones para esta decisión, para empezar destacar la falta de visibilidad por parte de Cypress en la disponibilidad y precio de este componente; y específicamente saber si realmente está interesada en el mercado amateur y ofrecer un producto competitivo en precio. Todo lo contrario sucede con la familia STM32 de STM que dispone de decenas de dispositivos tanto con núcleos Cortex M3 y ahora también Cortex M4, existen infinidad de placas de evaluación y desarrollo a precios muy competitivos (el Discovery Kit está disponible por $10), y tienen un muy buen soporte software. El STM32 no es tan flexible y la circuitería analógica de tan altas prestaciones pero es más que suficiente para la mayoría de aplicaciones.

El segundo cambio ha sido decidir utilizar un display TFT color. El display monocromo utilizado me parecía muy limitado para mostrar los gráficos y estando ya en el 2011 parece un poco anacrónico utilizar esta tecnología. Las buenas noticias es que se pueden encontrar en el mercado display TFT de tamaños de 2.8" a 3.2" a precios muy asequibles, de hecho, incluso más baratos que el monocromo. Estos displays además integran un controlador por lo que es muy sencillo el control desde un micro-controlador como el STM32. Otro punto importante es que se pueden encontrar en el mercado "breakout boards", es decir, placas que integran el display y algún hardware adicional y con conexiones de tipo de tira de pinchos por lo que es muy fácil prototipar con ellos. También comentar que algunas de las placas de evaluación incorporan displays de este tipo. Un ejemplo es la Mini STM32 V4 http://www.micro4you.com/store/mini-stm32-stm32f103-tft-lcd-board-v4/prod_164.html disponible a un precio de $50.

La última novedad es que estoy avanzando en la posible realización como producto comercial (para el segmento amateur). Las características principales serían el tamaño de bolsillo (90x60x14.5 cm), display TFT de 3.0", batería de Litio Polímero, rango de frecuencia de hasta 200Mhz, conexión USB y disco USB interno, y código abierto. Iré informando en futuras entradas en el Blog acerca del progreso de esta realización. En el caso de que no vaya adelante el proyecto, publicaré en todo caso la información necesaria y código fuente para autoconstruir el analizador en los próximos meses.

Entrando en la parte más técnica, para el nuevo prototipado del analizador he utilizado como hardware un Mini STM32 V3 y el STM32 Discovery Kit. El Mini STM32 es una placa de evaluación del STM32 que incorpora un display TFT de 2.8", dos conexiones USB, un slot SD, algunos LED y pulsadores, y una serie de tiras de pinchos para acceder a los puertos del STM32. La pega es que hay muy pocos puertos disponibles, aunque no es un gran problema para parte del desarrollo del software. Reciemente han lanzado la version V4, que tiene muchos más puertos disponibles y que será más adecuada para el prototipado del analizador.
El STM32 Discovery Kit se utiliza únicamente para la funcionalidad de depuración. El kit incorpora el ST-Link, el cual es un interface de debug que utiliza el protocolo SWI y permite el uso externo, por lo que lo he configurado de esta forma para conectarlo al Mini STM32 para poder depurar.

En la siguiente fotografía se muestra la combinación del Mini STM32 con el kit Discovery:


La selección de las herramientas de desarrollo software ha sido un pequeño dolor de cabeza. Existen varias herramientas comerciales, versiones gratuitas de las versiones comerciales con diferentes limitaciones, y los compiladores totalmente libres de GNU. Finalmente mi decisión ha sido utilizar la versión "Lite" de Atollic TrueStudio. Esta herramienta no tiene limitaciones en el tamaño de código y esta versión Lite es totalmente funcional para el desarrollo del software del analizador. El TrueStudio se apoya en el IDE de Eclipse lo cual lo hace bastante productivo.

El portado del código original del prototipo del analizador para el PSoC5 ha sido bastante sencillo. La librería para el manejo de periféricos del STM32 proporcionada por STM es realmente potente lo cual permite poner en marcha los periféricos muy fácilmente. Para el control del LCD he utilizado como base las rutinas básicas de inicialización proporcionados por el fabricante y a partir de ahí he desarrollado una librería de primitivas gráficas. STM está desarrollando una librería gráfica muy completa pero de momento está disponible solamente en Beta bajo acuerdo de confidencialidad, por lo que no es utilizable en este proyecto.

Para la funcionalidad USB, he utilizado la librería que también proporciona STM para el propósito. Es también muy sencilla de poner en marcha y hasta ahora he probado los clientes HID y Virtual COM. Están también disponibles los de disco USB, audio, etc. Como sistema de archivos he portado el FatFS de ChaN utilizando de momento una SD como soporte físico. Posteriormente se montará el sistema de archivos sobre el disco interno flash.

El diseño del interfase de usuario y la implementación software no están 100% completos pero si ya está empezando a tomar forma. Las funcionalidades proporcionadas van a ser los gráficos de impedancia para el análisis de antenas, el análisis de cables y líneas de transmisión por medio de reflectrometría en el dominio de la frecuencia, y diagrama de Smith.

La funcionalidad básica de gráficos de impedancia es la más avanzada. El diagrama mostrará hasta dos ejes, por ejemplo para mostrar el gráfico de R+X, o de Rho+Phy, o cualquiera de dos magnitudes seleccionadas por el usuario. Se proporcionarán hasta dos marcas (Marker), seleccionables por el usuario o automáticas. También se mostrarán los parámetros de impedancia completos en la frecuencia central o en cualquiera de las marcas. Otras funcionalidades serán por ejemplo, el almacenado o la recuperación de las gráficas. El STM32 tiene bastante capacidad de memoria por lo que hay bastante espacio para un buen número de funcionalidades y futuras evoluciones.

En el siguiente ejemplo de pantalla, en el primer eje se muestra la ROE y en el segundo el módulo de la impedancia, y las dos marcas están activadas.

Cualquier comentario y sugerencias para este proyecto serán bienvenidas.

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