GX-TXT-v3: ProvaTelecomando IR – schema elettrico e montaggio

Descrizione del progetto

Il ProvaTelecomando IR è un piccolo strumento alimentato da una comune batteria da 9 V, pensato per verificare rapidamente il funzionamento di un telecomando a infrarossi e, soprattutto, per poter confrontare in modo qualitativo telecomandi diversi.

A differenza dei comuni ricevitori IR integrati, che demodulano una portante fissa, qui il segnale viene prelevato direttamente da un fotodiodo e amplificato: lo strumento risponde quindi a qualunque telecomando, indipendentemente da frequenza di portante e protocollo.

Il circuito dispone di due regolazioni separate: guadagno dello stadio di ingresso e sensibilità.

L’idea è che, una volta realizzato il circuito, il trimmer di guadagno venga regolato durante la taratura in modo che un telecomando di potenza ragionevole, posto a una distanza altrettanto ragionevole, produca una risposta corretta con il comando della sensibilità circa a metà corsa.

Da quel momento il guadagno può rimanere fisso. Durante il normale utilizzo si agisce invece sulla sensibilità, che permette sia di confrontare la risposta di telecomandi differenti sia di modificare il comportamento dell’indicazione luminosa.

Il ProvaTelecomando utilizza due LED:

• un LED verde, che indica l’accensione dello strumento;
• un LED arancio, che segnala la ricezione del segnale infrarosso.

Il LED arancio non segue semplicemente la portante IR. Il circuito mantiene l’indicazione per un certo intervallo dopo la cessazione del segnale; a seconda della regolazione della sensibilità si può quindi ottenere un lampeggio breve oppure un’accensione più persistente.

L’accensione dello strumento avviene tramite un pulsante. Una pressione alimenta il circuito per circa 20 secondi, trascorsi i quali il ProvaTelecomando si spegne automaticamente. In questo modo non è necessario ricordarsi di spegnerlo e si evita di scaricare inutilmente la batteria.

Un semplice circuito a zener controlla infine la tensione della batteria: sotto una certa soglia il LED verde non si accende, per evitare di scambiare per normale il funzionamento con una batteria ormai troppo scarica. La soglia richiede una tensione ancora ben superiore agli 8 V.

L’intero circuito è stato infine progettato cercando di ridurre il più possibile gli ingombri, così da poter essere montato in una piccola scatola e utilizzato come semplice strumento da banco o portatile.

Parto dalla v3 semplicemente perché quando ho realizzato le versioni precedenti non tenevo ancora il blog. La V1 è però ancora sul banco, e nei prossimi post la userò come termine di confronto.

Schema elettrico

Di seguito riporto le tavole dello schema elettrico della versione GX-TXT-v3, realizzate con Autodesk Fusion.

In questa sede non entrerò nel dettaglio della progettazione e delle simulazioni dei singoli stadi; richiamerò invece, quando necessario, i risultati ottenuti in simulazione durante le successive verifiche sperimentali.

Distinta base

La seguente distinta base è relativa alla versione GX-TXT-v3 dello schema riportato sopra. I package indicati sono quelli utilizzati nel progetto Autodesk Fusion.

PCB e gestione dei piani

Nelle immagini seguenti è riportato il layout della GX-TXT-v3 visto dal lato top, rispettivamente con i poligoni di rame visualizzati e senza riempimento, in modo da rendere più leggibile anche il routing delle piste.

Sul PCB sono presenti un piano di massa e un’area di alimentazione VPOWER. Quest’ultima è stata però volutamente esclusa dalla zona relativa a VIR, cioè dalla parte del circuito direttamente collegata al fotodiodo e caratterizzata da impedenze elevate.

In questa zona un piano di alimentazione posto in prossimità delle piste del segnale avrebbe potuto facilitare l’accoppiamento di disturbi verso l’ingresso. Ho quindi preferito evitare VPOWER e utilizzare invece il piano di GND, aggiungendo numerose via di stitching per collegare fra loro le masse sui due lati della PCB.

La concentrazione di via visibile nella zona del fotodiodo e del nodo VIR è quindi intenzionale: lo scopo è creare una zona di massa il più possibile continua attorno alla parte a maggiore impedenza del circuito e ridurre l’accoppiamento con le linee di alimentazione e con il resto della scheda.

Pad di test

La PCB prevede tre punti di test dedicati ai nodi VIR, INPUT e HOLD, evidenziati in arancio nello schema a blocchi, in modo da poter osservare facilmente con l’oscilloscopio il comportamento del circuito nei suoi punti principali.

VIR è il nodo direttamente legato alla ricezione del segnale infrarosso. La corrente generata dal fotodiodo viene convertita in una variazione di tensione principalmente attraverso R7; questo è quindi il primo punto utile per osservare il segnale prodotto dal fotodiodo, o quello generato dal fotodiodo virtuale utilizzato durante le prove.

INPUT è il segnale disponibile dopo la regolazione della sensibilità e il diodo D3. Da questo nodo il segnale viene inviato allo stadio amplificatore successivo, che genera INPUT_AMP e pilota quindi la rete di carica del nodo HOLD.

HOLD è invece la tensione presente sul condensatore C12. Il segnale amplificato pilota Q7 e, attraverso D5, carica questo condensatore; la tensione così ottenuta permane anche dopo la cessazione del segnale IR e viene utilizzata dalla sezione di uscita per mantenere acceso il LED arancio per un certo intervallo di tempo.

I tre punti di test permettono quindi di seguire il segnale lungo tre momenti distinti del circuito: ricezione del segnale IR, elaborazione dopo la regolazione della sensibilità e tensione di mantenimento del LED.

Montaggio della PCB

Per il montaggio della GX-TXT-v3 ho utilizzato lo stencil per depositare la pasta saldante sulle piazzole SMD.

Ho quindi posizionato i componenti SMD e proceduto con il reflow. Il risultato dopo il forno è stato buono e il controllo delle saldature non ha evidenziato problemi particolari.

Ho infine completato la scheda saldando i componenti a foro passante e questa volta l’impronta del pulsante è corretta, a differenza della PCB precedente (v1).

Nella galleria seguente sono riportate le principali fasi del montaggio, dalla preparazione dello stencil fino alla GX-TXT-v3 completa e pronta per la caratterizzazione.

Prossimo passo: caratterizzazione della V3

A questo punto la GX-TXT-v3 è montata e pronta per le misure.

Nel prossimo post partirò dalla polarizzazione DC dei vari stadi, confrontando i valori misurati con quelli attesi e verificando così se, nel passaggio alla nuova revisione, ho introdotto qualche errore nello schema o nel PCB.

Farò inoltre un confronto con la V1, che è ancora disponibile e funzionante sul banco, evidenziando le principali differenze tra le due versioni e verificando quanto queste si riflettano sul comportamento reale del circuito.

Solo dopo questa prima verifica passerò alla caratterizzazione dinamica vera e propria.