Dica para osciloscopio (sinal com ruido)

Olá humano!

Este será um post mais curto, mas nem por isso deixa de ser interessante.

Para aqueles que ainda não estão acostumados a utilizar um osciloscópio (principalmente os digitais), ou que estão começando agora, vou mostrar como a função média pode ser muito útil.

A função média nos apresenta na tela do osciloscópio uma média do sinal amostrado, logo ela leva mais tempo para atualizar a tela. Mas qual o ganho em olharmos para a média de um sinal ao longo do tempo? Simples, quando estamos trabalhando em um ambiente onde temos muita interferência, ou ruido (elétrico), o sinal que queremos ver fica deteriorado, e em alguns casos fica impossível realizarmos algumas medidas, ou o erro fica muito grande. É ai que entra o recurso de média do sinal.

Abaixo podemos verificar o mesmo sinal capturado em um ambiente com muito ruido elétrico, que atrapalhava a medição correta do sinal. Na figura 01 temos o sinal amostrado normalmente, e na figura 02 o ‘mesmo’ (o sinal é proveniente do mesmo equipamento, sob as mesmas condições do primeiro, mas num momento de tempo diferente) sinal exibido com o uso da função média do osciloscópio.

Sinal com ruido.
Figura 01: Sinal com ruido.

Após o uso da função de média obtemos o seguinte:

Sinal com uso da função de média
Figura 02: Sinal com uso da função de média

Como podemos verificar nas imagens, temos uma medida de pico-a-pico de 113mV antes da média e 78.9mV após a media, e frequência de 7.4516Hz contra 7.500Hz.

No caso utilizamos 16 medias, mas este osciloscópio permite que selecionemos entre 8, 16, 32 e 64 medições. Neste caso o osciloscópio realiza 16 medições, faz a media destas medições e apresenta na tela o resultado. Mas porque isto ‘limpa’ o ruido?

Uma analise mais matemática nos mostra que enquanto o sinal que queremos é repetitivo (e este recurso só funciona nestes casos), o ruido, ou interferência, não é. Traduzindo de maneira mais praticas, o que temos é o seguinte, em sinais repetitivos, quanto mais tempo calcularmos médias mais próximos chegamos do sinal original, pois a interferência não acontece de maneira repetitiva, ora ela aparece em um momento, ora em outro. Por exemplo, caso exista uma interferência num pico da senoide no primeiro ciclo, no segundo ciclo ela aparece na passagem pelo zero. Ou no primeiro ciclo ela acontece de maneira positiva (um sinal positivo, que aumenta o sinal original) e no segundo (ou qualquer outro) ciclo, ela acontece de maneira negativa (diminuindo, ou atenuando, o sinal original).

Porem como tudo na engenharia, nem sempre isso funciona ou é indicado. Como por exemplo, não funciona em sinais não repetitivos, ou em casos de disparo único (single shot), uma vez que precisamos ‘ver’ vários ciclos do sinal para calcularmos a sua média.

Usando a media, a atualização da tela fica mais lenta (quanto maior o numero de amostras, mais lenta a atualização). E com isso também perdemos a capacidade de verificar sinais esporádicos. Portanto sempre precisamos ponderar quando é útil utilizarmos este recurso, e quando este recurso limita nossa percepção.

Bom, acho que consegui mostrar a utilidade e limites deste recurso. Qualquer duvida se manifeste nos comentários abaixo.

Caso seja útil esta informação, o osciloscópio utilizado foi o DSOX-2002 da Agilent (2 canais, 70MHz)

Até a próxima!

Placa Adaptadora Gravação

Olá humano!

Vou começar do fim para o inicio. Antes de escrever um post sobre o gravador de PIC USB, que é mais complexo e portanto maior, requerendo assim mais tempo deste que vos escreve, vou escrever sobre uma placa para adaptar o cabo de gravação que sai do gravador (que assim como no original ICD2 é um conector RJ11 de seis vias).

Neste projeto tentei resolver pelo menos dois problemas que tinha quanto a saída do gravador em questão, uma placa para gravar um (qualquer) PIC fora de um circuito, portanto preciso de um soquete para o microcontrolador em questão e um conector compatível com o gravador. A questão é, uma vez que quero ter a possibilidade de gravar uma grande variedade de modelos optei por deixar um (ou como veremos, dois) conector numa extremidade da placa, e conectores ao lado do soquete, de forma que com fios de jumpers eu possa ‘configurar’ os sinais de alimentação e gravação para cada modelo de microcontrolador.

O soquete que escolhi para este projeto é um do tipo textool da empresa 3M. Não tenho certeza se este que comprei é original, mas de qualquer forma me pareceu bom o suficiente. Este soquete é bem maior (e também mais caro…), e possui uma alavanca em uma das extremidades. Quando acionamos esta alavanca, optamos por duas posições, na primeira temos os contatos do soquete mais afastados, permitindo a inserção e a retirada do circuito integrado sem nenhum esforço e sem estragar nenhum dos terminais. Na outra posição da alavanca, os contatos do soquete se aproximam, fazendo uma ‘pressão’ contra os contatos do circuito integrado e dessa forma fazendo o contato do soquete com os terminais, com isso temos a posição de uso durante a gravação, nesta posição o circuito fica solidário ao soquete e não pode ser removido com facilidade.

Também optei por deixar um conector de dez pinos (tipo IDC, usado com o flat cable). Eu acostumei a usar este conector nas ultimas placas que projetei, pois acho mais pratico, e simples de usar do que o conector RJ11. Dessa forma posso utilizar esta placa para gravar um PIC fora do circuito e também funcionar como um ‘simples’ conversor RJ11-IDC.

Bom, sem muito mais a acrescentar, uma vez que o projeto é bastante simples, podemos verificar abaixo as fotos da placa. Os arquivos da projeto (em EAGLE) podem ser baixados aqui e o arquivo (.pdf) para impressão da placa pode ser baixado aqui.

Conjunto de gravador e placa adaptadora
Figura 01: Conjunto de gravador e placa adaptadora
Placa configurada com os jumpers
Figura 02: Placa configurada com os jumpers
Detalhe do conector IDC
Figura 03: Detalhe do conector IDC

Abaixo coloquei duas fotos, para exemplificar o uso do conector IDC em uma placa (do circuito Dual DAC), a primeira mostrando o conector e a segunda com o cabo da placa adaptadora conectado para realizar uma gravação.

Conector IDC (ICSP)
Figura 04: Conector IDC (ICSP)
Conector IDC (ICSP)
Figura 05: Conector IDC (ICSP), em uso

Fica a dica para quem esta precisando de algo deste tipo. Até a próxima!

Confecção de Placa de Circuito Impresso (PCI)

Olá humano!

Neste post vou discutir uma técnica bastante usada para obtenção de placas de circuito impresso (PCI), ou também chamada de PCB (do inglês Printed Circuit Board), que é o método da transferência térmica, ou somente transfer. Este método é o que eu utilizo no meu serviço, sendo que em casa eu utilizo também o processo fotográfico (quem sabe posso discuti-lo em um próximo post) além deste método.

Basicamente o que é necessário é um papel especifico para transferência térmica, conhecido no ramo de estamparia de camisetas. Este papel normalmente tem um custo mais elevado do que as outras alternativas discutidas em outros sites ou forums, porem a facilidade de uso e a certeza de bons resultados recompensam. Aqui em minha cidade, é possível pagar R$0,90 em cada folha (embalagem de 100 folhas) que na minha opinião é um ótimo custo-benefício. A folha transfer que utilizo é originalmente vendida para ser utilizada para estampar canecas plásticas, com uso de impressoras laser.

Não tenho a intenção de aprofundar esta explicação, mas para entendimento do leitor o processo consiste basicamente de utilizar o toner (pó que é utilizado nas impressoras laser) para proteger as trilhas de cobre na placa virgem e posteriormente podermos corroê-la. Primeiramente imprimimos o layout da placa (espelhado) na folha de transfer (que possui uma superfície bastante lisa, não permitindo uma aderência definitiva do toner), e depois aplicando uma temperatura suficiente para fazer com que o pó se funda novamente (a primeira fusão ocorre dentro da impressora laser, no cilindro oportunamente chamado de fusor), de forma que ele descole da folha e se fixe no cobre da placa.

Vale lembrar que o funcionamento da impressora laser é o seguinte, a folha de papel é carregada eletricamente nos pontos onde a tinta (pó) deve se fixar, uma vez que o pó do toner tem carga elétrica oposta aquela da folha, quando o papel passa próximo do pó, este se atrai e ‘gruda’ na folha, mas se nesse momento a folha for retirada antes de passar pelo fusor, ao passarmos o dedo na pagina o toner irá sair da folha e grudar em nosso dedo. Após a folha estar com o toner ela passa por um cilindro que trabalha aquecido dentro da impressora, de forma que a temperatura, e a pressão exercida pelo mecanismo, faça com que o pó se funda se fixando assim ao papel. Estas razões fazem com que o toner (como também é usualmente chamado todo o mecanismo que contem fusor, pó de tinta, etc..) seja caro, uma vez que é necessário um elemento aquecedor, um rolo fusor (que precisa ter sua superfície muito lisa, de forma que a tinta ao fundir-se não se fixe a superfície do fusor), além da tinta em pó e toda a parte plástica necessária para agrupar estes elementos.

Bom depois desta chata longa descrição do funcionamento da impressora laser, podemos voltar ao que interessa, e discutir sobre o processo.

Antes de mais nada, é necessário um tratamento inicial para o cobre da placa de circuito impresso. O procedimento que eu utilizo é o seguinte: Usando luvas de látex (para que a gordura das mãos não suje o cobre) eu passo um pouco de palha de aço, a mesma que é utilizada na limpeza de utensílios de cozinha, de forma a obter uma superfície brilhante, livre de qualquer oxidação. Após isso, limpo com solvente (eu utilizo thinner, ou álcool isopropílico) utilizando uma folha de papel (pode ser papel higiênico, papel toalha) daqueles de secar a mão, comumente encontrados em banheiros públicos. Nesta hora, limpe bem a placa, e após isto, não coloque mais a mão na superfície do cobre. O antes e o depois da placa podem ser vistos na figura 1 abaixo:

Limpeza da placa
Figura 01: Diferença entre placa antes (acima) e depois (abaixo) da ‘limpeza’

Podemos perceber que o cobre da placa, depois de limpo, fica com uma aparência mais clara, sem manchas, e passa a refletir melhor a luz. Quanto melhor o processo de limpeza, melhor o resultado final.

Após isto é necessário que se imprima o layout da placa a ser corroída no papel transfer (acho que neste ponto já é óbvio que o uso da impressora laser é obrigatório). Cabe dizer que o layout da placa precisa estar espelhado, ou seja, vai parecer correto se olharmos a impressão através de um espelho. Outro detalhe é que dependendo do software (CAD) utilizado, a impressão já estará espelhada por padrão, como no caso do EAGLE CAD (software que eu utilizo). Detalhe numero dois, no EAGLE somente o layer botton é impresso espelhado por padrão, todos os outros precisam ser espelhados (escolhendo esta opção na hora da impressão). Na figura abaixo podemos notar a tela de impressão do EAGLE onde existem as opções de impressão, devemos sempre imprimir com a escala (scale) 1, com a opção black selecionada (preferencialmente), e em alguns casos com a primeira opção (mirror) selecionada. Detalhe numero três (e ultimo desta parte) é que quanto mais toner melhor, então entre nas opções de impressão e selecione o máximo nível de toner.

Detalhe do software EAGLE
Figura 02: Detalhe do software EAGLE

Uma vez o layout impresso, devemos recortar a folha, de forma a facilitar o uso, e então fixá-lo (fita crepe é uma ótima opção) com o lado impresso em contato com o cobre, como podemos verificar abaixo na figura 03

Papel transfer fixado na PCI
Figura 03: Papel transfer fixado na PCI

Após prepararmos a placa com o papel transfer passamos a etapa da transferência de fato, onde iremos aplicar uma alta temperatura, e uma pressão neste conjunto, de forma a obtermos a transferência do toner para a placa.

Aqui cabe alguns dados: No equipamento que utilizo no meu trabalho, utilizo 210ºC aplicados na placa durante 130 segundos. A pressão fica mais complicado de estipular, uma vez que o ajuste é manual, sem escala, utilizando um varão roscado da prensa térmica (prensa para fazer camisetas estampadas). Em casa, utilizo um ferro de passar velho com a temperatura media, aplicando força ‘manual’ durante aproximadamente 120 segundos. A placa que estou mostrando neste post foi feita usando o ferro de passar.

Abaixo, nas figuras 4 e 5 podemos ver que após a ‘prensagem’ o toner adere muito bem ao cobre, e alguns minutos após (tempo suficiente para a temperatura da placa abaixar a ponto de ser possível o toque da mão) o papel pode ser retirado sem nenhum esforço. Alias aqui é encontrada a grande diferença do uso de um papel próprio versus outros papeis (algumas pessoas, ou sites, indicam papel glossy, de folha de revista, papel poliéster, papel couché, etc…), o papel transfer sai com muita facilidade, e não retém nenhuma parte do toner, fazendo o processo todo mais simples.

Placa após etapa de prensagem
Figura 04: Placa após etapa de prensagem
Placa depois de transferida
Figura 05: Placa depois de transferida

Após esta etapa, é necessário uma inspeção, que irá determinar uma das seguintes opções:

A: A transferência foi satisfatória, podemos proceder direto a corrosão.
B: A transferência foi parcialmente satisfatória, é possível retocar pequenos defeitos.
C: A transferência foi insatisfatória, muitos defeitos, tornando inviável os retoques, ou uma área com detalhes muito pequenos foi afetada, etc…

Caso aconteça A, prosseguimos com a corrosão. Caso aconteça C, voltamos ao inicio e começamos tudo de novo (limpando o toner com thinner). Caso aconteça B, podemos retocar utilizando caneta de retroprojetor (ou de escrever em CD), mas CUIDADO, normalmente as canetas de ponta fina, não são resistentes ao Cloreto de Ferro III (Percloreto de Ferro).

No caso desta placa em particular, optei por corrigir alguns pontos onde o toner ficou ‘fraco’, que pode acontecer principalmente em grandes áreas de toner como planos de terra por exemplo. Abaixo, na figura 6, podemos verificar a placa depois de retocada, antes de ir ao ataque químico:

Placa após correção com caneta para retroprojetor
Figura 06: Placa após retoques

Agora procedemos com o banho químico, que irá retirar o cobre exposto e como resultado obtemos a placa como na figura 7, abaixo:

Placa após corrosão
Figura 07: Placa após corrosão

Agora neste momento os retoques de caneta ficaram mais aparentes.

Pronto, agora que o ácido (na verdade um sal ácido) retirou todo o cobre exposto, e após confirmarmos que o ataque foi suficiente, podemos proceder com a limpeza do toner. Para isto basta uma estopa, ou pano, embebido com thinner ou acetona (ainda nunca utilizei acetona para isto). Após a limpeza, o cobre fica exposto, permitindo a solda.

Eu ainda costumo, após a limpeza e antes da furação da placa, ‘estanhar’ todo o cobre da placa, para isto eu passo pasta de solda (ou fluxo) em toda a placa, e estanho com o ferro de solda mesmo. Após isto, limpo novamente a placa com thinner e então furo toda a placa. Faço isto antes de furar, pois senão a pasta de solda (ou fluxo) entram nos furos, e sua limpeza fica muito mais complicada.

Pronto já temos uma placa pronta, com uma boa qualidade.

Agora, se acharem necessário, podemos realizar a mascara de componentes, com toner. Basta imprimir a mascara (aqui no caso do EAGLE preciso escolher a opção mirror), alinhar o papel transfer com a furação dos componentes, e então proceder com a prensagem. O resultado fica bastante bom com a pratica.

Abaixo coloquei algumas figuras da placa depois de terminada.

Placa com legenda dos componentes
Figura 08: Placa com legenda dos componentes
Placa montada
Figura 09: Placa montada
Vista superior
Figura 10: Vista superior

 

Caso alguém fique curioso, esta placa é para um adaptador de gravação de PIC ‘universal’. Mais informações no próximo post.

Para os mais interessados ou detalhistas, a impressora que melhor funcionou entre as que testei foi uma HP LaserJet 1020, com toner original. (Não, infelizmente não tenho nenhum patrocínio da HP… é só para quem quiser comparar, 🙂 ).

PS: Graças a dica ai do comentário abaixo (Alexandre), corrigi o erro de português (e do inglês também) e o correto é TONER (e não tonner como eu havia grafado primeiramente)

Até a próxima!