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Modem com o MM74HC942 (TEL150)

O circuito integrado MM74HC942, da National Semiconductor, consiste num Modem duplex completo, de baixa velocidade para a transmissão de dados via linha telefônica ou outros canais de banda estreita como fibras ópticas, links visíveis etc. Este integrado é compatível com o 103 da Bell e utiliza na sua construção a tecnologia MicroCMOS, com duas camadas de polisilício e uma camada de C-MOS (poço-P).

Obs. O artigo é de 1989.

 

São usadas comutações por capacitores para melhorar o processamento do sinal.

Na figura 1 temos o diagrama em blocos deste integrado e sua pinagem, observando-se sua disponibilidade em invólucro DIL de 20 pinos.

 

Figura 1 – Pinagem e diagrama de blocos
Figura 1 – Pinagem e diagrama de blocos

 

Suas principais características, salientadas pelo fabricante, são:

Excita cargas de 600 Ω em 0dBm

Todos os filtros estão no integrado

O nível de transmissão pode ser ajustado para se tornar compatível com quaIqueg código universal

Lógica compatível com TTL e CMOS

Entradas protegidas contra dano por descarga estática

Alimentação simétrica de 5 V

Baixo consumo

Resposta duplex completa ou operação original

Loopback para teste próprio (analógico)

Dentre as aplicações sugeridas, temos:

Modems de baixa velocidade,

Recolhimento remoto de dados,

Telemetria via rádio

Verificação de crédito,

Controle de processamento remoto.

Este modem pode ser dividido em 3 blocos, cujas funções são dadas a seguir.

 

Seção de modulação

Este setor contém um sintetizador de freqüência e um sintetizador de forma de onda senoidal.

Sua função é produzir um sinal de saída coerente e em fase com o sinal de entrada.

 

Driver de linha e seção hídrica

Estes circuitos são projetados para facilitar a conexão direta a uma linha telefônica de 600 Ω.

Eles podem operar com linhas de 2 ou 4 fios e excitam esta linha com um nível máximo de 0 dBm.

 

Seção demoduladora

O demodulador incorpora filtros que evitam a falsa informação.

Um filtro de recepção, limitador, discriminador e um detector de portadora.

O filtro de 9 pólos de recepção fornece uma taxa de rejeição de 60 dB para o tom transmitido.

O discriminador é totalmente balanceado para operação estável.

Os máximos absolutos deste integrado são:

Tensão de alimentação (VCC): - 0,5 a 7,0 V

Tensão de alimentação (Vbb): +0,5 a -7,0 V

Entrada DC de tensão (ViN): Vbb -1,5 V a VCC +1,5 V

Saída DC de tensão (VOUT: Vbb -0,5 V a VCC + 0,5 V

Dissipação de potência: 500 mW

As condições de operação recomendadas são dadas na tabela I.

 


 

 

Na tabela II temos as características DC deste integrado e na tabela III as características AC.

 


 

 

 


 

 

Damos a seguir a descrição das funções dos pinos.

Pino1 - DSI - “Driver Summing Input“ - esta entrada pode ser usada para transmitir sons gerados externamente, Como por exemplo DTMF (Dual Tone Multifrequency), para discagem.

Pino 2 - ALB - “Analog Loop Back“ - um nível lógico alto nesta entrada faz com que a saída do modulador seja conectada à entrada do demodulador, de tal modo que os dados são levados de volta ao circuito inteiro. Isto pode ser utilizado para testar o Chip. Se as entradas ALB e SQT estiverem simultaneamente em nível alto, a alimentação do circuito é cortada.

Pino 3 - CD - “Carrier Detect“ este pino vai a nível lógico baixo quando a portadora é identificada peio circuito de detecção de portadora.

Pino 4 - CDT - “Carrier Detect Timing” - um Capacitor neste pino fixa o intervalo de tempo em que a portadora deve estar presente antes da entrada CD ir ao nível baixo.

Pino 5 - RXD - “Received Data" este é o pino de saída dos dados.

Pino 6 - Vcc - “Alimentação positiva" - uma tensão de +5 V é recomendada.

Pino 7 ~ CDA - “Carrier Detect Adjust“ - este pino é usado para ajustar a detecção da portadora. O Iimiar é ajustado com uma histerese de 3 dB.

Pino 8 - XTALD -* “Cristal Drive“ XTALD e XTALS são conectadas a um Cristal de 3,5795MHz para produzir um sinal de clock para todo Chip. Se um sinal externo para excitação de outro circuito for necessário ele pode ser retirado, e se já houver um outro clock no circuito, ele pode ser aplicado nesta entrada.

Pino 9 - XTALS - “Cristal Sense” - o mesmo que o pino 8.

Pino 10 - FTLC ~ “Filter Test/Limiter Capacitor” - este pino é conectado à saída de alta impedância de um fiItro receptor. Pode ser usada para avaliar a performance do filtro e também do demodulador. Durante este teste, RXA1 e RXA2 devem ser aterradas.

Pino11 - TXD - “Transmitted Data“ - esta é a entrada de dados.

Pino 12 - Vbb - “Alimentação negativa" - recomenda-se uma tensão de -5 0 V.

Pino13 - OlA – “Original/Answer mode select” - quando em nível alto,operação.

Pino 14 - SQT - “Squelch Transmitter” - este pino desabilita o demodulador quando levado ao nível alto. A entrada EXI permanece ativa. Se SQT e ALB estiverem simultaneamente no nível alto, a alimentação do Chip é cortada.

Pino 15 ~ RXA2 - “Receive Analog 2” - RXA2 e RXA1 são entradas analógicas. Quando conectadas da forma recomendada, produzem uma característica híbrida de 600 Ω.

Pino16 - RXA1 - “Receive Analog 1” - Como RXA2.

Pino 17 - TXA - 'Transmit Analog” -esta é a saída do driver de linha.

Pino 18 - EXI - “External lnput“ - esta é a entrada de alta impedância do driver de linha. Esta entrada pode ser usada para transmitir sons gerados externamente. Quando não usada para esta finalidade, deve ser aterrada.

Pino 19 - GND - “Ground” – é a ligação à terra ou 0 V.

Pino 20 - TLA _ “Transmit Level Adjust” - um resistor deste pino ao VCC permite o ajuste do nível de transmissão

 

DESCRIÇÃO FUNCIONAL

Um modem é um dispositivo para a transmissão e recepção de dados numa faixa de comunicações com canal estreito.

O MM74HC942 utiliza a técnica FSK (Chaveamento do deslocamento de frequência) em um tom de áudio.

O tom pode ser transmitido através de linhas telefônicas comuns ou qualquer outro canal de voz.

Pela alocação compatível de tons e um bom processamento de sinal, o MM74HC942 pode transmitir e receber dados simultaneamente.

A alocação de tom para o MM74HC942 e outros modems compatíveis com o Bell 103 é dada na tabela.

 


 

 

Os termos “origem“ e “alvo“ definem a alocação de freqüências para o uso telefônico.

O modem no final da linha, e que inicia a chamada, é denominado modem de origem.

O outro modem é denominado de “resposta ou alvo”.

Interface de linha: esta seção faz a conversão, conforme o sistema seja de dois ou de quatro fios, e fornece o casamento de impedância entre o modem e a linha.

Driver de linha: trata-se de um amplificador de potência para excitar a linha.

Se o modem está operando como um modem de origem, os segundos harmônicos dos tons transmitidos caem próximos das freqüências dos tons recebidos, o que pode causar uma degradação da relação sinal/ruído desses sinais.

O driver de linha deve, então, ter características capazes de produzir uma baixa distorção no segundo harmônico.

O híbrido: a tensão na linha telefônica é a soma dos sinais recebidos e transmitidos.

Este circuito subtrai da linha telefônica a tensão do sinal transmitida.

Se a linha estiver casada com a impedância de híbrido, teremos na sua saída, somente o sinal recebido.

Isso, entretanto, raramente ocorre, já que as características de impedância da linha variam consideravelmente.

A saída híbrida constitui-se numa mistura dos sinais transmitidos e recebidos.

 

Seção de demodulação

O filtro de recepção.

O demodulador recupera os dados do sinal recebido. O sinal do híbrido é uma mistura composta do sinal transmitido, sinal recebido e ruído.

O primeiro estágio do filtro receptor é um filtro anti-informação falsa que atenua os ruídos de alta freqüência, antes da amostragem ocorrer.

O sinal passa, então, para o segundo filtro, onde o ruído e outros tons transmitidos são separados do sinal que se deseja processar.

Este consiste num filtro de 9 pólos comutado a capacitor que fornece pelo menos 60 dB de rejeição para o tom transmitido.

Ele também fornece uma elevada atenuação para o ruído de 60 Hz; um componente muito comum no ruído da linha telefônica.

 

O discriminador.

O primeiro estágio do discriminador é um limitador “hard”. Este limitador remove do sinal recebido qualquer modulação em amplitude que possa prejudicar o demodulador no sentido de alterar a marca ou espaço.

Ele compara a saída do filtro receptor com a tensão no capacitor de 100 nF no pino FTLC.

A saída deste limitador é conectada a dois filtros passa-bandas em paralelo.

Um filtro é sintonizado para a freqüência da marca e o outro, para a freqüência do espaço.

As saídas destes filtros são retificadas, filtradas e comparadas.

Se a saída do filtro demarca excede a saída do filtro de espaço, então o pino RXD vai ao nível alto.

Caso contrário, a saída vai ao nível baixo.

O demodulador é implementado com o uso de uma técnica de chaveamento por capacitor.

Comparadores altamente críticos no limitador e no discriminador com auto-zero permitem que se obtenha baixo offset.

 

Detector de portadora.

A saída do discriminador só será significativa se uma portadora de intensidade suficiente for recebida.

Isso é estabelecido no circuito de detecção de portadora que mede a intensidade do sinal na linha.

Se este nível excede um valor por um tempo pré-fixado (ajustado no pino CDT), a saída CD vai ao nível baixo, indicando que a portadora está presente.

O limite de detecção da portadora é de 3 dB abaixo do nível de referência.

Isso proporciona uma histerese que assegura que a saída CD se mantenha estável e se a portadora for perdida, a saída CD vai ao nível alto depois do intervalo pré-estabelecido e o limiar de detecção é acrescido em 3 dB.

 

Seção do modulador

O modulador consiste num sintetizador de freqüência e num sintetizador senoidal.

O sintetizador de freqüência produz um, entre quatro tons, dependendo do que há nos pinos O/A e TXD. As freqüências são sintetizadas com grande precisão graças a um oscilador a cristal e a um contador digital de dois módulos.

Os contadores usados respondem rapidamente às variações dos dados, introduzindo um deslocamento de bit desprezível e mantendo a coerência de fase.

O sintetizador de onda senoidal usa capacitores comutados para obter a forma final trecho por trecho.

O sinal amostrado é processado e comutado por capacitor e filtros contínuos para assegurar uma alta pureza espectral.

 

CIRCUITOS PRÁTICOS

Os níveis de potência transmitidos, dados na tabela, se referem à potência entregue a uma carga com 600 Ω a partir de uma fonte de 600 Ω.

 


 

 

A tensão na carga é metade da tensão TXA.

Isso pode ser levado em conta quando se projeta circuitos de interfaceamento em que não exista um casamento da impedância de carga com a impedância da fonte.

O nível de transmissão é programado pela colocação de um resistor entre o pino TLA et Vcc.

Com um resistor de 5k5 o driver de linha transmite um máximo de -9 dBm.

Como a maioria das linhas telefônicas na troca de dados introduz uma atenuação de 3 dB, o nível máximo alcançado na troca será de -12 dBm.

Este é o nível máximo permitido pela maioria das companhias telefônicas.

Assim, com esta programação, o MM74HC942 pode interfacear a maioria dos telefones.

Este arranjo é denominado “arranjo permitido".

A desvantagem deste arranjo é que, quando as perdas excedem 3 dB, nenhuma compensação é feita e a SNR (relação sinal/ruído) pode ser degradada desnecessariamente.

A SNR pode ser maximizada pelo ajuste do nível de transmissão até que ele, na troca de informações, alcance -12 dBm. Isso pode ser feito com a cooperação da companhia telefônica.

O resistor de programação usado deve ser específico para uma determinada instalação e, se possível, incluído no jaque do telefone na instalação.

O modem será, então, programável e pode ser usado com qualquer jaque corretamente ligado.

Este arranjo é denominado “universal registered jack“'e é possível com este integrada

Os valores dos resistores (tabela) necessários para programar o MM74Ho942 seguem a maioria dos códigos universais em uso.

 

AJUSTIE DO LIMIAR DE DETECÇAO DA PORTADORA

O limiar é diretamente proporcional à tensão no pino CDA. Este pino é ligado internamente a uma fonte de alta impedância que tem uma tensão nominal equivalente de Thevenin de 1,2 V e um impedância de saída de 100 k Ω.

Pela aplicação de tensão no pino CDA, o limiar de detecção pode ser ajustado.

Para encontrar a tensão necessária para um dado limiar, a seguinte equação deve ser usada:

VCDA =244 x VON

VCDA : 345 X VOFF

 

AJUSTE DO TEMPO DE DETECÇAO DA PORTADORA

CDT: um Capacitor no pino 4 fixa o intervalo de tempo em que a portadora deve estar presente antes que CD vá ao nível baixo.

Ele também fixa o intervalo de tempo que ocorre entre a remoção da portadora e a passagem de CD ao nível alto.

As equações são:

Tcdl = :6,4 X CDout

para CD indo ao nível baixo

Tcdh = 0,54 x Cdout

para CD indo ao nível alto

Onde TCDL e TCDH são dados em segundo e CCDT em pF.

 

PRECAUÇÕES COM O PROJETO

Na figura 2 temos um primeiro circuito de aplicação para um modem de dois fios.

 

   Figura 2 – Circuito de aplicação
Figura 2 – Circuito de aplicação

 

Na figura 3 temos um segundo circuito para um modem de 4 fios.

 

   Figura 3 – Modem de 4 fios
Figura 3 – Modem de 4 fios

 

Fontes de alimentação para circuitos digitais estão sujeitas a pulsos de corrente de alta intensidade e outros tipos de ruído.

Para otimizar o funcionamento deste integrado, é preciso a prevenção contra estes ruídos.

Isso envolve atenção quanto ao projeto da fonte de alimentação.

Um desacoplamento perto do componente é recomendado e elos de realimentação via terra devem ser evitados.

A velocidade dos 3 circuitos que apresentamos é de 300 baud* e tanto o capacitor CCDT como o resistor RTLA devem ser escolhidos de acordo com as características da linha.

Finalmente, na figura 4 temos o circuito completo, com acoplamento acústico à linha telefônica.

 

Figura 4 – Circuito com acoplamento acústico
Figura 4 – Circuito com acoplamento acústico

 

R1 e R2 fixam a eficiência do acoplamento acústico através do controle do ganho das etapas amplificadoras correspondentes.

Um LED serve como indicador de presença para a portadora de informações, e uma chave seleciona o modo de operação:transmissão ou recepção de dados.

O cristal é de 3,58 MHz e tanto a entrada como a saída de dados são compatíveis com as lógicas TTL e CMOS, conforme analisado neste artigo.

(*) Unidade de velocidade de fluxo de informações, igual a uma velocidade de fluxo de um elemento codificado por segundo.

 

 

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N° do componente 

(Como usar este quadro de busca)

 

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