Micrófonos MEMS (Analógicos y Digitales)

Los micrófonos son dispositivos transductores que convierten las ondas de presión acústica en señales eléctricas. Los sensores utilizados para este propósito se han vuelto más integrados (miniaturizados) al igual que otros componentes de la cadena de señal de audio y la tecnología MEMS nos permite obtener micrófonos más pequeños y disponibles con salidas analógicas o digitales (PDM, I2S). Vale recordar que ésta tecnología MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems) es utilizada desde hace muchos años en sensores de movimiento inercial como es el caso de los acelerómetros con un éxito singular. Las señales de salida de un micrófono MEMS (analógico o digital), por naturaleza, tienen diferentes factores a considerar dentro de un diseño y eso es lo que exploraremos en este artículo.

La salida de audio de un micrófono MEMS no proviene directamente desde el elemento transductor que es esencialmente un capacitor variable con una impedancia extremadamente alta de salida. En el interior del receptáculo que contiene al micrófono, la señal del transductor se envía a un pre-amplificador, cuya función inicial es la de convertir la impedancia de salida para que ésta baje a niveles más útiles cuando el dispositivo está conectado en una cadena de señal de audio. Por supuesto, la otra función básica es la de pre-amplificar las débiles señales recuperadas por el transductor MEMS para luego aplicarlas a cualquier previo de audio. Un micrófono analógico MEMS, cuyo diagrama de bloques se muestra en la siguiente figura, es básicamente un amplificador con una impedancia de salida específica y un nivel de audio predeterminado por el fabricante del dispositivo. No deja de ser el equivalente al clásico micrófono a capacitor o “electret” que tantas aplicaciones han tenido (y tienen) en todo lo que respecta a desarrollos donde un pequeño micrófono es necesario. La diferencia fundamental es la utilización de un MEMS en lugar de un capacitor (o condensador) como elemento captor.

Diagrama en bloques de un típico Micrófono MEMS analógico.

En un micrófono MEMS digital, el amplificador está integrado junto a un Convertidor Analógico-Digital (ADC) para proporcionar una salida digital, ya sea en una modulación de la señal por densidad de impulsos,  (Pulse Density Modulated - PDM) o en formato I2S. En la siguiente figura, la parte superior nos muestra el diagrama en bloques de un micrófono MEMS con salida PDM y la inferior presenta el de un micrófono digital con salida I2S (Inter-IC Sound Bus) típica. El micrófono I2S contiene toda la circuitería digital que tiene un micrófono PDM y también agrega un “Decimation Filter”, más conocido como “Filtro Anti-Aliasing” y un puerto serie para la salida del audio digital.

Diagrama en bloques de Micrófonos MEMS Digitales

El encapsulado que contiene al micrófono MEMS es único y en él se encuentran los dispositivos semiconductores, donde además, por lógica, hay un orificio estratégico para que la energía acústica pueda alcanzar el elemento transductor. Una tapa resistente se encarga de cubrir y encerrar el transductor y el ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) que se encargará de trabajar como pre-amplificador de audio. En las siguientes imágenes se puede ver el transductor MEMS sobre la izquierda y el ASIC en el lado derecho, ambos montados sobre el encapsulado y recubiertos con epoxi. El micrófono digital tiene alambres de conexión adicionales para conectar las señales digitales desde el ASIC hacia la placa de conexiones al exterior, respecto al modelo analógico.

Aspecto físico interior de micrófonos MEMS

Micrófonos MEMS Analógicos
La impedancia de salida de un micrófono MEMS analógico suele ser de unos pocos cientos de Ohms. Esto es algo elevado respecto a la baja impedancia de salida que normalmente posee un amplificador operacional, pero es lo que se necesita para estar en correspondencia con la impedancia de la etapa siguiente, dentro de una cadena de audio, inmediatamente después de un micrófono. Una etapa de baja impedancia a la salida del micrófono atenuaría el nivel de la señal,  por ejemplo, algunos codificadores de audio (analógico a digital) tienen un amplificador de ganancia programable (Programmable Gain Amplifier, PGA) antes del ADC. Con los ajustes de alta ganancia, la impedancia de entrada del PGA puede ser sólo de un par de miles de Ohms. Dentro de un micrófono MEMS, un PGA con una impedancia de entrada de 2K (2 mil Ohms) y con una impedancia de 200Ohms  de salida, puede atenuar el nivel de la señal de salida en casi un 10%. La salida de un micrófono MEMS analógico, por lo general, está limitada a una tensión de corriente continua en algún lugar entre GND y la tensión de alimentación. La presencia de esta polarización de corriente continua también significa que la señal recuperada de audio desde el micrófono será acoplada en alterna a la siguiente etapa de amplificación. La siguiente imagen muestra un ejemplo de un circuito típico, con un micrófono MEMS analógico, conectado a un amplificador operacional en una configuración no inversora.

Clásica conexión de un micrófono MEMS analógico a través de una entrada no-inversora de un AO

Micrófonos MEMS Digitales
Los micrófonos MEMS digitales basan sus funciones en la conversión analógica a digital desde el códec incorporado dentro del mismo micrófono, lo que permite una ruta de captura de audio totalmente digital desde el micrófono hasta el procesador. Los micrófonos MEMS digitales se utilizan a menudo en aplicaciones en las que las señales de audio analógicas de tan bajo nivel pueden ser susceptibles a interferencias. Por ejemplo, en una Tablet PC, la colocación del micrófono puede estar próxima al procesador digital de audio de entrada, por lo que esta señal se puede manipular sin inconvenientes cerca de elementos que manejan la conectividad Wi-Fi, Bluetooth o de telefonía móvil del dispositivo inteligente en el que estén incorporados. Al manipular estas conexiones digitales, éste tipo de micrófonos son menos propensos a captar interferencias de RF y a producir ruido o distorsión en la señal de audio obtenida desde el exterior. Esta mejora en el rechazo al ruido no deseado proporciona al sistema una mayor flexibilidad en la colocación del micrófono dentro del diseño, es decir, no será necesario tomar precauciones de alejarlo de determinadas fuentes posibles de ruido. Otra ventaja de este tipo de micrófonos se encuentra en los sistemas que sólo necesitan la captura de audio y no la reproducción, como puede ser una cámara de vigilancia. Un micrófono de salida digital elimina la necesidad de un procesador digital o convertidor ADC separado y en consecuencia, el micrófono se puede conectar directamente a un procesador digital.

Conexión de múltiples micrófonos PDM a un códec de procesamiento de datos.

Codificación PDM
PDM es la interfaz más común para los micrófonos digitales. Este formato permite que dos micrófonos puedan compartir un reloj común y la línea de datos, como vemos en la imagen superior. Los micrófonos están configurados para generar cada uno su salida en un flanco diferente de la señal de reloj (clock). Esto evita que las salidas de los dos micrófonos entren en actividad simultánea entre ellos, por lo que el diseñador puede estar seguro de que los datos de cada uno de los dos canales se capturan de forma correcta, sin conflictos de datos recuperados. En el peor de los casos, los datos capturados desde los dos micrófonos serán separados en el tiempo por un lapso de tiempo equivalente a la mitad de un período de la señal de reloj. La frecuencia de reloj es típicamente alrededor de 3MHz, lo que daría lugar a una diferencia de tiempo entre canales (entre microfónos) de sólo 0,16 ms; muy por debajo del umbral donde un oyente pueda darse cuenta. Esta misma sincronización se puede extender a sistemas con múltiples micrófonos PDM y por simple deducción podemos observar que, con micrófonos analógicos, esta sincronización debería realizarse por multiplexado dentro del ADC, en el procesador digital.

      Ejemplo de conexión de un sistema de dos micrófonos utilizando I2S

Interfaz I2S
I2S ha sido una interfaz digital para convertidores y procesadores de audio durante muchos años, pero sólo recientemente se integra en un dispositivo ubicado en el extremo de la cadena de señal, como es el caso de un micrófono. Un micrófono I2S tiene los mismos beneficios de diseño como un micrófono PDM, pero en lugar de brindar una salida de alta tasa de muestreo, como sucede con el método PDM, los datos digitales se obtienen “limpios” y “definidos”, libres de toda señal de clock que pueda inducir errores o interferencias con los datos específicos. En un micrófono PDM, esta “limpieza” ocurre dentro del códec o DSP integrado en el procesador de audio con el conocido “Filtro Anti-Aliasing” pero en un micrófono I2S, este procesamiento se realiza directamente en el interior del micrófono. Un micrófono I2S se puede conectar directamente a un microcontrolador o un DSP para el procesamiento de esta interfaz estándar. Al igual que con los micrófonos PDM, dos micrófonos de tecnología I2S se pueden conectar a una línea de datos común, aunque debemos diferenciar que el formato I2S utiliza dos señales de reloj, un reloj de palabras y un reloj de bits, en lugar de un  solo reloj como utiliza el sistema PDM.  
            

Aspecto físico de los micrófonos MEMS analógicos y digitales.

Seguramente te has cansado de hablar ante el micrófono de tu moderno teléfono móvil inteligente y nunca habías caído en la cuenta de que hace mucho estabas utilizando una tecnología que hoy estás enterándote de su existencia y de cómo funciona. Micrófonos MEMS, un paso más en la minuaturización de la electrónica diaria.

Potenciómetro con 360° de rotación

La empresa PIHER SENSORS & CONTROLS S.A., con sede industrial en Tudela-Navarra, ha incorporado a su extenso catálogo de productos, un potenciómetro de montaje superficial (SMD) con giro sin fin; es decir, que puede girar los 360° en cualquier sentido (CW/CCW) teniendo un amplio margen de trabajo de 340° de contacto eléctrico. Esta nueva versión del clásico modelo PT15, contrasta con los tradicionales que poseen sólo 240° de giro mecánico y que, en muchas oportunidades, terminan rompiéndose en los topes mecánicos dejándolos inoperativos. Si bien esta empresa ya comercializaba los sensores rotativos A15-3P, de 360° de libertad, con una resistencia característica de 3300 Ohms y especialmente diseñados para trabajar con microcontroladores, este nuevo modelo de dispositivo permite ampliar los horizontes de aplicaciones de consumo masivo, tales como hornos, cocinas, lavavajillas, herramientas eléctricas de mano, lavadoras y sistemas de aire acondicionado. También puede adaptarse a muchas aplicaciones electrónicas dentro de la industria automotriz, cumpliendo con la norma UL 94 V-0 para aplicaciones ignífugas.

La posibilidad de trabajar con pasos de retención, hacen a este potenciómetro sin fin un selector ideal para cualquier aplicación

Entre las características destacadas de este nuevo dispositivo, una nueva versión del popular PT15, se encuentra la posibilidad de seleccionar cualquier valor de resistencia de trabajo entre 100 Omhs y 5M, tal como era habitual en este modelo. Además, incorpora la función mecánica de “retenes”, la que le permite trabajar con movimientos escalonados o “por pasos”, evitando de este modo el giro libre. Ésta incorporación de 51 pasos (steps, detents) permite al usuario seleccionar de manera confiable una posición sin temor a cambios fortuitos generados por vibraciones mecánicas o movimientos no deseados. Este nuevo modelo de potenciómetro puede confundirse fácilmente con los clásicos “encoders”  utilizados en nuestros diseños con microcontroladores gracias a la similitud mecánica de su operación, sin embargo, estamos ante un potenciómetro que simplifica notablemente su conexión a la entrada del ADC en un microcontrolador o en un sistema analógico de control. Como dato anecdótico, cabe mencionar que no deja de llamar la atención que la web de esta empresa española está íntegramente desarrollada en idioma inglés, con opciones al francés, alemán, italiano, hindú y ruso. Por supuesto, además de potenciómetros, esta interesante web presenta muchos sensores y actuadores que pueden resultar ideales para aplicaciónes en robótica y mecatrónica.

Fuente: PIHER SENSORS & CONTROLS S.A.

¿Cómo selecciono un microcontrolador?

La elección del microcontrolador adecuado para un producto, diseño experimental o desarrollo, puede ser una tarea desalentadora y hasta “viciada” si no se inicia con conceptos claros y elementales, desde que lanzamos el primer trazo en una hoja de diseño. No sólo hay una mínima cantidad de características técnicas a tener en cuenta, también hay cuestiones muy diversas y que no a todos pesa por igual. No será lo mismo un aficionado que se lance a construir una pequeña aplicación llamativa con LEDs y servomotores (que quizás nunca termine), respecto a una gran empresa de manufactura, donde los costos y los tiempos de espera, que puedan paralizar un proyecto de millones de unidades, se incrementen una semana. A nivel de aficionado, podemos estar acostumbrados a echar mano del primer microcontrolador que tengamos disponible en una gaveta o de aquel que se venda en la tienda más cercana a nuestro hogar.  Ahorrar un dólar para optimizar el costo de la unidad y que luego los gastos de envío nos carguen con 30 dólares nuestro “saldo deudor”, no es una idea muy brillante. Sin embargo, en un millón de unidades (juguetes de cotillón para fiestas, con luces, por ejemplo) ese ahorro de un dólar puede significar una sonrisa muy grande en nuestros jefes.

Es decir, sin llegar a la obsesión de la mezquindad absoluta, es bueno aprender a administrar recursos ya que quizás hoy, ése dólar “extra” nos sobre en el bolsillo o en la gaveta, pero si mañana debemos aprender a administrar enormes producciones en masa, de un día para el otro, puede llegar a ser un camino muy empinado y difícil de sortear. Liberarnos del “vicio” (mencionado al inicio) de aprender a seleccionar materiales en el mercado podemos hacerlo desde el principio, durante el aprendizaje. Sin caer en pagar más gastos de transportes que de materiales, nuestro producto final hablará por nosotros y los cazadores de talentos que viven buscándote en la web, sabrán diferenciarte entre la multitud.

La selección del elemento apropiado es como intentar descubrir el mejor camino

En la última parte de esta introducción debemos reconocer que al inicio de un proyecto hay una gran tentación de saltar y empezar a seleccionar el microcontrolador antes de que los detalles del sistema estén terminados de enumerar y plasmar en un sencillo listado de necesidades, esto es, una selección de acciones que deberá ejecutar nuestro desarrollo. Esta tentación es, por supuesto, una muy mala idea. Antes de administrar cualquier pensamiento orientado a la selección del microcontrolador, los ingenieros de hardware y software (es decir, tú) deben trabajar los altos niveles del sistema, con diagramas de bloques esquemáticos y diagramas de flujos operativos. Sólo entonces, existirá suficiente información para empezar a hacer una selección racional y prudente del microcontrolador.

¿Para qué quieres utilizar un 18F14K50 si sólo deseas hacer un esclavo dentro de una red RS-485 que active un PWM para un dimmer? ¿Comprendes lo que intentamos expresar? Tal vez no tengas otra cosa que ese 18F14K50 para sacar adelante ese sistema y entregarlo mañana como trabajo práctico, pero tú sabrás bien que allí podrías haber resuelto la situación con otro microcontrolador mucho más económico y de igual en eficacia operativa. Vale decir entonces que, ante la falta de opciones, cualquier elemento puede ser útil para resolver nuestro hardware, sin embargo, cuando tenemos la posibilidad de seleccionar es bueno conocer las herramientas básicas de las que dispone cualquier diseñador para alcanzar un desarrollo optimizado.

Hacer una lista de las interfaces de hardware requeridas.
Esta es una de las primeras y principales enumeraciones a realizar. Utilizando un diagrama genérico de bloques de hardware, puedes crear una lista de todas las interfaces externas que el microcontrolador tendrá que soportar. Hay dos tipos “importantes” de interfaces que necesitan ser enumeradas. Las primeras son las interfaces de comunicación. Esto incluye los periféricos, tales como USB, I2C, SPI, UART, CAN, LIN y/o todos aquellos sistemas de comunicación que habitualmente llamamos “bus de datos”. Debes poner especial atención, dentro de esta etapa, si la aplicación requiere conectividad USB o alguna forma de Ethernet. Estas interfaces afectan en gran medida a la cantidad de espacio del programa tendrá que llevar adelante el microcontrolador. Además, aquí entra a jugar un papel fundamental el factor económico.

La cantidad de pines se determina con un simple diagrama en bloques de los periféricos utilizados

Es decir, ¿me conviene utilizar un microcontrolador con USB nativo o un FTDI operado por UART? Claro, hoy la capa física del USB o de Ethernet pueden ser habituales y nativas en microcontroladores de bajo costo, sin embargo, trabajando por UART puedo utilizar todo el abanico de soluciones “hechas y listas para usar” que puede brindarme Arduino. Del otro modo, quizás deba pagarle a desarrolladores de software para que me organicen un código optimizado en un lenguaje que desconozco, orientado específicamente para una arquitectura determinada, o que me llevará meses aprender a dominar. Fíjate que en un pequeño detalle, un ATMEL con UART y un IC FTDI pueden resultar más efectivos que un PIC con Ethernet embebido. El otro gran tipo de interfaz es el de las entradas y salidas digitales I/O, ADC, DCA y PWM (sumemos los comparadores aquí). Este tipo de interfaz terminará de cerrar el número de pines que serán requeridos por el microcontrolador para la aplicación.

Requisitos de potencia del microcontrolador
En la segunda etapa de organización debemos comenzar a pensar en los requisitos de potencia de procesamiento que necesitará nuestro microcontrolador. Esto equivale a pensar si necesitamos un procesador trabajando a más de 100Mhz, o si un 16F628A a 4Mhz será suficiente para la tarea. Al igual que con el hardware, debemos tomar nota de los requisitos que serán importantes. Por ejemplo, ¿alguno de los algoritmos necesitará utilizar matemáticas en coma flotante? Aquí tendremos que comenzar a plantear los tipos de variables más grandes (mayor cantidad de bytes) que tendremos que manipular. ¿Existen lazos de control de alta frecuencia en sensores (MEMS, ADC, etc.)? Dicho de otro modo, sería estimar los tiempos y la frecuencia en que el microcontrolador  ejecutará tareas específicas. La cantidad de potencia de cálculo requerida será uno de los mayores requisitos para determinar la arquitectura y la frecuencia de trabajo del microcontrolador. Como puedes observar, ya tenemos dos puntos de apoyo muy importantes: Saber cuanta estructura externa deberá manejar con comodidad el  Microcontrolador y a qué velocidad deberá hacerlo.

Selección de la arquitectura.
Aquí comienza una de las etapas con mayor carga de interrogantes ¿Puede este proyecto  llegar a funcionar con arquitectura de 8 bits? ¿De 16 bits? ¿O necesitaré de un núcleo ARM de 32 bits? Entre la comprensión de la aplicación y el hardware a utilizar (saber que tareas hará el micro, en qué orden y con qué periféricos), sumado a las exigencias de los algoritmos de software requeridos, ya podremos comenzar a delinear una orientación hacia la arquitectura definitiva. No debes olvidar nunca que, aunque no los veas, puedes tener media docena de compañeros de trabajo en condiciones de analizar expansiones futuras de Hardware (HW) o de Firmware (FW). Esto es muy común en el mundo Freelance, pero si eres solo y la aplicación es exclusiva para ti, tampoco debes dejar de pensar que otros, al ver tu trabajo puedan opinar: “Yo le hubiera puesto un LED indicador de X”, “A mi entender le faltan servomotores que activen un brazo articulado para una mejor interacción con el usuario”, “¿Cómo no le has incorporado un sistema inteligente de carga de baterías?”, “¿No tiene Bluetooth? ¿Significa que no podrás hacerle una aplicación interactiva a un dispositivo móvil?”

La arquitectura puede parecer un factor sencillo de resolver, sin embargo, siempre alguien deseará agregar algo más.

Necesidades de memoria.
La cantidad de Memoria de Programa (OTP o Flash) y la cantidad de RAM disponible, son dos componentes muy importantes en la selección de un microcontrolador. Asegurarte de que no te quedarás sin espacio para todo el programa (líneas de código) o en el espacio destinado a manejar las variables y las operaciones matemáticas que el proceso requiera es, sin duda, una la más altas de todas las prioridades de selección. Siempre será mucho más fácil seleccionar un microcontrolador con abundancia en estas características. Llegar al final de un diseño y descubrir que lo que necesitamos sería sólo un 5% más de espacio en Flash o en RAM puede significar una pérdida de tiempos imperdonables. Después de todo, siempre se puede empezar con un dispositivo bien dotado de espacio de memorias y luego pasar a otro más pequeño, dentro de la misma familia de microcontroladores. Además, la mayoría de los compiladores que se encargan de organizar el programa, hasta llevarlo a un archivo ejecutable por el microcontrolador, pueden calcular el espacio necesario a utilizar a medida que vamos incorporando código a la interfaz de desarrollo (IDE).  No te olvides de dejar espacio para la creatividad de terceros y las próximas versiones mejoradas del mismo equipo.  Esto puede ahorrarte muchos dolores de cabeza en el futuro y muchos rediseños de HW y FW.

Estamos a mitad de camino. Comienza la selección.
No, no te apures, no estamos refiriéndonos aún al microcontrolador. Hablamos de un proveedor confiable, de buena reputación en lo que respeta a variedad de materiales disponibles, a una mejor referencia sobre responsabilidad en el cumplimiento de los tiempos de entrega, un buen precio final y todo el apoyo logístico que pueda brindar como Servicio de Post-Venta. Esto último equivale a ofrecer los números de seguimiento de los envíos (tracking) a través del tipo de correo seleccionado para la entrega. Arrow, Avnet, Future Electronics, DigiKey, Mouser, Amidata (RS on-line), Elko, Cika o cualquier tienda similar alrededor del planeta que pueda brindarnos calidad, buen precio y confianza.

Ahora sí, para seleccionar el microcontrolador, con todos los datos que tenemos disponibles, podemos hacerlo desde nuestra experiencia y familiarización con una determinada marca, mediante la recomendación de otra persona, realizando una selección de algún modelo genérico dentro de varias marcas y luego decantarnos por el de menor costo o de mayor disponibilidad al momento de la compra.  La mayoría de los proveedores de circuitos integrados (sean fábricas o tiendas) tienen un motor de búsqueda que te permitirá introducir los parámetros más importantes del microcontrolador buscado (conjunto de periféricos, pines I/O, cantidad y tipo de memorias, etc.) y a medida que se introducen estas informaciones, la lista comienza a reducirse mostrando las coincidencias de los criterios de la búsqueda. De esa lista, el ingeniero puede avanzar hacia la selección definitiva de un microcontrolador.

Seleccionar dispositivos de bajo consumo, fundamental en equipos a batería.

Examinar los costos y las limitaciones energéticas
En este punto, el proceso de selección seguramente ya habrá revelado una serie de posibles candidatos. Este es un buen momento para examinar los requisitos de energía y el costo de cada unidad. Respecto a los requerimientos de energía, si nuestro trabajo final se alimentará desde una batería debemos asegurarnos de utilizar sistemas de ultra-bajo consumo energético. Aquí tenemos otro pilar fundamental en la elección. Como mencionamos al principio, la evaluación de costos es elemental, sin embargo, hay un criterio que no puede ser pasado por alto: "la relevancia de la aplicación en sí misma". La aclaración es la siguiente: no será lo mismo un procesador barato para un juguete, que uno sencillo, pero de alta gama y calidad para un equipo de electro-medicina. Quizás hasta este punto, con un microcontrolador de 25 centavos teníamos resulto el sistema, sin embargo, las altas garantías de seguridad de funcionamiento pueden llevarnos a seleccionar otro de 25 dólares. Es decir, la economía y la calidad de la aplicación deben equilibrar el fiel de la balanza.

Si necesitas proveer un gran proyecto, asegúrate de no quedarte sin mercadería pronto. Para un mismo producto, compara los recuadros.

Verificar la disponibilidad del dispositivo elegido.
Con la lista de partes potenciales en la mano, ahora es un buen momento para empezar a comprobar en qué cantidades se encuentra disponible la pieza que necesitamos. Algunas de las cosas a tener en cuenta son los tiempos de espera (plazos de entrega), la disponibilidad en grandes cantidades (en un mismo distribuidor) para asegurar una producción en masa sin detenciones, ni frenos inesperados. Si no hay en la tienda (no pueden tener millones de unidades de cada componente que exista) quizás su web puede informarte de la disponibilidad que hay en la fábrica y pueden acceder a estos materiales al momento de tu pedido (observa la imagn superior). Por otro lado y más allá de la disponibilidad en grandes volúmenes, es conocer si el producto está en fabricación activa o si ya está discontinuado (no se fabrica más). Todas estas cuestiones eran muy importantes en mis épocas de editor en N+. De hecho, uno de los casos emblemáticos de este problema fue el receptor con el TDA7000. Mucha gente se quedó con el deseo de construirlo. Existió un circuito integrado en una época que era un extraordinario receptor de comunicaciones. Tengo 6 u 8 unidades y podría hacer montajes maravillosos con ellos, pero ¿de qué serviría si nadie podría conseguirlos?

IDE, Compiladores y Herramientas de Depuración.
Esta puede ser una de las etapas de selección que no merece demasiados comentarios. Todos los fabricantes de microcontroladores se esforzarán y brindarán a los usuarios códigos de ejemplos, kit de desarrollos, compiladores de código, herramientas de depuración del mismo y hasta programadores específicos de la marca. Es importante saber que este material estará disponible para la construcción de los prototipos iniciales, de lo contrario, el proceso de desarrollo puede llegar a ser largo, tedioso y costoso.

Desde imaginar un producto hasta lograr cristalizarlo en la mente, hay un proceso que debe ser organizado y estructurado.

Simulación en Ordenador.
Si bien esta práctica no es aplicable a muchos casos, podemos crear un entorno de trabajo dentro de un Software de Simulación que sea capaz de soportar nuestro microcontrolador y experimentar allí si el comportamiento del dispositivo es el esperado. No siempre esta práctica es aconsejable para aferrarse a un concepto. Esto es, que allí funcione no significa que en la vida real suceda lo mismo, sin embargo, los resultados siempre serán muy aproximados y usar un simulador específico (recomendado por el fabricante de los microcontroladores) puede ser una herramienta segura y ágil para avanzar durante la fase de desarrollo. 

¡Comienza la experimentación!
Llegados a este punto del trabajo, aún no está dicha la última palabra. Si no existe un Kit de Desarrollo donde desplegar las conexiones a los periféricos necesarios y donde poder trabajar el FW con programación ICSP (In Circuit Serial Program), debemos comenzar a realizar un montaje en un protoboard, con los riesgos e impedimentos que muchas veces ello implica. Por citar un ejemplo muy sencillo y cotidiano, podemos mencionar a un 18F4550. (Pero 44 pines y encapsulado QFN). Riesgo de invertir una polaridad, de colocar un puente a Tierra o GND en un pin incorrecto, de cortocircuitar los pines del oscilador con el cuerpo metálico del cristal. Fallar en la construcción del circuito ICSP, olvidarnos de colocar resistencias limitadoras en las salidas a LED o en las entradas con Pull-up. Es decir, aquí es donde se adquiere un relieve significativo y válido de lo importante que es una apropiada simulación y un correcto desarrollo sobre un Kit específico, orientado al microcontrolador a utilizar.

Por supuesto y como mencionamos al principio, esto es el ideal para trabajos en grandes escalas de fabricación. Si sólo quieres divertirte y aprender un poco, estos sencillos consejos te ayudarán a aprender. Si tu objetivo es algún día llegar a la cresta de la ola, esto es un conocimiento básico y elemental que deberás manejar a diario.

Esto fue una interpretación libre de un artículo aparecido en EDN.

RN-52: Audio vía Bluetooth

Del mismo modo en que el RN-41 es un clásico módulo Bluetooth, que ya hemos visto y utilizado en artículos anteriores para intercambio de datos, el nuevo módulo de Microchip, con tecnología adquirida de Roving Networks, el RN-52 es el vínculo que estabas necesitando para construir cualquier enlace inalámbrico de audio, mediante la tecnología Bluetooth. Altavoces inalámbricos, auriculares, sistemas de comunicaciones de corta distancia (intercomunicadores) y múltiples aplicaciones podrán ser posibles con este nuevo módulo. Con entradas de micrófonos, salidas a altavoces, compatibilidad con iOS y Android, ahora puedes construir, con un simple microcontrolador y su UART, un enlace completo de audio estéreo de alta calidad ¿Te atrapa la idea? ¡Sigue leyendo entonces!

Si algo le estaba haciendo falta a nuestros experimentos electrónicos era transmitir audio estéreo mediante la tecnología Bluetooth. Ahora, con el módulo RN-52, fabricado por Microchip, bajo licencia de Roving Networks, podrás utilizar este módulo para diseñar y desarrollar tu propio sistema de altavoces inalámbricos, gracias a los beneficios que ofrece este módulo que incorpora una pila (Stack) Bluetooth desarrollada para proporcionar una ágil y rápida integración de cualquier microcontrolador, de cualquier marca, permitiéndote un modelo de utilización sencillo. De este modo se favorece de una manera considerable a que los diseñadores comercialicen sus accesorios con mayor rapidez e incrementen sus posibilidades de aplicación en una variedad ilimitada de productos. La pila Bluetooth embebida en el RN-52 incluye los conocidos perfiles SPP, A2DP, HFP/HSP y AVRCP, así como la iAP para iPhone/iPod. El RN-52 también es compatible con diversos codecs de audio como SBC, aptX®, AAC y MP3. Para acelerar aún más el diseño de gadgets, o aplicaciones que necesiten o quieran utilizar la tecnología Bluetooth, basados en el RN-52, Microchip presenta también el Bluetooth Audio Evaluation Kit que se encuentra disponible en Microchip Direct, por 130 Euros (169,95 Dólares). El módulo, por su parte, ya se encuentra a la venta en la web de Roving Networks por menos de 13 Euros.

Totalmente compatible con la versión estándar Bluetooth 3.0 clase 2, lo es también con las anteriores 2.1+EDR, 1.1 y 1.0.  De este modo, el RN-52 te permitirá una íntegra configuración a partir de la UART de un simple microcontrolador y te permitirá además, contar con las habituales entradas y salidas auxiliares (GPIO) para trabajar en los clásicos modos digitales como si estuvieras utilizando un RN-41 o un RN-42. Por supuesto, además cuenta con conectividad SPI y USB, la potencia de transmisión está fijada alrededor de 4dBm (2.5mW) y la sensibilidad (podría ser mejor) se ubica en -85dBm, permitiendo un enlace de unos 10 metros (mínimos y aproximados) gracias a la ganancia que le brinda su antena incorporada.  Otra de las cualidades a destacar es su bajo consumo: menos a medio miliAmper en modo de espera (Stand-By) y 30mA típicos en un enlace normal con una posibilidad de alimentación que va desde 1.8Volts (o Voltios) hasta los 3.6Volts. Las entradas de audio poseen convertidores analógicos - digitales (ADC) Sigma-Delta de segundo orden, resultando en dos canales de idéntico funcionamiento que soportan tasas de muestreo de 8, 11.025, 16, 22.05, 24, 32 y 44.1Khz y poseen dos etapas de amplificación de entrada, de ganancias variables, que permiten utilizar entradas de micrófono o de línea. Por su parte, la etapa de salida de audio con sus correspondientes convertidores digitales – analógicos (DAC), permiten trabajar a las mismas tasas de muestreo.

A menos de un mes de su presentación en sociedad, aún falta mucha información y actualización de muchos datos en las hojas técnicas a las cuales podemos tener acceso, como por ejemplo la potencia de salida de audio que trae embebida y los protocolos de comunicación entre la UART de un microcontrolador y el RN-52, por citar dos simples, sencillos y necesarios datos como para comenzar a planear las futuras aplicaciones. En ellas podremos aprovechar de las ventajas que nos permitirá enlazar dos dispositivos, en transmisión y recepción, para enviar señales de audio y datos digitales, en una combinación que por ahora promete mucha acción. RN-52 de Roving Networks – Microchip, ¿tu próximo experimento de audio inalámbrico?

Fuente: NeoTeo