COMO FUNCIONAN LOS TELEFONOS CELULARES
COMO FUNCIONAN LOS TELEFONOS CELULARES
Procesamiento de las señales WCDMA en Banda Base:
El bloque transmisor del Harmony Lite
Continuamos explicando el funcionamiento del bloque
procesador de señales en banda base de los teléfonos
Celulares, tomando inicialmente los modelos Motorotas
A920. En esta edición explicaremos el funcionamiento
del bloque transmisor.
El BBIF (BBIF_TX) es el camino de datos de transmisión para transferir digitalmente las señales de fase y cuadratura (I/Q) desde y hacia el procesador POG.
La unidad de demultiplicado (Demux) separa las señales de fase y cuadratura para enviarlas a los filtros pasa banda FIR.
El diseño de filtro FIR cumple con las exigencias del sistema 3GPP para la transmisión simultánea de un canal piloto y de múltiples canales de datos, cada uno de los cuales requiere un código de extensión diferente y un control por separado.
NOTA: Debemos aclarar que 3GPP es un sistema que surge de un acuerdo de colaboración en tecnología de telefonía móvil que fue establecido en Diciembre de 1998. Esta cooperación es entre ETSI (Europa), ARIB/TTC (Japón), CCSA (China), ATIS (América del Norte) and TTA (Corea de Sur).
El alcance del sistema 3GPP permite globalizar aplicaciones de tercera generación de 3G de teléfono móvil con especificaciones de sistemas ITU’s IMT-2000. Los sistemas 3GPP surgen como una evolución de los sistemas GSM, comúnmente conocidos como sistemas UMTS y no debe confundirse con 3GPP2 cuyo estándar de especificación esta basada en tecnología IS-95, comúnmente conocida como CDMA2000.
El generador de secuencia PN proporciona señales I/Q que intervalos en 8 bit PN datos en la sección de multiplexado.
El bloque de corrección DC (DCOC) se encarga de corregir desvíos en la señal DC de los bloques conversores D/A, en los filtro de antisolapamiento (anti-aliasing) y en los filtro de transmisión FIR por medio de un lazo de realimentación de control. Un lazo de control de modo mixto localizado en la salida del filtro de transmisión FIR se emplea para corregir compensaciones de corriente continua y desequilibrios en las ganancias de las señales de I/Q.
Las salidas de la unidad de ecualización de señales I/Q son enviadas a conversores digitales analógicos en secuencia de 10 bits y tanto para la señal de fase (I) como para la señal de cuadratura (Q).
Los filtros de antisolapamientos de ganancia programable y los filtros de transmisión aceptan componentes de señales I/Q diferenciales cuyas frecuencias van desde corriente continua hasta 1,92MHz provenientes de los convertidores digitales analógicos y atenúan o eliminan las señales del reloj no deseadas de 15.36MHz es decir, filtran las señales que van hacia el modulor TX (MAX2363).
La salida del filtro TX se envía a un MUX (multiplexador) A/D de 6 bits mediante un esquema de muestra y mantenimiento. Esto permite generar una muestra DC para la tensión de modo común que corresponde a las salidas de los filtros de la transmisión de señales I/Q y que es parte de un lazo de corrección digital.
Las señales diferenciales de transmisión de fase y cuadratura finalmente se envían al modulador WCDM, tal como se muestra en la figura 1, que en el caso de teléfonos celulares motorola de la serie A920 corresponde a un circuito MAX2363 que en la figura 2 se muestra con el bloque U200.
EL MAX2363
Circuito Integrado Transmisor MAX2363 en 2.3GHz con16-QAM.
El MAX2363 fue diseñado para trabajar en WCDM para aplicaciones en la banda de 1.95GHz con excelentes resultados
También se le puede emplear en servicios especiales (WCS,por ejemplo) en la frecuencia de 2.3GHz con 16 QAM (modulación de amplitud en cuadratura), para lo cual de debe realizar ligeras modificaciones en la etapa de salida.
El MAX2363 tiene un circuito interno de banda ancha solo para el puerto de salida. Solo requieren un inductor de pull-up y un capacitor de filtro. En 2.3GHz, el valor del inductor se cambia de 15mH para optimizar el desempeño de la etapa de salida (potencia de salida).
La frecuencia intermedia con las que se han levantado las características del integrado es de 220.38MHz, ya que es un valor popular en PCS NCDMA.
Entre la salida del mezclador y la entrada del conversor se usa un filtro de FI en NCDMA de 220.38MHz para filtrar el ruido existente en la banda. A este integrado se le puede hacer trabajar con un señal de entrada de 16-QAM con una taza de 500Ksps, con un ancho de canal de 625KHz.
Las características eléctricas obtenidas (Potencia de salida VGC) se muestran en la tabla 1.
A920: HARMONY LITE (TX SECTION)
A920: HARMONY LITE (TRANSMITER SECTION)
APCR típica
En la figura 3 se muestra la medida de potencia de ruido de canal adyacente (APCR), las compensaciones de frecuencia son 625KHz y 1.3 MHz para ACPRI y ACPR2 respectivamente y el ancho de banda es 30KHz.
En dicha figura se muestra el APCR típico a la salida de MAX2363 para una frecuencia de2.31535GHz.
Lectura EVM
La tensión de salida de RF EVM del MAX 2363, usando un instrumento HP89449 se puede observar en la figura 4
Vocabulario
WCDMA (CDMA de alta velocidad o banda ancha): Acceso múltiple por divino de código, es el sistema utilizado en telefonía celular para transmisión de datos de alta velocidad.
WCS: Wireless Comunications Service, servicio de comunicaciones inalámbricas de 2310MHz a 2320 MHz.
QAM: Quadrature Amplitude Modulation, modulación de amplitud en cuadralatura. Es una modulación lineal que consiste en modular en doble banda lateral dos portadoras de la misma frecuencia desfasadas 90°. Cada portadora es modulada por una de las 2 señales a transmitir. Finalmente las dos modulaciones se suman transmitiendo la señal resultante.
PCS: El término PCS (Personal Communications Services) o servicios personales de comunicación, es un servicio de telefónico inalámbrico similar al del servicio de telefónico celular con un énfasis en el servicio personal y la movilidad.
El termino “PCS” es utilizado usualmente en lugar “celular digital”, pero el significado verdadero de “PCS” es que el teléfono incluye otros servicios, tales como identificación de llamada, radiolocalizador, y correo electrónico.
La tecnología celular fue diseñada con la movilidad del usuario en mente desde un principio.
NCDMA: CDMA de banda estrecha.
TECNICAS DE LIBERACIÓN DE CELULARES
Con el uso de la Caja RS232
Desbloqueo de Sony Ericsson W800 y Siemens S65
Desde hace aproximadamente 3 años, en saber Electrónica estamos publicando artículos sobre mantenimiento y liberación de celulares. Como no abundan en nuestros países centros de capacitación sobre el tema, a través del Club Saber Electrónica también organizamos el dictado del seminario en 11 países de América Latina y hasta la fecha ya llevamos desarrollados más de 120 eventos. También pusimos en práctica un circuito que permite comunicar a una PC en un teléfono celular en base a notas de aplicación del MAX232 y así publicamos el montaje de una caja de trabajo RS232. Como es mucha la información que desarrollamos para quienes desean trabajar en el mantenimiento, liberación y reparación de los teléfonos celulares, en esta nota volvemos a mostrar el contenido del paquete educativo compuesto de 6 CDs y un DVD y le enseñamos a liberar un teléfono celular Sony Ericsson W800 y un Siemens S65 “sin necesidad de cables especiales”, simplemente con el uso de la caja y con cables que armara UD mismo.
Introducción
A los fines que el lector comprenda que no todo es piratería y que se puede ganar la vida honestamente, quisiera aclarar nuevamente porque desbloquear un teléfono celular no es un delito.
Las compañías prestatarias de telefonía celular, cuando venden un teléfono a un usuario suelen programarlo para que solo reconozca las tarjetas SIM de esa empresa, de modo que cuando uno le coloca un chip de otra empresa, el telefono no funcione. Desbloquear un telefono celular implica cambiar la información de posiciones de la memoria del telefono, a los efectos de que pueda reconocer cualquier tipo de chips (SIM), sin importar la empresa ala que pertenezca. Desbloquear un teléfono no constituye ningún delito, siempre que se cuente con el aval del propietario móvil pero…
¿al desbloquear un telefono se le está clonando?, la respuesta es NO ya que la clonación implica cambiarle la identidad al móvil y esto SI constituye un delito gravísimo y penado por la ley. En esta nota explicamos como se desbloquean algunos teléfonos celulares, dando como ejemplo un par de móviles que utilizo para el dictado de cursos y seminario en varios países de América Latina, la caja RS232 que se publico en Saber electrónica 204 y cables que arme con conectores de teléfonos tomados de cargadores de baterías viejos. Quiero agregar que “desbloquear” o reparar teléfonos celulares no es difícil, simplemente uno “debe saber” y para ello hace mas de un año preparamos un paquete educativo que trimestralmente venimos actualizando. Toda la información de los 6 CDs los lectores pueden bajarla de nuestra Web con la clave “telcel” pero como esta tarea puede resultar muy complicada, le damos la oportunidad de que adquiera el paquete a costos muy convenientes, presentados en CDS multimedia de fácil estudio.
COMO FUNCIONAN LOS TELEFONOS CELULARES
El sistema de audio de un telefono celular
El sistema de audio de un teléfono celular es, quizá, una de las etapas
que mas diferencias puede presentar en distintos modelos de móviles
debido a que no solo debe poder captar la voz de un interlocutor y
reproducir el sonido de un operador distante, sino que también debe
encargarse de reproducir con volumen ajustable música guardada en
el memoria del celular, permite la conexión de auriculares, poder
seleccionar ente parlantes internos y externos, etc. En esta nota veremos
como se realiza la “transmisión y reopción” de audio en un microteléfono
tomando como base el sistema 920 de Motorola, tal como venimos
haciendo en este “curso” sobre funcionamiento de teléfonos celulares.
Introducción
Vamos a dividir nuestra explicación en las etapas de recepción y de transmisión de audio para luego detenernos en la etapa de potencia y el procesador de banda base, teniendo en cuenta que todos estos bloque conforman el sistema de sonido de un telefono celular.
La Recepción de Audio
En la figura 1 se puede apreciar en diagrama en bloques del sistema de audio de un telefono celular, orientado a la recepción de señales. Note el bloque “principal” que es la plataforma que realiza el control de audio (PCAP), su interacción con el procesador de banda base (POG) y la inclusión de filtros que conectan a los parlantes de la unidad.
La recepción de datos de audio se transfiere desde el POG al PCAP a través de la interfase ASAP para el modo monoaural y por medio de la interfase ASAP para recepción de datos en estéreo.
Luego los datos son convertidos en una información analógica (análoga) por un conversor digital-analógico de 16 bit para información estéreo o un CDA (conversor digital –analógico) de 13 bits para el audio de una comunicación telefónica (información mono). La salida del CDA interno del PGA puede ser encaminada a una de las cuatro salidas a través de un multiplexor interno.
Todas las salidas usan el mismo convertidor digital analógico y solo una salida puede ser activa ala vez. El usuario puede ajustar las ganancias de las salidas del audio con los botones de control de volumen.
El parlante del telefono (Handset Speaker) recibe la señal de audio desde un amplificador diferencial (SPKR) que se encuentra en el interior de la PCAP.
Las señales de salida del PCAP SPKR-Y SPKR + se aplican al parlante luego de pasar por un filtro a través de las líneas que en la figura 2 se denominan R4004 y R4005 respectivamente y que luego se “unen” en dicho parlante. Note en el diagrama de bloques de la figura 1 y en el esquemático de la figura 2 que del camino SPKR-, SPKR_IN se envía a la entrada de un amplificador operacional A1 a través del capacitor C4002.
Por otra parte, la línea o camino (cable) SPKR_OUT1 del PCAP se envía a SPKR- a través de C4000 y C4002 que es la salida CDA del codificador. Las líneas SPKR_IN y SPKR_OUT1 mantienen la tensión de polarización durante periodos de standby y esta tensión se mantiene por medio de un capacitor para evitar “ruidos” o “pequeñas explosiones” cuando comience a funcionar el amplificador el amplificador como consecuencia de la recepción de una señal.
Los auriculares utilizan un conector estéreo estándar 2.5 mm El teléfono “notará” la presencia de los auriculares estéreos que usan la línea HS-SPKR.L del conector de auriculares (vea la figura), que posee la resistencia de pull-up R4395 para conectarse al PCAP a través de la línea ST-COMP (esto es una interrupción del PCAP que es enviado a MCU sobre el bus SPI, figura 2). La línea ST_COMP tomará un estado binario bajo cada vez que un auricular estéreo sea insertado en el conector del celular. Los auriculares pueden contener un interruptor momentáneo, que normalmente está cerrado y que se coloca en serie cerrado y que se coloca en serie con el micrófono. Cuando se presiona el interruptor momentáneo, se interrumpirá la corriente que se suministra al micrófono, el teléfono no notará esta acción y dará un respuesta apropiada, que podría ser, por ejemplo, contestar una llamada, terminar una llamada, o marcar el último número del bloc de notas.
Los articulares reciben la señal de audio desde un amplificador estéreo interno al PCAP a través de las líneas (caminos o cables) ARIGHT _ OUT y ALEFT_OUT (figura 1), encaminados por C4356, R4352 y C4306, R4302 respectivamente (figura 2), que por último se aplican al conector de articulares. Note que se toma del camino ARIGH-T_OUT, a través del capacitador C4354, la señal ARITH_IN que se aplica a la entrada del amplificador operacional interno del PCAP, formando de esta manera una realimentación. De la misma manera, de la línea ALEFT_Out se toma señal que, a través de C4304, se envía a la entrada de otro amplificador operacional por medio de la línea ALEFT_IN.
El parlante externo se conecta al pin 15 del J5000 (AUDIO_OUT), que es el conector que se emplea para poder conectar un parlante externo. El camino de audio es establecido por R4400 y C4400 que se aplica a EXTOUT del PCAP. El nivel de corriente continua de cada esta señal de audio de salida (Audio_Out) también se emplea para establecer la condición de teléfono conectado o desconectado. Esto se logra tomando señal de audio (Audio_Out) a través de la línea ON2 del PCAP por medio del resistor R5053. Cuando se aplica una señal de corriente continua superior a 0,4V durante un tiempo mayor a los 700 milisegundos, el teléfono va del estado ON al estado OFF.
El parlante externo recibe la señal de audio desde el amplificado ALRT que se encuentra en el interior de la PCAP (A2 en la figura 1). Las señales de este amplificador se envían a través de las líneas ALRT –Y ALRT +.
Como explicamos en los casos anteriores, ya sea en el caso del parlante interno (Handset Speaker) o de los auriculares, en este caso también se toma una señal de realimentación por medio de la línea o camino ALRT_IN a través de un resistor, en este caso R4201. La señal de salida de este amplificador operacional se encamina hacia el parlante externo a través de C4200 y R4200 que es la salida DAC del codificador.
La Transmisión de Audio
En la figura 3 se muestra un diagrama en bloques que resume el funcionamiento del sistema de transmisión de un teléfono celular, en este caso de la serie 920 de Motorola. En la figura 4 se grafica el circuito que corresponde a esta etapa, notando la conexión de los componentes periféricos al circuito U3000 que corresponde a la plataforma de control de potencia de audio (sistema amplificador final o PCAP).
El Micrófono Interno es un componente físico a partir del cual se toma la señal que deberá ser amplificada para su procesamiento. En la figura 4 se puede apreciar que al micrófono se le conectar un resistor (R4103) para proveer una tensión de polarización de 2V en la línea MIC-BIAS desde la línea MIC_BIAS1 de la plataforma de control de potencia de audio (PCAP). Para mantener el ruido a un nivel mínimo, se establece un sistema de filtros cuya salida se conecta a la entrada de un MUX interno de la PCAP.
En el caso de utilizar el micrófono que se encuentra en los auriculares externos, la señal se aplica a la línea HS_MIC que será “filtrada” para ingresar a la PCAP por medio de la línea MIC_BIAS2. De la misma manera que antes, se establece un sistema circuital que permite “balancear” el ruido para que se mantenga en un nivel adecuado para permitir la amplificación de la señal desde el auricular a través de la línea MIC_OUT. La línea HS_MAKE_DET supervisa la presencia de los auriculares por medio de la tensión presente en A1_INT de la PCAP, que pasa por R4398. Un mecanismo de conmutación integrado en el conector de auriculares
Abrirá o cerrará el camino HS_MAKE_DET a tierra, dependiendo si los auriculares están o no conectados.
La entrada del micrófono externo (AUDIO_IN) se obtiene (o se aplica según como lo interprete) del conector accesorio para el teléfono móvil y, por medio de componentes periféricos se aplica a la línea EXT_MIC de la PCAP.
Note que a diferencia de los dos casos anteriores, aquí aplicamos la señal directamente al mutiplexor de audio sin pasar por un amplificador previo. Además de la señal de audio, la línea AUDIO_IN detecta la presencia de depósitos accesorios. El accesorio, conectado al bus CE tendrá una impedancia de salida que pondrá a la línea LOGIC_SENSE en un nivel predeterminado. El Pog leerá el nivel de entrada de LOGIC_SENSE y configurará el de audio en consecuencia.
El MUX de la PC/AP elige la señal de entrada, ya sea del micrófono de entrada, ya sea del micrófono de celular o del micrófono de auriculares o proveniente de una entrada de audio a través de un Multiplexor de Audio (AUD MUX). Luego, un convertidor analógico – digital convierte las señales analógicas entrantes en palabras de 13 bit, con codificación PCM. Las señales digitales de audio resultantes son transferidas al POG DSP a través de una interface serial de 4 hilos (ASAP).
Etapa de Audio de Potencia & PCAP
En la figura 5 se puede apreciar el diagrama en bloques de la unidad U3000, plataforma de control de potencia de audio PCAP que es un circuito integrado que maneja diferentes señales y realiza las siguientes tareas.
- Filtrado y amplificación de la señal de entrada/salida de audio.
- Selección de camino de audio.
- Regulación de voltaje.
- Control de carga de batería.
- Proporciona un reloj de tiempo real.
- Control de ring/vibrador.
- Realiza la adaptación de los protocolos RS-232/USB.
- Control de luz de fondo.
- Control de encendido de Leds.
- Realiza el multiplexado de entradas por monitoreo de tensiones y temperatura.
- Control dual de interfase SPI para permitir al acceso de dos procesadores de banda de base independientes.
- Posee un conversor DA estéreo.
- Realiza el control de protección de sobretensión.
Este circuito integrado es controlado y configurado por un circuito integrado procesador de banda base (POG) por medio de una interfase serial de 4 cables o hilos (SPI) El Procesador de banda base tiene acceso a la lectura/escritura de la PCAP. Los datos de audio son transmitidos/recibidos desde el procesador de banda base a través de una interfase SSI de cuatro cables.
Procesador de Banda Base
El POG (Procesador de banda de base) integra un Micro controlador de Comunicaciones (MCU) 32 bits con sistema RISC (Sistema reducido de instrucciones), un procesador digital de 32 bits DSP (Procesador digital de señales) y un módulo interprocesador de comunicaciones de (IPCM) con periférico asociados y coprocesadores.
A continuación brindamos una breve descripción de los corazones y periféricos asociados que son usados en este diseño. El diagrama en bloques que representa la interconexión del Procesador de banda base se muestra en la figura 6.
Las figuras 7 y 8 muestran el esquema circuital genérico del POG, con sus componentes asociados, donde se destaca lo siguiente:
- Posee un MCU, micro controlador.
- Incluye GPS
- Integra un DSP que procesa la señal GSM.
- Tiene un EIM, módulo de interfase externo.
- Realiza comunicaciones en protocolos USB/Serial.
- Realiza conversiones analógicas/digitales.
En cuanto a los bloques del mencionado circuito integrado procesador POG, podemos decir lo siguiente:
- IPCM: Proporciona DMA de varios canales entre el Mcore (procesador digital), el DSP y los periféricos.
- GOSPI: Interfase PCAP.
- EBIF: Interfase externo del autobús para el transporte de datos DMA, WCDMA.
- MQSPI1: Control de señales WCDMA.
- ELIT1: Temporizador WCDMA.
- CKIH: es un interfase WCDMA de temporización de 15.36MHz.
- ASAP: interfase para PCAP y bluetooth de audio.
- Serial BBIF (interfase de Banda de base): Transporte de datos GSM.
- MQSPI2 (interfase periférica serial): Realiza el control de señales GSM.
- ELIT2 (temporizador): Temporizador de acontecimiento GSM.
- CKIH: Reloj GSM de 13 MHz.
Además del sistema de memoria interna del POG, la arquitectura proporciona 128 Mbit (16 Mbyte de palabras de 8bits) de memoria flash externa proporcionado por memorias Intel de 64Mbit cada una (figura 9). El bus de estas memorias es de 23 bits de direccionamiento y 32 bits de datos. La memoria flash corre a 42-45 MHz.
Glosario de Términos
A modo de complemento, daremos la definición de algunos términos muy utilizados, referentes a los sistemas de telefonía celular:
Sistema de Localización de Transmisores (TLS): Sistema para geo localización de fuentes generadores de interferencia radioeléctrica.
Sistema Global de Comunicaciones Móviles (GSM)
Global System For Mobile Comunication. Sistema global para comunicaciones móviles. Sistema digital para las comunicaciones móviles basado en una norma ampliamente aceptada. El sistema GSM funciona normalmente en las bandas de frecuencia de 900MHz, 1800MHz y 1900 MHz.
Sistema GPS: Sistema de localización y seguimiento de GSP.
Sistemas SMS: System Short Massage, sistema de mensajes cortos, sistema gracias al cual se envían mensajes alfanuméricos.
Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS):
Sistema europeo de comunicaciones móviles de tercera generación basado en tecnología WCDMA y normalizado por el ETSI. Además de voz y datos, el sistema UMTS permite la transmisión de audio y video a dispositivos inalámbricos.
Telefonía GSM900, PCS (Personal Communication Systems): Sistemas de Comunicación Personal, es un nombre dado a los sistemas inalámbricos que están empezando a operar en la banda de los 1800MHz.
Procesamiento de las señales WCDMA en Banda Base:
El bloque transmisor del Harmony Lite
Continuamos explicando el funcionamiento del bloque
procesador de señales en banda base de los teléfonos
Celulares, tomando inicialmente los modelos Motorotas
A920. En esta edición explicaremos el funcionamiento
del bloque transmisor.
El BBIF (BBIF_TX) es el camino de datos de transmisión para transferir digitalmente las señales de fase y cuadratura (I/Q) desde y hacia el procesador POG.
La unidad de demultiplicado (Demux) separa las señales de fase y cuadratura para enviarlas a los filtros pasa banda FIR.
El diseño de filtro FIR cumple con las exigencias del sistema 3GPP para la transmisión simultánea de un canal piloto y de múltiples canales de datos, cada uno de los cuales requiere un código de extensión diferente y un control por separado.
NOTA: Debemos aclarar que 3GPP es un sistema que surge de un acuerdo de colaboración en tecnología de telefonía móvil que fue establecido en Diciembre de 1998. Esta cooperación es entre ETSI (Europa), ARIB/TTC (Japón), CCSA (China), ATIS (América del Norte) and TTA (Corea de Sur).
El alcance del sistema 3GPP permite globalizar aplicaciones de tercera generación de 3G de teléfono móvil con especificaciones de sistemas ITU’s IMT-2000. Los sistemas 3GPP surgen como una evolución de los sistemas GSM, comúnmente conocidos como sistemas UMTS y no debe confundirse con 3GPP2 cuyo estándar de especificación esta basada en tecnología IS-95, comúnmente conocida como CDMA2000.
El generador de secuencia PN proporciona señales I/Q que intervalos en 8 bit PN datos en la sección de multiplexado.
El bloque de corrección DC (DCOC) se encarga de corregir desvíos en la señal DC de los bloques conversores D/A, en los filtro de antisolapamiento (anti-aliasing) y en los filtro de transmisión FIR por medio de un lazo de realimentación de control. Un lazo de control de modo mixto localizado en la salida del filtro de transmisión FIR se emplea para corregir compensaciones de corriente continua y desequilibrios en las ganancias de las señales de I/Q.
Las salidas de la unidad de ecualización de señales I/Q son enviadas a conversores digitales analógicos en secuencia de 10 bits y tanto para la señal de fase (I) como para la señal de cuadratura (Q).
Los filtros de antisolapamientos de ganancia programable y los filtros de transmisión aceptan componentes de señales I/Q diferenciales cuyas frecuencias van desde corriente continua hasta 1,92MHz provenientes de los convertidores digitales analógicos y atenúan o eliminan las señales del reloj no deseadas de 15.36MHz es decir, filtran las señales que van hacia el modulor TX (MAX2363).
La salida del filtro TX se envía a un MUX (multiplexador) A/D de 6 bits mediante un esquema de muestra y mantenimiento. Esto permite generar una muestra DC para la tensión de modo común que corresponde a las salidas de los filtros de la transmisión de señales I/Q y que es parte de un lazo de corrección digital.
Las señales diferenciales de transmisión de fase y cuadratura finalmente se envían al modulador WCDM, tal como se muestra en la figura 1, que en el caso de teléfonos celulares motorola de la serie A920 corresponde a un circuito MAX2363 que en la figura 2 se muestra con el bloque U200.
EL MAX2363
Circuito Integrado Transmisor MAX2363 en 2.3GHz con16-QAM.
El MAX2363 fue diseñado para trabajar en WCDM para aplicaciones en la banda de 1.95GHz con excelentes resultados
También se le puede emplear en servicios especiales (WCS,por ejemplo) en la frecuencia de 2.3GHz con 16 QAM (modulación de amplitud en cuadratura), para lo cual de debe realizar ligeras modificaciones en la etapa de salida.
El MAX2363 tiene un circuito interno de banda ancha solo para el puerto de salida. Solo requieren un inductor de pull-up y un capacitor de filtro. En 2.3GHz, el valor del inductor se cambia de 15mH para optimizar el desempeño de la etapa de salida (potencia de salida).
La frecuencia intermedia con las que se han levantado las características del integrado es de 220.38MHz, ya que es un valor popular en PCS NCDMA.
Entre la salida del mezclador y la entrada del conversor se usa un filtro de FI en NCDMA de 220.38MHz para filtrar el ruido existente en la banda. A este integrado se le puede hacer trabajar con un señal de entrada de 16-QAM con una taza de 500Ksps, con un ancho de canal de 625KHz.
Las características eléctricas obtenidas (Potencia de salida VGC) se muestran en la tabla 1.
A920: HARMONY LITE (TX SECTION)
A920: HARMONY LITE (TRANSMITER SECTION)
APCR típica
En la figura 3 se muestra la medida de potencia de ruido de canal adyacente (APCR), las compensaciones de frecuencia son 625KHz y 1.3 MHz para ACPRI y ACPR2 respectivamente y el ancho de banda es 30KHz.
En dicha figura se muestra el APCR típico a la salida de MAX2363 para una frecuencia de2.31535GHz.
Lectura EVM
La tensión de salida de RF EVM del MAX 2363, usando un instrumento HP89449 se puede observar en la figura 4
Vocabulario
WCDMA (CDMA de alta velocidad o banda ancha): Acceso múltiple por divino de código, es el sistema utilizado en telefonía celular para transmisión de datos de alta velocidad.
WCS: Wireless Comunications Service, servicio de comunicaciones inalámbricas de 2310MHz a 2320 MHz.
QAM: Quadrature Amplitude Modulation, modulación de amplitud en cuadralatura. Es una modulación lineal que consiste en modular en doble banda lateral dos portadoras de la misma frecuencia desfasadas 90°. Cada portadora es modulada por una de las 2 señales a transmitir. Finalmente las dos modulaciones se suman transmitiendo la señal resultante.
PCS: El término PCS (Personal Communications Services) o servicios personales de comunicación, es un servicio de telefónico inalámbrico similar al del servicio de telefónico celular con un énfasis en el servicio personal y la movilidad.
El termino “PCS” es utilizado usualmente en lugar “celular digital”, pero el significado verdadero de “PCS” es que el teléfono incluye otros servicios, tales como identificación de llamada, radiolocalizador, y correo electrónico.
La tecnología celular fue diseñada con la movilidad del usuario en mente desde un principio.
NCDMA: CDMA de banda estrecha.
TECNICAS DE LIBERACIÓN DE CELULARES
Con el uso de la Caja RS232
Desbloqueo de Sony Ericsson W800 y Siemens S65
Desde hace aproximadamente 3 años, en saber Electrónica estamos publicando artículos sobre mantenimiento y liberación de celulares. Como no abundan en nuestros países centros de capacitación sobre el tema, a través del Club Saber Electrónica también organizamos el dictado del seminario en 11 países de América Latina y hasta la fecha ya llevamos desarrollados más de 120 eventos. También pusimos en práctica un circuito que permite comunicar a una PC en un teléfono celular en base a notas de aplicación del MAX232 y así publicamos el montaje de una caja de trabajo RS232. Como es mucha la información que desarrollamos para quienes desean trabajar en el mantenimiento, liberación y reparación de los teléfonos celulares, en esta nota volvemos a mostrar el contenido del paquete educativo compuesto de 6 CDs y un DVD y le enseñamos a liberar un teléfono celular Sony Ericsson W800 y un Siemens S65 “sin necesidad de cables especiales”, simplemente con el uso de la caja y con cables que armara UD mismo.
Introducción
A los fines que el lector comprenda que no todo es piratería y que se puede ganar la vida honestamente, quisiera aclarar nuevamente porque desbloquear un teléfono celular no es un delito.
Las compañías prestatarias de telefonía celular, cuando venden un teléfono a un usuario suelen programarlo para que solo reconozca las tarjetas SIM de esa empresa, de modo que cuando uno le coloca un chip de otra empresa, el telefono no funcione. Desbloquear un telefono celular implica cambiar la información de posiciones de la memoria del telefono, a los efectos de que pueda reconocer cualquier tipo de chips (SIM), sin importar la empresa ala que pertenezca. Desbloquear un teléfono no constituye ningún delito, siempre que se cuente con el aval del propietario móvil pero…
¿al desbloquear un telefono se le está clonando?, la respuesta es NO ya que la clonación implica cambiarle la identidad al móvil y esto SI constituye un delito gravísimo y penado por la ley. En esta nota explicamos como se desbloquean algunos teléfonos celulares, dando como ejemplo un par de móviles que utilizo para el dictado de cursos y seminario en varios países de América Latina, la caja RS232 que se publico en Saber electrónica 204 y cables que arme con conectores de teléfonos tomados de cargadores de baterías viejos. Quiero agregar que “desbloquear” o reparar teléfonos celulares no es difícil, simplemente uno “debe saber” y para ello hace mas de un año preparamos un paquete educativo que trimestralmente venimos actualizando. Toda la información de los 6 CDs los lectores pueden bajarla de nuestra Web con la clave “telcel” pero como esta tarea puede resultar muy complicada, le damos la oportunidad de que adquiera el paquete a costos muy convenientes, presentados en CDS multimedia de fácil estudio.
COMO FUNCIONAN LOS TELEFONOS CELULARES
El sistema de audio de un telefono celular
El sistema de audio de un teléfono celular es, quizá, una de las etapas
que mas diferencias puede presentar en distintos modelos de móviles
debido a que no solo debe poder captar la voz de un interlocutor y
reproducir el sonido de un operador distante, sino que también debe
encargarse de reproducir con volumen ajustable música guardada en
el memoria del celular, permite la conexión de auriculares, poder
seleccionar ente parlantes internos y externos, etc. En esta nota veremos
como se realiza la “transmisión y reopción” de audio en un microteléfono
tomando como base el sistema 920 de Motorola, tal como venimos
haciendo en este “curso” sobre funcionamiento de teléfonos celulares.
Introducción
Vamos a dividir nuestra explicación en las etapas de recepción y de transmisión de audio para luego detenernos en la etapa de potencia y el procesador de banda base, teniendo en cuenta que todos estos bloque conforman el sistema de sonido de un telefono celular.
La Recepción de Audio
En la figura 1 se puede apreciar en diagrama en bloques del sistema de audio de un telefono celular, orientado a la recepción de señales. Note el bloque “principal” que es la plataforma que realiza el control de audio (PCAP), su interacción con el procesador de banda base (POG) y la inclusión de filtros que conectan a los parlantes de la unidad.
La recepción de datos de audio se transfiere desde el POG al PCAP a través de la interfase ASAP para el modo monoaural y por medio de la interfase ASAP para recepción de datos en estéreo.
Luego los datos son convertidos en una información analógica (análoga) por un conversor digital-analógico de 16 bit para información estéreo o un CDA (conversor digital –analógico) de 13 bits para el audio de una comunicación telefónica (información mono). La salida del CDA interno del PGA puede ser encaminada a una de las cuatro salidas a través de un multiplexor interno.
Todas las salidas usan el mismo convertidor digital analógico y solo una salida puede ser activa ala vez. El usuario puede ajustar las ganancias de las salidas del audio con los botones de control de volumen.
El parlante del telefono (Handset Speaker) recibe la señal de audio desde un amplificador diferencial (SPKR) que se encuentra en el interior de la PCAP.
Las señales de salida del PCAP SPKR-Y SPKR + se aplican al parlante luego de pasar por un filtro a través de las líneas que en la figura 2 se denominan R4004 y R4005 respectivamente y que luego se “unen” en dicho parlante. Note en el diagrama de bloques de la figura 1 y en el esquemático de la figura 2 que del camino SPKR-, SPKR_IN se envía a la entrada de un amplificador operacional A1 a través del capacitor C4002.
Por otra parte, la línea o camino (cable) SPKR_OUT1 del PCAP se envía a SPKR- a través de C4000 y C4002 que es la salida CDA del codificador. Las líneas SPKR_IN y SPKR_OUT1 mantienen la tensión de polarización durante periodos de standby y esta tensión se mantiene por medio de un capacitor para evitar “ruidos” o “pequeñas explosiones” cuando comience a funcionar el amplificador el amplificador como consecuencia de la recepción de una señal.
Los auriculares utilizan un conector estéreo estándar 2.5 mm El teléfono “notará” la presencia de los auriculares estéreos que usan la línea HS-SPKR.L del conector de auriculares (vea la figura), que posee la resistencia de pull-up R4395 para conectarse al PCAP a través de la línea ST-COMP (esto es una interrupción del PCAP que es enviado a MCU sobre el bus SPI, figura 2). La línea ST_COMP tomará un estado binario bajo cada vez que un auricular estéreo sea insertado en el conector del celular. Los auriculares pueden contener un interruptor momentáneo, que normalmente está cerrado y que se coloca en serie cerrado y que se coloca en serie con el micrófono. Cuando se presiona el interruptor momentáneo, se interrumpirá la corriente que se suministra al micrófono, el teléfono no notará esta acción y dará un respuesta apropiada, que podría ser, por ejemplo, contestar una llamada, terminar una llamada, o marcar el último número del bloc de notas.
Los articulares reciben la señal de audio desde un amplificador estéreo interno al PCAP a través de las líneas (caminos o cables) ARIGHT _ OUT y ALEFT_OUT (figura 1), encaminados por C4356, R4352 y C4306, R4302 respectivamente (figura 2), que por último se aplican al conector de articulares. Note que se toma del camino ARIGH-T_OUT, a través del capacitador C4354, la señal ARITH_IN que se aplica a la entrada del amplificador operacional interno del PCAP, formando de esta manera una realimentación. De la misma manera, de la línea ALEFT_Out se toma señal que, a través de C4304, se envía a la entrada de otro amplificador operacional por medio de la línea ALEFT_IN.
El parlante externo se conecta al pin 15 del J5000 (AUDIO_OUT), que es el conector que se emplea para poder conectar un parlante externo. El camino de audio es establecido por R4400 y C4400 que se aplica a EXTOUT del PCAP. El nivel de corriente continua de cada esta señal de audio de salida (Audio_Out) también se emplea para establecer la condición de teléfono conectado o desconectado. Esto se logra tomando señal de audio (Audio_Out) a través de la línea ON2 del PCAP por medio del resistor R5053. Cuando se aplica una señal de corriente continua superior a 0,4V durante un tiempo mayor a los 700 milisegundos, el teléfono va del estado ON al estado OFF.
El parlante externo recibe la señal de audio desde el amplificado ALRT que se encuentra en el interior de la PCAP (A2 en la figura 1). Las señales de este amplificador se envían a través de las líneas ALRT –Y ALRT +.
Como explicamos en los casos anteriores, ya sea en el caso del parlante interno (Handset Speaker) o de los auriculares, en este caso también se toma una señal de realimentación por medio de la línea o camino ALRT_IN a través de un resistor, en este caso R4201. La señal de salida de este amplificador operacional se encamina hacia el parlante externo a través de C4200 y R4200 que es la salida DAC del codificador.
La Transmisión de Audio
En la figura 3 se muestra un diagrama en bloques que resume el funcionamiento del sistema de transmisión de un teléfono celular, en este caso de la serie 920 de Motorola. En la figura 4 se grafica el circuito que corresponde a esta etapa, notando la conexión de los componentes periféricos al circuito U3000 que corresponde a la plataforma de control de potencia de audio (sistema amplificador final o PCAP).
El Micrófono Interno es un componente físico a partir del cual se toma la señal que deberá ser amplificada para su procesamiento. En la figura 4 se puede apreciar que al micrófono se le conectar un resistor (R4103) para proveer una tensión de polarización de 2V en la línea MIC-BIAS desde la línea MIC_BIAS1 de la plataforma de control de potencia de audio (PCAP). Para mantener el ruido a un nivel mínimo, se establece un sistema de filtros cuya salida se conecta a la entrada de un MUX interno de la PCAP.
En el caso de utilizar el micrófono que se encuentra en los auriculares externos, la señal se aplica a la línea HS_MIC que será “filtrada” para ingresar a la PCAP por medio de la línea MIC_BIAS2. De la misma manera que antes, se establece un sistema circuital que permite “balancear” el ruido para que se mantenga en un nivel adecuado para permitir la amplificación de la señal desde el auricular a través de la línea MIC_OUT. La línea HS_MAKE_DET supervisa la presencia de los auriculares por medio de la tensión presente en A1_INT de la PCAP, que pasa por R4398. Un mecanismo de conmutación integrado en el conector de auriculares
Abrirá o cerrará el camino HS_MAKE_DET a tierra, dependiendo si los auriculares están o no conectados.
La entrada del micrófono externo (AUDIO_IN) se obtiene (o se aplica según como lo interprete) del conector accesorio para el teléfono móvil y, por medio de componentes periféricos se aplica a la línea EXT_MIC de la PCAP.
Note que a diferencia de los dos casos anteriores, aquí aplicamos la señal directamente al mutiplexor de audio sin pasar por un amplificador previo. Además de la señal de audio, la línea AUDIO_IN detecta la presencia de depósitos accesorios. El accesorio, conectado al bus CE tendrá una impedancia de salida que pondrá a la línea LOGIC_SENSE en un nivel predeterminado. El Pog leerá el nivel de entrada de LOGIC_SENSE y configurará el de audio en consecuencia.
El MUX de la PC/AP elige la señal de entrada, ya sea del micrófono de entrada, ya sea del micrófono de celular o del micrófono de auriculares o proveniente de una entrada de audio a través de un Multiplexor de Audio (AUD MUX). Luego, un convertidor analógico – digital convierte las señales analógicas entrantes en palabras de 13 bit, con codificación PCM. Las señales digitales de audio resultantes son transferidas al POG DSP a través de una interface serial de 4 hilos (ASAP).
Etapa de Audio de Potencia & PCAP
En la figura 5 se puede apreciar el diagrama en bloques de la unidad U3000, plataforma de control de potencia de audio PCAP que es un circuito integrado que maneja diferentes señales y realiza las siguientes tareas.
- Filtrado y amplificación de la señal de entrada/salida de audio.
- Selección de camino de audio.
- Regulación de voltaje.
- Control de carga de batería.
- Proporciona un reloj de tiempo real.
- Control de ring/vibrador.
- Realiza la adaptación de los protocolos RS-232/USB.
- Control de luz de fondo.
- Control de encendido de Leds.
- Realiza el multiplexado de entradas por monitoreo de tensiones y temperatura.
- Control dual de interfase SPI para permitir al acceso de dos procesadores de banda de base independientes.
- Posee un conversor DA estéreo.
- Realiza el control de protección de sobretensión.
Este circuito integrado es controlado y configurado por un circuito integrado procesador de banda base (POG) por medio de una interfase serial de 4 cables o hilos (SPI) El Procesador de banda base tiene acceso a la lectura/escritura de la PCAP. Los datos de audio son transmitidos/recibidos desde el procesador de banda base a través de una interfase SSI de cuatro cables.
Procesador de Banda Base
El POG (Procesador de banda de base) integra un Micro controlador de Comunicaciones (MCU) 32 bits con sistema RISC (Sistema reducido de instrucciones), un procesador digital de 32 bits DSP (Procesador digital de señales) y un módulo interprocesador de comunicaciones de (IPCM) con periférico asociados y coprocesadores.
A continuación brindamos una breve descripción de los corazones y periféricos asociados que son usados en este diseño. El diagrama en bloques que representa la interconexión del Procesador de banda base se muestra en la figura 6.
Las figuras 7 y 8 muestran el esquema circuital genérico del POG, con sus componentes asociados, donde se destaca lo siguiente:
- Posee un MCU, micro controlador.
- Incluye GPS
- Integra un DSP que procesa la señal GSM.
- Tiene un EIM, módulo de interfase externo.
- Realiza comunicaciones en protocolos USB/Serial.
- Realiza conversiones analógicas/digitales.
En cuanto a los bloques del mencionado circuito integrado procesador POG, podemos decir lo siguiente:
- IPCM: Proporciona DMA de varios canales entre el Mcore (procesador digital), el DSP y los periféricos.
- GOSPI: Interfase PCAP.
- EBIF: Interfase externo del autobús para el transporte de datos DMA, WCDMA.
- MQSPI1: Control de señales WCDMA.
- ELIT1: Temporizador WCDMA.
- CKIH: es un interfase WCDMA de temporización de 15.36MHz.
- ASAP: interfase para PCAP y bluetooth de audio.
- Serial BBIF (interfase de Banda de base): Transporte de datos GSM.
- MQSPI2 (interfase periférica serial): Realiza el control de señales GSM.
- ELIT2 (temporizador): Temporizador de acontecimiento GSM.
- CKIH: Reloj GSM de 13 MHz.
Además del sistema de memoria interna del POG, la arquitectura proporciona 128 Mbit (16 Mbyte de palabras de 8bits) de memoria flash externa proporcionado por memorias Intel de 64Mbit cada una (figura 9). El bus de estas memorias es de 23 bits de direccionamiento y 32 bits de datos. La memoria flash corre a 42-45 MHz.
Glosario de Términos
A modo de complemento, daremos la definición de algunos términos muy utilizados, referentes a los sistemas de telefonía celular:
Sistema de Localización de Transmisores (TLS): Sistema para geo localización de fuentes generadores de interferencia radioeléctrica.
Sistema Global de Comunicaciones Móviles (GSM)
Global System For Mobile Comunication. Sistema global para comunicaciones móviles. Sistema digital para las comunicaciones móviles basado en una norma ampliamente aceptada. El sistema GSM funciona normalmente en las bandas de frecuencia de 900MHz, 1800MHz y 1900 MHz.
Sistema GPS: Sistema de localización y seguimiento de GSP.
Sistemas SMS: System Short Massage, sistema de mensajes cortos, sistema gracias al cual se envían mensajes alfanuméricos.
Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS):
Sistema europeo de comunicaciones móviles de tercera generación basado en tecnología WCDMA y normalizado por el ETSI. Además de voz y datos, el sistema UMTS permite la transmisión de audio y video a dispositivos inalámbricos.
Telefonía GSM900, PCS (Personal Communication Systems): Sistemas de Comunicación Personal, es un nombre dado a los sistemas inalámbricos que están empezando a operar en la banda de los 1800MHz.
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