Universidade do Vale do Paraíba Faculdade de Engenharias Urbanismo e Arquitetura Curso de Engenharia Elétrica/Eletrônica

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1 Universidade do Vale do Paraíba Faculdade de Engenharias Urbanismo e Arquitetura Curso de Engenharia Elétrica/Eletrônica GIGA DE TESTES PARA RIB Teste dos circuitos DCDC e RS485 FÁBIO UMEHARA MARCOS PAULO A. VILLAS-BÔAS Relatório do Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Banca Avaliadora da Faculdade de Engenharias Urbanismo e Arquitetura da Universidade do Vale do Paraíba, como parte dos requisitos para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia Elétrica/Eletrônica. São José dos Campos SP Novembro 2014

2 GIGA DE TESTES PARA RIB FÁBIO UMEHARA MARCOS PAULO A. VILLAS-BÔAS Banca Avaliadora Presidente Alderico Rodrigues de Paula Junior Orientador Alessandro Corrêa Mendes Membro A Membro B Alessandro Corrêa Mendes Orientador Acadêmico José Ricardo Abalde Guedes Coordenador da Disciplina de TCC Data:

3 Agradecimentos Agradecemos primeiramente a Deus, Criador de todas as coisas. Agradecimento especial às nossas famílias que diretamente contribuíram para a realização deste trabalho, aos colegas, aos professores e os colaboradores que sempre estiveram prontos a nos ajudar. A todos, nosso muito obrigado.

4 Resumo Foi desenvolvido um projeto de uma estação de teste para uma placa específica da empresa Ericsson Telecomunicações S.A. de São José dos Campos, tendo o nome técnico RIB (Placa de Interface de Rádio, do inglês Radio Interface Board ). A RIB é uma placa interna de uma RRU (Unidade de Rádio Remoto, do inglês Remote Radio Unit ) e tem como função realizar a interface de sinais analógicos e digitais entre a RRU e a BTS (Estação Base de Transmissão, do inglês Base Transceiver Station ). A placa possui como principais conexões a Ethernet, transceptores ópticos, sinais de alarmes externo e conectores usados somente em instalações e manutenções da RRU, assim, através do microcontrolador da família MSP430 (Texas Instruments) desenvolveu-se uma estação em que são testados funcionalmente os sinais de comunicações e alarmes externos, e tendo como principais objetivos, abranger todos os tipos de simulações possíveis semelhantes ao seu funcionamento em campo e ao mesmo tempo minimizar o custo do projeto com soluções simples, porém eficaz. Neste projeto serão abordados os testes nos circuitos DCDC e RS485 da RIB. Palavras-chave: Microcontrolador; MSP430; Ethernet; RS232; Fibra-óptica.

5 Abstract Develops a design of a test station for a specific board of the company Ericsson Telecommunications SA of São José dos Campos, the technical name is RIB (Radio Interface Board). The RIB is an internal board of RRU (Remote Radio Unit) and has the function to interface of analogue and digital signals between the RRU and BTS (Base Transceiver Station). The board has as main connections to Ethernet, optical transceivers, external alarm signals and connectors used only in installation and maintenance of RRU, thus by the MSP430 microcontroller family (Texas Instruments) developed a station where are functionally tested signals communications and external alarms, and having as main objectives reach all similar functions like field operation while minimizing possible simulations project cost with simple but effective solutions. In this project will be covered the test in the circuits DCDC and RS485 of the RIB. Keywords: Microcontroller; MSP430; Ethernet; RS232; Fiber-optics.

6 Sumário BANCA AVALIADORA... II AGRADECIMENTOS... III RESUMO... IV ABSTRACT... V ÍNDICE DE FIGURAS... VIII ÍNDICE DE TABELAS... X LISTA DE ABREVIAÇÕES... XI INTRODUÇÃO ANTECEDENTES DESCRIÇÃO DO PROBLEMA OBJETIVO RESTRIÇÕES ORGANIZAÇÃO O TRABALHO EMBASAMENTO TEÓRICO CONHECIMENTOS BÁSICOS SOBRE A RIB CONCEITOS BÁSICOS MSP-EXP430F5529LP Efeito Hall COMUNICAÇÃO RS Conversores de nível TTL / RS COMUNICAÇÃO RS METODOLOGIA... 27

7 DESENVOLVIMENTO MATERIAIS Circuito Principal Circuito DCDC Circuito RS PROJETO DETALHADO PROGRAMAÇÃO FLUXOGRAMA RESULTADOS CIRCUITO TESTE DCDC Teste funcional Teste de Confiabilidade TESTE RS Teste Funcional Teste de confiabilidade PLACAS CONFECCIONADAS CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO 1 ESQUEMA ELÉTRICO ANEXO 2 CÓDIGO MAIN... 56

8 Índice de Figuras Figura 1 Exemplo de Instalação de RRUS nas configurações estrela e cascata Figura 2 Desenho simplificado dos conectores da RIB Figura 3 - MSP-EXP430F5529LP LaunchPad Figura 4 - diagrama para o estudo do efeito hall Figura 5 - EIA232 em sua aplicação mais comum Figura 6 - Pinagem completa do padrão EIA232 para dispositivo DTE (usualmente um PC) Figura 7 - Pinagem completa do padrão EIA232 para dispositivo DCE (usualmente um modem) Figura 8 - Convenção utilizada para os sinais mais comuns Figura 9 - Estados lógicos da linha A e B de acordo com o dado que o transmissor deseja enviar Figura 10 Diagrama esquemático da Giga de Teste da placa RIB Figura 11 Bloco Principal Figura 12 Bloco DCDC Figura 13 Pinagem do CI Hall ACS Figura 14 - Bloco RS485 / Ethernet Figura 15 - PCB Circuito DCDC (TOP) Figura 16 - PCB Circuito DCDC (BOT) Figura 17 - PCB Circuito RS485/Ethernet (TOP)... 46

9 Figura 18 - PCB Circuito RS485/Ethernet (BOT) Figura 19 Circuito Estação RIB parcialmente completo utilizado para testes... 47

10 Índice de Tabelas Tabela 1 Estudo dos principais defeitos possíveis na RIB Tabela 2 Resultados dos testes no circuito DCDC Tabela 3 Resultados dos testes no circuito RS

11 Lista de Abreviações RIB RRUS RBS BTS HW LED NC OVP PCB RET SFP XALM CI AC DC Radio Interface Board Remote Radio Unity Radio Base Station Base Transmission Station Hardware Light Emitting Diode Not connected Over Voltage Protection Printed Circuit Board Remote Electrical Tilt Small Form Pluggable transceiver External Alarm Circuito integrado Corrente Alternada Corrente Contínua

12 Capítulo 1 Introdução 1.1 Antecedentes A RIB (Placa de Interface de Rádio, do inglês Radio Interface Board ), produzida atualmente na empresa Ericsson, é uma placa interna essencial das RRUS (Unidades de Rádio Remoto, do inglês Remote Radio Unity ) que são capazes de ampliar o alcance da RBS (Estação Rádio-Base, o inglês Radio Base Station ) em dezenas de quilômetros e, devido a isso, é um componente muito importante e faz parte das tecnologias que possuem o papel de solucionar a problemática do aumento recente de demanda de banda larga e tráfego de redes móveis. O tráfego de dados móveis atualmente já ultrapassou o de voz e continua crescendo segundo as tendências globais. Em regiões como Oriente Médio, África e América Latina o tráfego de banda larga móvel tem quase que dobrado a cada ano e a projeção para os próximos anos indica um crescimento exponencial [2]. A Ericsson prevê um aumento de dez vezes no tráfego de dados até 2019 em relação aos dados de 2013, resultado de vários fatores, como o crescimento global em dispositivos sem fio em redes, o aumento no uso de smartphones, e a implantação de redes mais rápidas que os padrões atuais 2G e 3G em todo o mundo [3]. Os serviços de 4G / LTE e 5G prometem a solução para o aumento da demanda com a ampliação da largura de banda, o que de fato, é muito importante, no entanto cada vez mais no meio técnico-científico tem crescido também outra escola de pensamento que sugere como solução uma melhoria na eficiência das redes e defende o uso de um modelo híbrido (redes heterogêneas ou Het Nets ), geralmente composto de várias tecnologias de acesso de rádio, diferentes arquiteturas, soluções de transmissão e estações rádio-base com vários níveis de potência de transmissão. As redes heterogêneas fazem o offload da rede e favorecem a cobertura indoor, pois funcionam com uma cobertura de pequenas células ( small cells ) subjacente à cobertura de células macro e com a integração de tecnologia Wi-Fi [4]. Para que se compreenda melhor o problema da ineficiência da rede convém citar o exemplo recente quando na abertura da Copa do Mundo, na partida entre Brasil e Croácia, segundo a SindiTelebrasil, a tecnologia 3G teve picos de tráfego e congestionamentos momentâneos devido a grande concentração de usuários conectados 12

13 em um mesmo lugar [5]. E vale ressaltar que na arena de São Paulo, a cobertura indoor contava com 337 antenas interligadas por 12 quilômetros de fibras ópticas e a área externa do estádio ainda foi reforçada com mais 22 antenas móveis. Para os sistemas públicos, especialmente ao ar livre e se a rede macro existente é demasiado escassa para atender a demanda de tráfego e a cobertura adequada, a implantação de nós de baixa potência ao ar livre é o mais adequado, pois podem oferecer cobertura a uma vasta área com vários edifícios e abranger vários locais fechados ( indoor ). Existem vários tipos de nós de baixa potência, cada um com exigências diferentes do backhaul (infraestrutura de conexão dos pontos de concentração da rede de acesso com o núcleo de alta capacidade de transmissão da rede, também conhecido como backbone ) [6]. Para redes onde o backhaul tem características de baixa latência e alta capacidade, a implantação de RRUS é a abordagem mais praticada. A RRU tem o potencial de melhorar o desempenho geral da rede e é instalada através de uma configuração estreita entre os nós exemplificada na Figura 1 e que geralmente compreende antenas para enviar e receber a transmissão de rádio, bem como uma unidade de processamento de frequência de rádio. Uma unidade central de controle recebe os sinais de várias RRUS e realiza os processamentos de sinal e de camada superior. A unidade de controle e as RRUS devem ser conectadas diretamente com uma baixa latência e interface de alta capacidade, por isso um backhaul baseado em fibra óptica é o mais adequado para a implantação de RRUS. A RIB tem como principal função realizar a interface de sinais analógicos e digitais entre a RRU e a BTS (Estação Base de Transmissão, do inglês Base Transceiver Station ). A placa possui conectores utilizados na instalação e manutenção da RRU e trabalha com sinal digital RS485, conexões no padrão Ethernet, transceptores ópticos e sinal analógico RET VCC. 13

14 Figura 1 Exemplo de Instalação de RRUS nas configurações estrela e cascata 1.2 Descrição do problema Devido à sua complexidade e a importância da RIB na RRU, torna-se indispensável que haja planos de amostragem e procedimentos para inspeção por atributos dos lotes de RIBs, ou seja, deve haver um teste simples na linha de produção segundo o qual a unidade de produto seja classificada como defeituosa ou não em relação a um dado requisito ou conjunto de requisitos. Atualmente a inspeção de um lote na linha de produção é feita com a montagem completa de uma RRU, e em seguida são feitos vários ensaios das principais funções do equipamento para verificar se a RIB não apresenta defeitos. Apesar da eficácia deste processo, ele ocasiona minutos de linha parada enquanto se espera o resultado do teste, e consequentemente, diminui a produtividade na linha. No mercado não foram encontrados equipamentos específicos que atendessem as necessidades do teste da RIB. Por se tratar de uma placa muito singular, exige-se um dispositivo fabricado segundo as necessidades do processo que seja simples, prático e de baixo custo. 14

15 1.3 Objetivo Estudar o funcionamento da RIB para projetar uma estação de teste (Giga de Teste) de baixo custo que simule e teste as funções dos circuitos DCDC e RS485 da RIB. Melhorar a metodologia de inspeção no processo de fabricação da RIB, apresentando ao usuário o resultado do teste ao usuário de maneira mais simples. Obter resultados mais rápidos no processo de inspeção da RIB para liberar os lotes em menos tempo, reduzindo o tempo de linha parada e consequentemente o custo da produção da RIB. 1.4 Restrições Este trabalho irá se dedicar somente ao estudo dos circuitos DCDC e RS485 da RIB, não se aprofundando nos testes de outros blocos da RIB tais como o Óptico e o de padrão Ethernet. Como já foi esclarecido, este projeto tem como finalidade a redução de custo no processo de fabricação da RIB, portanto a principal restrição para este trabalho é que o custo da Giga de Teste não seja demasiado elevado, prejudicando assim sua viabilidade para a empresa. A placa RIB, suas especificações ( datasheets ), normas de processo, os documentos e equipamentos envolvidos em seu processo de fabricação e nem mesmo o protótipo da Giga de Teste não puderam ser retirados da empresa Ericsson por motivo de sigilo empresarial. No entanto, com autorização das gerências da empresa, os estudos puderam ser realizados nas dependências da Ericsson e com isto os autores conseguiram reunir neste trabalho todo o conhecimento adquirido com esta experiência. 1.5 Organização o Trabalho O capítulo 2 apresenta o embasamento teórico do funcionamento da RIB e da Giga de Teste e os principais conceitos utilizados na solução do problema. O capítulo 3 apresenta os materiais e a metodologia utilizada no processo de teste dos circuitos DCDC e RS485 da RIB no projeto da Giga de Teste. O capítulo 4 apresenta os resultados obtidos e faz uma discussão usando-se dos conhecimentos adquiridos. O último capítulo traz as conclusões gerais sobre o projeto e apresenta as proposições para novos estudos e futuros desafios. 15

16 Capítulo 2 Embasamento Teórico 2.1 Conhecimentos básicos sobre a RIB A RIB (Placa de Interface de Rádio) tem como principal função realizar a interface de sinais analógicos e digitais na instalação e manutenção da RRU, por isso trabalha com diferentes tipos de sinais e níveis de tensão simultaneamente e possui vários conectores, que estão listados a seguir e podem ser vista na Figura 2: RJ-45 (8 pinos) RET (6 pinos) XALM (4 pinos) Conector de teste (24 pinos) SFP A (20 pinos) SFP B (20 pinos) Conector RIB (80 pinos) Figura 2 Desenho simplificado dos conectores da RIB 16

17 Para facilitar o seu estudo podemos dividir a RIB em quatro circuitos, de acordo com os sinais e conectores envolvidos: circuito de sinal digital RS485, circuito de comunicação no padrão Ethernet, circuito de comunicação óptica e circuito de sinal analógico RET VCC. O procedimento de inspeção da RIB na linha de produção deve testar cada um destes quatro circuitos e o requisito para que a amostra e, assim também, o lote sejam classificados como não defeituosos é que todos os quatro circuitos não apresentem falha, ou seja, se um ou mais destes circuitos apresentar mau funcionamento, o lote deve ser classificado como defeituoso e não pode ser liberado para a próxima fase. Como já foi mencionado na introdução, este trabalho irá se dedicar somente ao estudo de como serão testados na Giga de Teste os circuitos DCDC e RS485 da RIB. Este processo envolve como componentes principais dois microcontroladores da família MSP430 (Texas Instruments), um CI que faz a medição indireta da corrente do circuito mensurando o efeito hall e um módulo conversor de sinal digital RS232 / RS Conceitos Básicos MSP-EXP430F5529LP O MSP-EXP430F5529LP LaunchPad conforme a Figura 3, ou simplesmente F5529 LaunchPad, é um kit de desenvolvimento para o microcontrolador USB MSP430F5529 que oferece emulação on-board para programação e debug e dispõe de LEDs para simplificar a interface com o usuário. O microcontrolador 16-bit MSP430F5529 tem 128KB de memória flash, 8KB RAM e velocidade de processamento de 25MHz, USB integrado e a possibilidade de trabalhar com diversos periféricos, a critério do usuário. Sua tensão de operação é de 1,8V a 3,6V. 17

18 Figura 3 - MSP-EXP430F5529LP LaunchPad Seus principais recursos são: cinco timers sistema de clock até 25MHz pode trabalhar com até quatro interfaces de comunicação serial (SPI, UART, I²C). conversor analógico-digital (AD) de 12 bits entradas analógicas e digitais com função de pull up e pull down interno. A Giga de Teste da RIB utiliza dois kits de microcontroladores MSP-EXP430F5529LP LaunchPad nos testes dos cicruitos DCDC e RS485, que serão aqui representados por MSP_A e MSP_B. 18

19 2.2.2 Efeito Hall Em 1879, foi publicado um artigo escrito por Hall, que tinha como objetivo explicar um fenômeno muito interessante que acontecia com circuitos elétricos quando estes eram submetidos a um campo magnético: a presença de uma diferença de potencial. Na época, não se conhecia muito sobre a corrente elétrica; sabia-se da existência da mesma, mas suas características e propriedades, bem como sua constituição, eram apenas especulações. O fenômeno descrito, segundo Hall, era mais perceptível se fosse inserido no circuito elétrico uma chapa metálica, ou um material semicondutor. No experimento realizado por Hall em 1879, ele utilizou uma placa fina de germânio, ou seja, um material semicondutor. Conectando-se um voltímetro (instrumento para medir diferença de potencial) na placa, Hall constatou a existência de uma tensão, denominada tensão hall. Este efeito, a existência de uma tensão no material quando o mesmo é submetido a um campo magnético, é conhecido como efeito hall. Figura 4 - diagrama para o estudo do efeito hall A Figura 4 representa um diagrama para o estudo do efeito hall. O diagrama ilustra uma bateria (5) que alimenta o elemento ou sensor hall (2) com o fluxo de 19

20 elétrons (1) no sentido real (e não convencional) e dois imãs (3) aplicam um campo magnético (4) na direção perpendicular ao plano do sensor hall. Conforme indicado no quadro A o sensor hall recebe uma carga negativa na extremidade superior (simbolizado pela cor azul) e uma positiva na extremidade inferior (cor vermelha). Nos quadros B e C, observa-se que a inversão da corrente elétrica ou do campo magnético causam a polarização reversa. Invertendo ambas, corrente e campo magnético no quadro D, o elemento hall novamente assume a carga negativa na extremidade superior. Este efeito foi descoberto em 1879 por Edwin H. Hall durante seu doutorado em física sob a supervisão de Henry A. Rowland na Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland. Durante seus estudos experimentais sobre a influência do campo magnético nos portadores de carga da corrente elétrica ele determinou a existência de portadores de carga negativa muitos anos antes da descoberta dos elétrons por J. J. Thompson. O efeito Hall permite a obtenção de dois resultados importantes: o sinal da carga dos portadores, apartir da medição da diferença de potencial entre as superfícies superior e inferior, e a densidade de portadores [7] Comunicação RS232 Quando se trata de transferência de dados, diversas tecnologias ainda utilizam o sistema de comunicação serial, na qual os bits de dados são enviados sequencialmente através de um canal de comunicação ou barramento [9]. Existem, no entanto, diversos parâmetros a se definir, como em qualquer outro tipo de comunicação, tais como níveis de tensão, codificação do sinal, frequência de transmissão e até mesmo o tipo de conexão mecânica. Devido a isso normalmente trabalha-se adotando um padrão de interface, que nada mais é que um grupo de normas para regulamentar um determinado tipo de comunicação. No início de 1960, um comitê de padrões, hoje conhecida como a Electronic Industries Association (EIA), desenvolveu um padrão de interface para transferência serial de dados entre equipamentos. Naquele tempo, a comunicação de dados compreendia a troca de dados digitais entre um computador central (mainframe) e terminais de computador remotos, ou entre dois terminais sem o envolvimento do computador. Estes dispositivos poderiam ser conectados através de linha telefônica, e 20

21 consequentemente necessitavam um modem em cada lado para fazer a decodificação dos sinais [1]. Dessas ideias nasceu o padrão RS232. RS é uma abreviação de Recommended Standard (padrão recomendado). As principais normas que o padrão RS232 abrange envolvem: Funções de cada circuito no conector da interface Características elétricas, como taxa de sinalização, níveis de tensão, comportamento de curto-circuito e carga máxima da capacitância. Características mecânicas da interface, como tipos de conectores e identificação dos pinos. Todavia o padrão RS232 não define elementos como: Taxas de bit para transmissão, apesar de o padrão ser destinado para taxas de bits menores que bits por segundo. Codificação de caracteres (por exemplo, ASCII, código Baudot ou EBCDIC) Enquadramento dos caracteres no fluxo de dados (bits por caractere, bits de início e parada, paridade) Protocolos para detecção de erros ou algoritmos para compressão de dados Fornecimento de energia para dispositivos externos Ao longo de cinquenta anos desde que este padrão foi desenvolvido, a EIA publicou três modificações, sendo o mais recente o padrão EIA232F introduzido em Apesar dessas revisões, as normas desse padrão sofreram apenas pequenas alterações e a designação mais utilizada ainda é RS232. Hoje este padrão é muito utilizado pela sua simplicidade e possibilidade de ser aplicado tanto em equipamentos novos quanto nos mais antigos. As maiores dificuldades encontradas pelos usuários na utilização deste padrão de interface são relativamente pequenas, pois apresentam pequeno risco aos drivers e CIs e incluem pelo menos um dos seguintes fatores: A ausência ou conexão errada de sinais de controle resultam em estouro do buffer ( overflow ) ou travamento da comunicação. 21

22 Função incorreta de comunicação para o cabo em uso resulta em inversão das linhas de transmissão e recepção, bem como a inversão de uma ou mais linhas de controle ( handshaking ). O cabo de comunicação deve limitar-se a aproximadamente dez metros de comprimento e deve ser isolado de outros cabos de potência, para evitar o aparecimento de interferências. Se aplicada em sua totalidade a EIA232 conforme a Figura 5, o equipamento que faz o processamento dos sinais é chamado DTE (Data Terminal Equipment usualmente um computador ou terminal), tem um conector DB25 macho, e utiliza 22 dos 25 pinos disponíveis para sinais e o terra. O equipamento que faz a conexão (normalmente uma interface com a linha telefônica) é denominado de DCE (Data Circuit-terminating Equipment usualmente um modem), tem um conector DB25 fêmea, e utiliza os mesmos 22 pinos disponíveis para sinais e terra. Um cabo de conexão entre dispositivos DTE e DCE contém ligações em paralelo, não necessitando mudanças na conexão de pinos. Figura 5 - EIA232 em sua aplicação mais comum Se o dispositivo DCE for mesmo um modem diversos sinais são necessários para a conexão. Normalmente isso não acontece e o DCE não é um modem, ou dois dispositivos DTE são conectados diretamente e poucos sinais são necessários. Deve-se notar que nas figuras 6 e 7 existe um segundo canal que inclui um conjunto de sinais de controle duplicados ( Secundary ). Este canal secundário fornece sinais de gerenciamento do modem remoto, habilitando a mudança de taxa de transmissão 22

23 durante a comunicação, efetuando um pedido de retransmissão se erros de paridade forem detectados, e outras funções de controle. Figura 6 - Pinagem completa do padrão EIA232 para dispositivo DTE (usualmente um PC) Os sinais de temporização de transmissão e recepção são utilizados somente quando o protocolo de transmissão utilizado for síncrono. Para protocolos assíncronos, padrão 8 bits, os sinais de temporização externos são desnecessários. Os nomes dos sinais que implicam em uma direção, como Transmit Data e Receive Data, são nomeados do ponto de vista dos dispositivos DTE, conforme a 23

24 Figura 6. Se a norma EIA232 for seguida a risca, estes sinais terão o mesmo nome e o mesmo número de pino do lado do DCE, conforme a Figura 7. Entretanto, normalmente isto não é feito na prática pela maioria dos engenheiros, provavelmente porque em alguns casos torna-se difícil definir quem é o DTE e quem é o DCE. Figura 7 - Pinagem completa do padrão EIA232 para dispositivo DCE (usualmente um modem) O Pino 7, o pino 1, e a carcaça tem função de ground e shield. O cabeamento possui caminhos diferentes para cada um, no entanto internamente muitas vezes conectase o pino 1 e o cabo da carcaça ( shield ) ao sinal de terra no pino 7 [8]. 24

25 Todos os sinais são referenciados a um terra comum que é definido pela tensão no pino 7 e este pode ou não ser conectado ao terra do dispositivo DCE [8]. Essa é uma das principais características que fazem o RS232 ser diferente de muitos outros padrões e é também a razão deste padrão apresentar maior ruído em relação aos outros. Figura 8 - Convenção utilizada para os sinais mais comuns. Sinais com tensão entre -3 volts e -25 volts com relação ao terra (pino 7) são considerados nível lógico 1, e tensões entre +3 volts e +25 volts são considerados nível lógico 0. A faixa de tensões entre -3 volts e +3 volts é considerada uma região de transição para o qual o estado do sinal é indefinido [8]. Os demais pinos não citados no texto seguem a convenção utilizada conforme a Figura Conversores de nível TTL / RS232 A maioria dos equipamentos digitais, inclusive os microcontroladores utilizados na Giga de Teste, utilizam níveis TTL ou CMOS, portanto, para conectar um equipamento digital a uma interface RS232 é necessário transformar níveis TTL (0 a 5 volts) em RS232 e vice-versa com o auxílio de conversores de nível. 25

26 Existe uma variedade grande de equipamentos digitais que utilizam o driver 1488 (TTL => RS232) e o receiver 1489 (RS232 => TTL). Estes CIs contém quatro inversores de um mesmo tipo, sejam drivers ou receivers. O driver necessita de duas fontes de alimentação +7,5 volts a +15 volts e 7,5 volts a 15 volts, o que é um problema para sistemas que utilizam somente uma fonte de +5 volts. Em vista disso, outro CI que está sendo amplamente utilizado é o MAX232 (da Maxim) que inclui um circuito de charge pump capaz de gerar tensões de 10 volts e +10 volts a partir de uma fonte de alimentação simples de +5 volts, bastando para isso alguns capacitores externos. Este CI também tem 2 receivers e 2 drivers no mesmo encapsulamento. Nos casos onde serão implementados somente as linhas de transmissão e de recepção de dados, não seria necessário 2 chips e fontes de alimentação extras Comunicação RS485 A comunicação RS485 surgiu a partir do padrão RS232, mas funciona no que se pode chamar de modo diferencial, ou seja, a diferença entre as tensões na linha resulta se o mestre está transmitindo 1 ou 0 e não há um sinal terra de referência como em RS232. A RS485 suporta a comunicação half-duplex e full-duplex ; para a primeira há necessidade da utilização de um cabo com um par trançado enquanto no segundo são necessários dois pares de cabos. Este tipo de comunicação alcança grandes distâncias de cabo. Podemos chegar até 1200m de cabo funcionando a 9600 bps. Conforme o baud-rate aumenta, o tamanho do cabo diminui. Este padrão possibilita o trabalho em rede e utiliza a estrutura mestre-escravo onde há uma máquina que faz a pergunta e os escravos respondem de acordo com o frame que chegar se estiver com o mesmo endereço ajustado no escravo. O cabo de comunicação 485 é composto de dois fios, um destes é chamado de A e o outro de B. Os estados lógicos da linha A e B variam de acordo com o dado que o transmissor deseja enviar, conforme a Figura 9. Quando o transmissor (INPUT D) fica em alto, a linha A fica mais positiva que a B e o inverso ocorre quando o estado inverte. Note-se também que também há uma linha de controle chamada DE e quando a mesma fica em nível lógico baixo, o barramento fica em alta-impedância. 26

27 Para que o receptor identifique um sinal válido, a diferença entre os terminais A e B deve ser maior que 200 mv. Entre 200mV e 200mV o sinal é indefinido. Figura 9 - Estados lógicos da linha A e B de acordo com o dado que o transmissor deseja enviar 2.3 Metodologia Antes de iniciar o procedimento de inspeção da RIB com a Giga de Teste, o operador liga a fonte alimentação (5V) para energizar os microcontroladores da estação e encaixa a RIB que será testada. 27

28 Figura 10 Diagrama esquemático da Giga de Teste da placa RIB A Figura 10 representa o diagrama de blocos da Giga de Teste. Para dar início ao teste pressiona-se o botão START. O microcontrolador chaveia o circuito do regulador de tensão LM317 que energiza a RIB com 5V. Se houver curto-circuito o próprio LM317, que possui proteção de sobrecorrente, abre o circuito instantaneamente. A corrente que entra na RIB é medida por efeito hall pelo circuito do ACS7/2T. Se a corrente medida pelo microcontrolador for nula indica que a RIB é defeituosa, o teste é encerrado e o LED FAIL é aceso; e se a corente estiver dentro dos limites normais de operação, é iniciado o ciclo de testes nos principais circuitos e conectores da RIB. Logo em seguida inicia-se o teste do circuito RS485 da RIB. O MSP_A enviará um dado pra o MSP_B através do circuito RS485 da RIB, se o MSP_B receber o dado corretamente, ele responderá com outro dado novamente através da RIB e o MSP_A processará este dado para verificar se chegou corretamente. Caso haja alguma divergência na comunicação entre os microcontroladores, o teste é encerrado e o LED FAIL é aceso. 28

29 Se os dados forem recebidos corretamente, conclui-se que o circuito RS485 não possui defeitos e passa-se para a próxima etapa de teste. Ao final do teste, depois de todas as etapas, se em momento algum a amostra não apresentar defeito, o LED PASS é aceso e o usuário pode remover a RIB da Giga de Teste. O botão RESET permite que o usuário reinicie um teste a qualquer instante. 29

30 Capítulo 3 Desenvolvimento 3.1 Materiais O custo total desse projeto foi de R$230,00; os principais módulos e os kits dos microcontroladores foram adquiridos no exterior e a compra foi feita via internet. O custo do fret foi incluído no custo total Circuito Principal Peça Valor Dispositivo Ecapsulamento Descrição C2 100nF C-EUC0402K C0402K CAPACITOR, European symbol C3 100nF C-EUC0402K C0402K CAPACITOR, European symbol C4 100nF C-EUC0402K C0402K CAPACITOR, European symbol C5 100nF C-EUC0402K C0402K CAPACITOR, European symbol DCDC 10PIN PAK100/ M (TM) Pak Wall Header DRIVE RS 10 PIN PAK100/ M (TM) Pak Wall Header IC2 4052N 4052N DIL16 Dual 4-channel ANALOG MULTIPLEXER IC3 4052N 4052N DIL16 Dual 4-channel ANALOG MULTIPLEXER JP1 ETH_LOOP_ JP1E JP1 JUMPER 0 JP2 ETH_LOOP_ JP1E JP1 JUMPER 1 JP3 UART_MSP JP2Q JP2Q JUMPER 430 JP4 CTRL_LED1 JP1E JP1 JUMPER JP5 CTRL_LED2 JP1E JP1 JUMPER JP8 SSW S-D SSW S- D JP9 SSW S-D SSW S- D LED1 UART_CTR L1 LEDCHIPLED_08 05 CHIPLED_0805 THROUGH-HOLE.025" SQ POST SOCKET THROUGH-HOLE.025" SQ POST SOCKET LED 30