Sintetizador  TSA5511
Circuito muy usado en transmisores ATV

I n t r o d u c c i ó n

El circuito integrado TSA5511 es un PLL fabricado por Philips en los años 90 para ser usado en sintonizadores de TV.  Los radioaficionados lo hemos venido usando desde hace bastantes años para hacer transmisores ATV. En la Web se pueden encontrar muchos diseños ATV que utilizan el TSA5511 o sus equivalentes. En esta página presento el circuito que diseñé en 2004, que incluye el PLL y el microcontrolador PIC en la misma plaquita de circuito impreso, con la intención de acoplarlo a cualquier transmisor basado en VCO y conseguir así un transmisor sintetizado.


Esquema teórico

El PLL está formado por el TSA5511 rodeado de unos pocos componentes. El circuito es básicamente el que figura en la documentación de Philips, pero yo uso un Cristal de Referencia de 6,4 Mhz (cristal estándar) para que la resolución de frecuencia sea de 100 Khz en lugar de los 62,5 Khz que resultan cuando se usa un cristal de 4 Mhz. La resolución (step) de 100 Khz es adecuada para ATV y también para otros usos, por ejemplo FM de Banda Ancha.

Todo el circuito se alimenta a 5 V.  Hay una alimentación separada ( +V. Varicap ) en la que podemos aplicar desde 5V. hasta 30V. según el rango de voltajes que requieran los varicap del VCO usado.

El TSA5511 se programa mediante el Bus I2C. Esta es la función del MicroControlador PIC. Mi diseño original usaba el PIC 16F84 , como otros diseños de la época. Posteriormente comencé a usar el PIC 16F628, que tiene 2K de memoria y por tanto admite programas algo más complejos. Ambos son compatibles a nivel de pines.

El esquema y la plaquita de circuito impreso tienen conexiones (islas) disponibles para conectar el PIC con varios pulsadores o interruptores y también un Display LCD alfanumérico estándar. Su funcionamiento depende del programa que grabemos en el PIC. En las aplicaciones más sencillas, en las que sólo necesitamos que el PLL genere una o dos frecuencias, no usamos display y sólo necesitamos un interruptor para seleccionar una u otra frecuencia.  En aplicaciones más complejas, se pueden usan varios pulsadores y un display.

Esquema del circuito
Aqui tienes la Hoja de Características del TSA5511 (archivo PDF)

El PIC no necesita cristal, sino que usa su "Oscilador RC" que consigue una frecuencia de reloj de aproximadamente 4 Mhz mediantte R6 (5K6) y C9 (22pF). El tipo de oscilador se elige en el momento de programar el PIC. El circuito especial de Reset usado aquí está formado por Q2, DZ1 y las resistencias asociadas. Es necesario para asegurar que el PIC reinicie y por tanto reprograme al TSA5511 siempre que el voltaje de alimentación descienda por debajo de unos 4 V.


M o n t a j e

Aqui tienes el diseño de la  placa de circuito impreso a escala 1:1  (archivo PDF)

La fabricación de la placa está descrita en este artículo.

La placa de circuito impreso mide 35 x 80 mm. Es de doble cara: una cara lleva las pistas y la otra cara es totalmente de cobre porque es el plano de masa. Pero los componentes (convencionales, ninguno SMD) se montan por el lado de masa. Puede parecer extraño montar los componentes por el lado de masa, pero esto se hace para dar más estabilidad a los circuitos de RF.

Para que los pines de los componentes no toquen la masa, es necesario avellanar los agujeros. Para ello, desde el lado de las pistas se taladran los agujeros de las islas que NO van a Masa. Entonces, desde el lado de Masa se avellanan los agujeros. Luego, al montar los componentes, los pines que van a Masa no atraviesan la placa, sino que se doblan horizontalmente y se sueldan a la cara de Masa.

Aqui están marcadas en rojo las islas que NO hay que taladrar:

No taladrar
Esta es la disposición de componentes:

Componentes


Hay que asegurarse que ningún pin que no vaya a masa, la toque accidentalmente. El cristal hay que separarlo de masa uno o dos milímetros. En la cara de masa y componentes, hay dos puentes hechos de hilo aislado con plástico que están dibujados con trazo grueso: uno horizontal situado entre R12 y R11 y otro, también horizontal, situado bajo R11. Se pueden ver en la foto, abajo a la derecha: son de color blanco. Caso de no usar Display, no se monta RV1.


Foto del primer circuito montado en el 2004 y todavía funcionando:

Foto PLL003


En el montaje de la foto, la alimentación  +V.Varicap  son 12V a través de una resistencia de 220 ohm. Vemos también un 78L05 que estabiliza los +5V.
En esta aplicación no se ha usado Display (no está montada RV1) y la selección de frecuencias se ha limitado a un interruptor que tira a masa  R10  o bien la deja "al aire". De esta forma seleccionamos una u otra de las 2 frecuencias programadas en el PIC.

De forma similar, mediante 2 interruptores se podrían seleccionar 4 frecuencias programadas en el PIC.

Para más frecuencias, el programa del PIC debería gestionar pulsadores para Subir/Bajar y un Display para ver en que fecuencia estamos. Caso de usar Display, ya no sirve el 78L05 sino que es necesario un 7805 por el consumo adicional del Display.


Ventajas de este circuito

1- El TSA5511 es un PLL en un sólo chip, con muy amplia cobertura de frecuencias (desde 80 Mhz hasta 1300 Mhz) y buena sensibilidad. Además, su encapsulado es convencional, no SMD, por tanto de fácil montaje para aficionados.

2- Este circuito puede funcionar con cualquier programa de los que hay en Internet, comprobando antes que se adaptan al programa usado los siguientes aspectos del circuito: La frecuencia del Cristal de Referencia del TSA5511, El tipo de Oscilador del PIC, Las conexiones de los pines 4,5 y 6 del Display en caso de usarlo. Con algún programa, podría ser necesario añadir una resistencia de 3K3 desde la línea SCL (pin 7 del PIC) a +5V., tal como está la resistencia R11 en la línea SDA (pin 6 del PIC).

3- Versatilidad: La placa de circuito impreso se puede partir por la mitad, ya que un lado es el PLL y otro lado es el uC. De esta forma podemos usar solo el PLL , controlándolo desde otro uC mediante las islas SDA y SCL. De forma similar, podemos usar solo el uC para controlar otro PLL existente.


Inconvenientes de este circuito

1- El TSA5511 tiene un Bus I2C bidireccional, que permite leer el estado de enganche del PLL. Pero resulta que el TSA5511 padece "crosstalk" entre el bus I2C y la salida de voltaje de control a los varicap. Esto se traduce en que la portadora de nuestro VCO será ruidosa mientras el I2C esté transfiriendo datos. Esto no es un problema para el uso habitual en sintonizadores de TV,  puesto que la transferencia de los bits de programación dura unos pocos milisegundos y luego el I2C queda en reposo. El problema aparece cuando queremos leer una y otra vez (continuamente) el estado del bit Lock del PLL, para que nuestro  transmisor se apague automáticamente si por cualquier circunstancia se desengancha el PLL. Esto no es posible hacerlo así con el TSA5511.

2- La portadora de un VCO estabilizado por el TSA5511 (y presumiblemente por chips similares), apenas es lo suficientemente estable para Fonía ( FM de +/- 5 Khz ) y es totalmente inutilizable para SSB o bien QPSK (DATV). No es que el TSA5511 genere "ruido de fase" como tal, lo que sucede es que no consigue una estabilidad de frecuencia suficiente. La portadora  "vibra" u "oscila" arriba y abajo levemente y de forma aleatoria. Un Medidor de Modulación indica que la portadora de nuestro VCO  presenta una FM residual del orden de  +/- 200 Hz de excursión en el rango de UHF y el doble en SHF.  Por tanto, el uso del TSA5511 queda restringido a modulaciones de Banda Ancha, tales como FM de Banda Ancha (Broadcasting) y  ATV, en las cuales esa FM residual es inapreciable.


Conclusiones

El circuito presentado aquí ha sido muy útil en ATV, siendo utilizado por muchos radioaficionados durante muchos años. Pero los inconvenientes del TSA5511 nos impulsan a buscar un PLL mejor.

Un chip que parece adecuado es el  LMX1501A , con similar rango de frecuencias de trabajo y que es programable mediante el Bus de 3 Hilos. Su encapsulado, aunque SMD, es del tipo SOP16 (separación entre pines 1,27 mm) , por lo que es manejable con  medios caseros siempre que trabajemos con cuidado. Actualmente estoy construyendo un sintetizador con este chip.

Otros chips PLL actuales, como el ADF4113 (y familia) y el LMX2315 (y familia), vienen en encapsulados SMD del tipo SSOP16 (separación entre pines 0,65 mm.) por lo que es más difícil fabricar el circuito impreso adecuado mediante métodos caseros.
 Esta foto de dos adaptadores nos muestra la diferencia entre encapsulados SOP16 y SSOP16


Si tienes cualquier duda, puedes escribirme:   ea7glu arroba gmail punto com

EA7GLU, Septiembre de 2019.

 
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