Información genérica (parte 2).

Hola bienvenidos a su sección "Información genérica" donde la estrella siempre es... ¡Lo primero que me viene a la mente!

Se ha ido otro ciclo escolar (el lugar ha donde se ha ido lo pongo a su consideración, amable lector), lo que implica que el pseudo nerd está de vacaciones una vez más. Estas vacaciones estoy dispuesto a pasármela bomba y para ello debo armar unos cuantos circuitos que me permitirán disfrutar de mi hobby favorito (es decir, experimentar con hardware relacionado a videojuegos) de una forma plena y ante todo confiable. Con confiable me refiero a tratar de evitar, en la medida de lo posible, que se presente alguna falla en alguno de los circuitos.

Los LED son dispositivos que, como su nombre lo indica, emiten luz. Son muy útiles para visualizar o transmitir información de forma inalámbrica cuando hay línea de vista entre el emisor y receptor. Últimamente se han hecho populares gracias a las lámparas de mano y juguetes chinos que los emplean. Tienen una alta durabilidad, además de que son muy eficientes como fuentes de luz, a pesar de que la luz que irradian suele ser focal y tener un ángulo de apertura muy agudo. Si bien, en términos de iluminación son muy eficientes (comparados contra las lámparas incandescentes o fluorescentes), en términos electrónicos son voraces. El consumo de corriente que suele tener un LED a su máximo nivel de luminosidad suele ser mayor a los 20[mA]. Puede parecer poco, pero el consumo del adaptador de controles de Super NES a Dreamcast suele ser de 3.5[mA], lo cual, para estándares de electrónica actual es elevado.

El problema de voracidad de los LED se incrementa cuando se desea emplear más de un LED. Un display de siete segmentos puede llegar a consumir más de 100[mA] si no se emplean las resistencias limitadoras adecuadas. Además, una práctica muy empleada por los estudiantes de electrónica (e incluso por los profesionales del ramo) es conectar de forma directa a las terminales de los circuitos lógicos varios LED que les permitan visualizar información. A pesar de que se empleen resistencias limitadoras, al hacer esto existe una alta probabilidad de dañar el circuito lógico, sobretodo si se emplean familias de bajo consumo de corriente. Los circuitos lógicos de colector abierto no tienen este inconveniente.

Una técnica recomendada para conectar un LED a la terminal de un circuito lógico consiste en armar un driver muy rudimentario, con un transistor bipolar de juntura. Es posible emplear cualquier transistor, incluso es recomendable emplear transistores digitales (que tienen resistencias de polarización internas). En mi caso, suelo emplear transistores como el MPS3904 (que es tipo NPN) o el MPS3906 (el complementario PNP), que suelen tener una muy buena respuesta en frecuencia (comparados con otros transistores como el famoso BC548/BC558) y además son muy baratos.

Este driver funciona así:
Cuando el nivel lógico en la entrada es bajo (0[V]), circula una mínima corriente por la base del transistor, lo que provoca que el transistor se comporte como un circuito abierto, por lo que no circula corriente por el LED y éste no enciende. Cuando el nivel lógico en la entrada es alto (5[V]), circula corriente a través de la base, el transistor se comporta como un circuito corto y circula corriente a través del LED, por lo que éste enciende. Quizás parezca una complicación innecesaria, pero en este caso el LED consume la corriente directamente desde la fuente de alimentación y no desde la terminal del circuito lógico.

La configuración empleada en este driver se llama colector común, aunque en este caso en particular también se le conoce como emisor seguidor, ya que en la salida del emisor tenemos una copia de la señal que se aplica en la base del transistor. La característica de esta configuración es que la ganancia de voltaje es unitaria, pero la ganancia en corriente es muy alta.

Al armar circuitos electrónicos siempre se tienen en cuenta varios factores, como son el diseño del circuito (lo que implica cálculos y en algunos casos simulaciones), el enrutamiento de las conexiones (ya sean alambradas o pistas de circuito impreso), la disponibilidad de materiales y sus posibles reemplazos. Al terminar de armar un circuito siempre se suele probar, verificando que a la salida del circuito se obtengan las señales deseadas. Si las pruebas fallan en ese aspecto, es cuando se suele hacer una inspección más rigurosa en cada una de las etapas del circuito.

Sin embargo, al probar un diseño en el que me encuentro trabajando noté algo que me desconcertó. Las salidas lógicas del circuito eran adecuadas y coherentes en tiempos con lo que había diseñado. Es decir, el circuito funcionaba "bien". Hasta aquí, todo hubiera sido grandioso, de no ser que el objetivo del circuito era reducir el consumo de corriente en un sistema que emplea varios LED, ya que la capacidad de la fuente de alimentación del circuito es relativamente limitada.

Una técnica para disminuir el consumo de energía en un arreglo de LEDs consiste en encenderlos de forma intermitente, a una frecuencia relativamente alta. El objetivo es que en un momento dado un solo LED se encuentre encendido, de tal suerte que en cualquier momento la fuente sólo tiene que lidiar con el consumo de un sólo LED.

Por ejemplo, supongamos que se desean encender cuatro LEDs con una corriente de 20[mA] para que otorguen un brillo muy alto. Si se encendieran los cuatro LEDs al mismo tiempo, se tendría un consumo de 80[mA], lo cual es demasiado. Sin embargo, si se encienden los cuatro LEDs en secuencia a alta frecuencia, a pesar de que sólo se tiene un consumo de 20[mA], al ojo humano parecerá que los cuatro LEDs están encendidos al mismo tiempo. La frecuencia mínima que permite emplear esta técnica es de 24[Hz], si se emplea una frecuencia menor se notará un parpadeo en la iluminación de los LEDs. Una frecuencia de 100[Hz] a 200[Hz] suele ser muy adecuada, ya que permite obtener el efecto de encender todos los LEDs al mismo tiempo, sin estresar al circuito secuenciador (que a mayor frecuencia, consume más corriente).

Sin embargo, al medir el consumo del circuito me llevé una muy desagradable sorpresa, ya que era de 60[mA]. Evidentemente algo estaba muy mal, pues el consumo esperado era de unos 28[mA] (considerando corrientes de polarización de transistores, circuitos integrados y el consumo del propio LED). En mi circuito estaba empleando compuertas de bajo consumo, de la familia HCT. La familia HCT se caracteriza por ser compatible con la familia LS, pero empleando una corriente que ronda los 20[uA], mientras que las compuertas LS tienen un consumo aproximado de 3[mA]. Existen variaciones en el consumo de corriente, sobretodo si los circuitos se encuentran en conmutación de estados a alta frecuencia.

Procedí a probar uno de los circuitos que estaba empleando, un SN74HCT32N (una compuerta OR) de la marca Texas Instruments. Si bien, el circuito entregaba la tabla de verdad de forma correcta, al medir su consumo de corriente encontré al culpable del problema. El circuito tenía un consumo aproximado a los 40[mA]. Este valor de corriente evidenciaba la inminente falla de la compuerta en el corto plazo, ya que era indicio de corrientes de fuga muy altas en el interior del circuito.

En este punto decidí suspender el armado del circuito y procedí a probar todos los circuitos integrados que tengo. Descarté cuatro circuitos integrados que tenían corrientes de polarización mayores a los 5[mA]. Noté que todos los circuitos HCT de la marca Texas Instruments tenían corrientes de polarización relativamente elevadas, de entre 1[mA] y 3[mA]. Dichos circuitos los compré en la tienda AG Electrónica, principal proveedor de circuitos electrónicos en la Ciudad de México.

Había tenido conocimiento de casos donde dicha empresa comercializaba lotes de circuitos rechazados de los controles de calidad de los fabricantes, además de vender falsificaciones de varios circuitos. En casos concretos, las quejas principales eran de PLD's de la familia GAL (en el caso de los lotes defectuosos) y transistores de alta frecuencia marca Toshiba (en el caso de las falsificaciones). En el caso de mis circuitos tengo incertidumbre, ya que pueden ser circuitos HCT auténticos pero defectuosos o bien, falsificaciones de la familia LS matriculadas como HCT.

Sea cual sea el caso no hay mucho que se pueda hacer al respecto, ya que dicha empresa no otorga garantías en circuitos integrados.

Hace un par de años, compré unas compuertas lógicas de la familia HCT marca Goldstar (antes de unirse a Lucky para hacer LG) y han tenido un rendimiento impecable, además de que su consumo de corriente es de apenas 18[uA] a pesar de ser componentes con fecha de manufactura de febrero de 1995. Y hace muchos años (1999), cuando estudiaba en la vocacional compré mis primeros circuitos integrados en la tienda Steren, unas compuertas TTL de la familia LS marca Motorola (antes de convertirse en ON Semiconductor) y aún sobreviven. Su consumo de corriente es de apenas 1.5[mA] y han soportado un par de sobrecargas y mucho uso rudo.

Los circuitos de la familia LS tienen como ventajas el ser muy baratos, fáciles de conseguir y de manipular. Sin embargo su consumo de energía es muy elevado para los estándares actuales. Por otro lado, las familias de circuitos con tecnología CMOS suelen tener un consumo de energía muy reducido, pero su disponibilidad y su manejo suelen representar un problema. Existe una familia discontinuada de circuitos lógicos que en lo particular me agrada mucho, es la familia CD40. Son circuitos CMOS de bajo consumo, que admiten voltajes de polarización desde los 3[V] hasta los 15[V]. Esto les brinda una gran flexibilidad, ya que pueden emplearse tanto en lógica de bajo voltaje (3.3[V]) como en lógica de 12[V] (muy empleada en electrónica de potencia y manejo de relevadores). Los inconvenientes de esta familia son su escasa disponibilidad en el mercado, su manejo delicado, su incompatibilidad en terminales con la familia LS (que es bastante más popular) y su baja velocidad. Sin embargo, es muy difícil hallar falsificaciones de esta familia lógica, además de que es imposible matricular un circuito LS y hacerlo pasar por CD40, ya que las terminales no son compatibles.

Mi recomendación es que si van a armar circuitos pequeños o donde el consumo de corriente no sea un factor a considerar, es preferible utilizar la familia LS. Si por otra parte se desea hacer un proyecto que requiera de muchos circuitos integrados, con voltajes de alimentación distintos a 5[V] y con un consumo reducido de energía, es preferible la familia CD40 (similar a las familias HEF40 y HCF40). También recomiendo probar el consumo de corriente de cada circuito integrado que adquieran ANTES de utilizarlo en algún proyecto. Si es posible, pidan la prueba en el establecimiento donde adquieran el circuito. Si el consumo del circuito integrado es excesivo (superior a los parámetros establecidos en la hoja de datos) y no cuentan con garantía, lo mejor es descartar el circuito, de lo contrario puede provocar fallas en el corto plazo y dañar otras partes del proyecto. Hay que tomar conciencia que es preferible perder un poco de dinero, que comprometer el funcionamiento de un circuito, ya que si un circuito falla pueden ocurrir varias cosas:

• Si se trata de un proyecto escolar, obtendremos una mala nota.
• Si se trata de un proyecto en el trabajo podemos obtener desde un regaño hasta perder nuestro empleo.
• Si se trata de un proyecto personal nos frustraremos un rato.
• Si se trata de un sistema de control, podemos provocar un siniestro.
• Si se trata de un soporte de vida, alguien puede morir.

Como siempre, estamos en contact!

Nintendo sucks (over again).

Hola, ¿Como están?

Otra vez me puse a experimentar con consolas viejas, y en esta ocasión el resultado ha sido una montaña rusa, que fue desde lo sumamente frustrante hasta lo gratificante y sorprendente.

Recientemente conseguí un GameBoy Advance de primera generación. A mi parecer es una consola portátil bastante cómoda, ya que emplea baterías AA (que son baratas y fáciles de conseguir) y tiene una forma muy ergonómica. Sin embargo tiene el defecto de que su pantalla no cuenta con iluminación.

Quizás pueda parecer una exageración, pero hay ocasiones en que las condiciones de luz ambiental dificultan ver lo que ocurre en pantalla. Además, no es posible jugar si no hay una fuente de luz cercana y en el ángulo adecuado, el cual debe ser hallado en tiempo real y en un proceso de prueba y error (es decir, debes moverte como loco hasta lograr ver algo). Por si fuera poco, mi primer consola portátil fue el PSP, por lo que estoy acostumbrado a las pantallas retroiluminadas y con buena nitidez.

Como es costumbre en Nintendo, después del éxito del GameBoy Advance hicieron una serie de revisiones en el hardware, corrigieron algunos detalles y agregaron algunas funcionalidades (al tiempo que retiraron otras). El GameBoy Advance SP es una revisión en la cual el factor de forma de la consola pasó a ser folder. Además, el GBA SP contaba con pantalla iluminada frontalmente (lo que le brinda un tinte azulado a las gráficas) y botones sólidos. Una revisión del GBA SP contaba con pantalla retroiluminada. La última iteración de una consola GameBoy en el mercado fue la versión Micro, que cuenta con una pantalla muy brillante (inclusive más brillante que la pantalla de un Nintendo DS), un factor de forma muy pequeño, carátulas intercambiables y carece de la compatibilidad con juegos de GameBoy clásico y GameBoy Color.

Vagando por internet encontré que hace muchos años existieron soluciones de terceros para dotar de luz a la pantalla del GBA. Las soluciones más simples constaban de lámparas que se conectaban al puerto serial del GBA y contaban una extensión flexible con la cual se podía fijar la lámpara en una posición que resultara conveniente. Debo aclarar que la calidad de imagen que se logra con estas lámparas es nefasta.

También existió un accesorio para las GBA de primera generación llamado Afterburner. Dicho accesorio constaba de una mica y unos LED (diodos emisores de luz). La mica se utilizaba para laminar la parte frontal de la pantalla del GBA, mientras que los LED se ubicaban a los costados de la pantalla y brindaban la iluminación.

Debido a que contaba con la pantalla de un NDS descompuesto (cortesía de mi amigo S. Skull), decidí tratar de adaptar el sistema de retroiluminación a la pantalla del GBA. El sistema de iluminación de la pantalla de NDS consta de un arreglo de cuatro LEDs blancos ultrabrillantes conectados en serie. El voltaje nominal de polarización en directa de los LEDs es de 3[V], por lo que lograr encender el sistema de iluminación requiere de 12[V], aunque en la práctica se requiere un poco más de ese voltaje.

Aquí viene la pregunta del millón: ¿De donde rayos saca el NDS los 12[V] necesarios para iluminar las pantallas? La respuesta es un conversor step up (me acabo de autorregalar un millón n_n!).

Los conversores step up son en realidad fuentes conmutadas que entregan en su salida un voltaje fijo mayor al voltaje de su entrada. En el caso del NDS, se convierten los 3.6[V] que otorga la batería de iones de litio en 12[V]. En muchos sitios se les suele llamar inversores, y son una de las causas principales de fallas en el sistema de iluminación en pantallas LCD. Sin embargo, el término inversor está empleado de forma incorrecta, ya que en realidad, a la salida del conversor de obtiene corriente directa y no corriente alterna. Supongo el término es empleado debido a que el conversor step up suele basarse en un circuito resonante de baja frecuencia, por lo que en algunas etapas previas a la salida la señal es en efecto, corriente alterna.

Procedí a desmontar la pantalla del NDS y dejar sólo el ensamble de la iluminación. Posteriormente modifiqué el arreglo de LEDs para evitar el uso del conversor step up. Para ello convertí el arreglo serie en un arreglo paralelo, por lo que sólo se requerían 3[V] para encender la iluminación. Sin embargo se debe tener precaución, ya que el consumo de corriente de la retroiluminación puede elevarse sino se emplean resistores. Además, la intensidad luminosa suele disminuirse al cambiar la configuración del arreglo.

Posteriormente corté el sistema de retroiluminación a la medida de la pantalla de GBA, con la cual se acopló.

La parte más difícil fue remover la lámina metálica de la parte posterior de la pantalla del GBA, ya que está adherida firmemente al LCD, por lo cual es muy fácil romper la pantalla si no se realiza este paso con sumo cuidado. Para evitar daños en la pantalla utilicé la credencial de la escuela para remover la placa metálica, de tal forma que la fuerza se distribuyese de forma uniforme por toda la pantalla.

Coloqué la pantalla del GBA sobre el sistema de retroiluminación de la pantalla de NDS, conecté todo a sus respectivos puntos de alimentación, encendí el GBA y ... frustración total. La pantalla se veía completamente negra, aunque en sus bordes se apreciaba el brillo de la retroiluminación. Después de investigar un poco más a fondo y de realizar pruebas con diferentes micas polarizadoras de luz descubrí que la pantalla de los primeros GBA está diseñada para reflejar la luz, ya que está polarizada de tal forma que resulta muy difícil apreciar el color de los pixeles si la luz los ilumina por detrás.

Después de más pruebas logré que se apreciara la imagen de forma muy tenue, sin embargo era insuficiente para jugar. Llegado este punto no tuve más remedio que tratar de ensamblar el GBA de nuevo, revertir las modificaciones que había hecho y esperar que la consola funcionase de forma apropiada. Me resultó imposible volver a colocar la lámina metálica de la pantalla, por lo que en su lugar utilicé papel aluminio y una placa de esponja, con el fin de ajustar la pantalla lo más posible a la carcasa, que a partir de ese momento se convirtió en su único soporte.

Al terminar el ensamble noté que apareció una franja vertical de color verde en el centro de la pantalla. La franja es de sólo un píxel de ancho, por lo que supongo que hubo un pequeño daño en la pantalla. Procedí a ajustar la nitidez de la pantalla para mejorar la visibilidad en la medida de lo posible, pero la mejora no fue notable.

Después de unos días compré un par de accesorios para GBA. Uno de ellos es un ensamble que se coloca en la parte posterior de la consola y mejora su ergonomía, ya que le brinda una forma similar a la de un control de PlayStation. Dicho ensamble cuenta con una batería recargable interna y un cargador de pared, por lo que se puede prescindir de las baterias AA. Otro accesorio es una lámpara ajustable de neón que se conecta en el puerto serial del GBA. Dicha lámpara es una porquería, ya que no mejora la visibilidad, sino al contrario, el reflejo de la lámpara en la pantalla molesta mucho, además de que su intensidad luminosa es muy baja.

En este punto me encontraba muy frustrado, ya que todo indicaba que una vez más había tirado mi dinero a la basura, tanto con los accesorios como con la propia consola, ya que es bastante incómodo tratar de jugar cuando las fuentes de luz no son óptimas.

Sin embargo, conseguí un accesorio que me parece simplemente genial y que resuelve todos los problemas de visibilidad de la consola. Se trata de un adaptador para televisor. Es la solución menos apropiada, pero es la única alternativa que me quedaba para tratar de jugar con mi consola de forma relativamente cómoda.

Dicho accesorio es desmontable, lo que permite jugar en el televisor cuando se está en casa y jugar en la pantalla de la consola de forma portátil.

La instalación del adaptador requiere de abrir el GBA, pero eso no es ningún inconveniente, ya que cuenta con todos los desarmadores adecuados. Además, ya había hecho varios estragos en el interior de la consola.

La calidad de imagen del adaptador es simplemente sorprendente. Tiene dos modos de visualización, uno es pantalla completa y otro es el tamaño real de la pantalla de GBA. Con tamaño real me refiero a que el número de líneas verticales del televisor equivalen a los píxeles verticales de la pantalla de GBA, por lo que sólo se llena un 70% de la pantalla del televisor. Si bien, es posible notar los píxeles de la pantalla, si se juega a una distancia prudente la calidad visual se asemeja mucho a la de un SEGA Genesis.

Me parece una buena alternativa para todos aquellos que deseen jugar sus cartuchos de GBA en un televisor y no cuenten con un GameBoy Player. El GameBoy Player es un accesorio que se conecta al puerto de alta velocidad del Nintendo GameCube y que permite utilizar juegos de GBA en dicha consola.

Una ventaja importante del adaptador que adquirí es que también funciona con los juegos de GameBoy Clásico o GameBoy Color, lo cual es simplemente genial. De esta forma se tiene una consola similar al WideBoy o al DemoBoy.

Tanto el WideBoy como el DemoBoy son aparatos que permitían visualizar juegos de GameBoy en una pantalla de televisor convencional. Se emplearon en la década de 1990 para demostraciones y fueron utilizados por nuestra revista Club Nintendo para poder fotografiar las pantallas del GameBoy. En los primeros números de nuestra revista no había forma de fotografiar la pantalla LCD del GameBoy de forma directa. En aquella época no existía la fotografía digital, por lo que el retoque de fotos y el ajuste de niveles era un trabajo demasiado costoso. La primera alternativa que empleó nuestra revista fue fotocopiar la pantalla del GameBoy, sin embargo esa técnica brindaba una calidad muy baja. Para el número 9 del año 1 adquirieron alguno de esos equipos (al parecer fue el DemoBoy) y la calidad de sus fotografías en juegos de GameBoy se elevó muchísimo.

Hoy en día es posible visualizar juegos de consolas portátiles en el televisor empleando emuladores, sin embargo a mi me parece genial poderlo hacer empleando el hardware original de la consola. Además eso abre una gama de posibilidades muy tentadoras, que muy probablemente se conviertan en proyectos para estas vacaciones.

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