Extracción de DTMF en líneas telefónicas – Parte 1

El presente artículo muestra cómo implementar un circuito electrónico para poder hacer una lectura limpia de tonos DTMF de una línea telefónica cualquiera, sin introducir ruido o impedancias de carga.

Un problema frecuente, al trabajar con líneas telefónicas analógicas, consiste en poder hacer una extracción clara de los tonos DTMF, que permiten obtener los dígitos marcados, en este tipo de líneas.

Método clásico

La soluciones más común consiste en usar el clásico MT8870 y conectar su entrada, a través de su correspondiente condensador de desacoplo, directamente a la línea telefónica, como se muestra en la siguiente figura:

Pero esta solución solo funcionará bien si la línea telefónica y el circuito digital tienen la misma referencia de tierra o cuando se alimente al circuito, enteramente con baterías, sin conexiones externas.

En la práctica, la línea telefónica viene desde las centrales telefónicas con una referencia a tierra y los circuitos electrónicos son alimentados con fuentes que son conectados directamente a la línea eléctrica y no tienen conexión a pozo de tierra (Ver este artículo anterior).

Esto originará que el circuito lea la señal DTMF con cierto rizado (con sus armónicos incluidos) y ruido, que en algunos casos hace que la decodificacion DTMF se haga de forma limitada o simplemente falle.

Lo que es peor, este tipo de circuitos, no solo lee los tonos DTMF con rizado, sino que el mismo circuito introducirá un rizado molesto que puede ser oído en la misma línea, cuando se realiza la conversación telefónica.

El problema eléctrico

Es importante saber la referencia de la línea telefónica, es decir, cómo es su conexión eléctrica con respecto a tierra o a algún otro punto de referencia eléctrica accesible. Como sucede en la línea de potencia eléctrica, también la línea telefónica está referenciada a tierra, siempre y cuando la central telefónica lo esté también, y esto es lo más común. Sin embargo, por diversos factores, esta referencia no es tan estricta y la conexión a tierra tiene una resistencia alta, por lo tanto, el modelo más estricto (y el peor para nuestro trabajo) es el que tiene una resistencia en serie con la conexión a tierra. Además, no debemos olvidar el efecto de capacidad distribuida a lo largo del cable telefónico que de alguna forma constituye una derivación capacitiva de cada hilo a tierra. Esto, aunque no parezca perjudicial, constituye uno de los peores obstáculos a la hora de diseñar un equipo que pretenda conectarse eléctricamente a la línea telefónica.

Si se va a conectar algún circuito a la línea telefónica, debe tenerse cuidado de no introducirle interferencia, sobre todo la proveniente de la línea de 220VAC( o 110VAC).

Todos los transformadores tienen además un comportamiento de condensador, por lo tanto podemos modelar nuestra fuente de alimentación (que podría ser la del equipo que vamos a conectar a la línea telefónica) como una impedancia capacitiva conectada a un voltaje medio  de 110VAC, por lo tanto si conectamos uno de los puntos conductores del equipo, tendremos una configuración como la mostrada:

Que demuestra que si el aislamiento de la fuente de alimentación del equipo es baja (como es lo usual), el ruido de 60Hz se introducirá por la línea telefónica, puesto que tiene una derivación a tierra y cierra el circuito. El aislamiento del transformador lo hemos representado como un condensador que recuerda el carácter capacitivo del acoplamiento entre las bobinas.

Aunque en el diagrama se ha mostrado la conexión de una sola línea, la situación es peor cuando se conectan las dos líneas. En la práctica la línea telefónica es bastante sensible, a la mayoría de equipos, que por lo general no tienen buen aislamiento. Los transformadores comunes no funcionan muy bien como separadores.

Diseñando el circuito

El siguiente circuito soluciona este problema, usando optoacopladores en serie con la línea telefónica para extraer audio de la línea, con un alto nivel de aislamiento, de modo que las interferencias  son despreciables, independientemente de la referencia eléctrica que tenga el circuito.

Este diseño está basado en un artículo previo en donde muestro una configuración de audio con el 4N35:

Para  este diseño, la entrada del optoacoplador se conectará en serie con la línea telefónica, así que solo funcionará en el estado de «teléfono descolgado», que es cuando realmente se pueden generar tonos de marcación.

Como la corriente de la línea telefónica puede cambiar de polaridad, se hace necesario usar dos optoacopladores en antiparalelo para poder hacer la lectura en todos los casos.

Usar dos optoacopladores, nos permitirá, adicionalmente, detectar el sentido de la corriente y también el cambio de polaridad, como información adicional. De modo que, con una leve modificación, el circuito servirá también para detectar los estado de «teléfono descolgado» y «llamada contestada».

Debe hacerse notar que encontrar el diseño final de este circuito, que permitiera un decodificación limpia y confiable requirió muchas sesiones de ensayo y error. El circuito básico sufrió varias modificaciones posteriores, cada una para resolver alguna falla encontrada en las pruebas.

Una de las mayores dificultades encontradas en el diseño, fue lograr la extracción de DTMF de manera segura, y obtener adicionalmente las señales digitales que indiquen la polaridad de la línea telefónica (A estas señales se les llamará P y D). Al usar la misma circuitería, se presentan problemas de interferencia en el funcionamiento de los circuitos.

Completando el circuito con los componentes adicionales para los dos optoacopladores tendremos:

En la siguiente parte de este artículo, estaré explicando el funcionamiento y completando el diseño.