Extracción de DTMF en líneas telefónicas – Parte 2

En la parte 1 de este artículo, llegamos a un circuito que permitía extraer el audio de los tonos DTMF de una línea telefónica analógica, cumpliendo con el requisito de alto aislamiento.

En esta parte analizaremos el circuito y llegaremos al diseño final.

Analizando al circuito

El circuito que habíamos diseñado en era este:

Este circuito, nos servirá para la extracción de audio y el sensado de la línea telefónica.

Las líneas marcadas como P0 y D0, equivalen a las señales P y D que indican la polaridad de la línea.

Para lograr el objetivo, se definieron las siguientes premisas:

• La señal DTMF se extrae de las mismas líneas P y D en el nivel bajo. Se tomará de los colectores de los transistores de salida de los optoacopladores.
• El audio se extrae dependiendo del sentido de la línea en el punto P o D, pero no en ambos.
• El audio se sobrepone al nivel bajo de la señal P o D que debe estar en 1.2V aproximadamente.
• El audio no debe superar los 1.6V p-p para evitar salir de la región activa.

El audio se extrae cuando la conducción de corriente hace que uno de los transistores de OPT1 u OPT2, conduzcan.

Para evitar que los transistores pasen a saturación se aplica una salida de corriente a través de Q3 de manera que se logre un voltaje Vce de 1.2V. Este valor se logra con ayuda de una referencia de 1.8V en los emisores de Q1 y Q2.  Cuando el Voltaje emisor-base de Q1 o Q2 alcancen los –0.6V, se producirá una polarización que hará conducir al transistor afectado generando también la conducción de Q3.

Este control realimentado es de tipo Proporcional Integral. Para retardar el tiempo de respuesta se usa el filtro C2 a la base de Q3.

El voltaje de 1.8V como referencia es crítico. Por encima de este valor, se podría tener un nivel lógico bajo de más de 1.2V a la salida de las líneas P y D, lo que puede ocasionar error al momento de interpretar el valor real de P y D. Sin embargo, bajar el nivel de 1.8V es aún más delicado, porque genera demasiada distorsión en el audio extraído, lo que origina fallas en la detección DTMF. El voltaje de referencia de 1.8 voltios se puede obtener de un divisor resistivo con filtro. Si se usara una fuente de referencia externa de 1.8V, esta debe tener suficiente capacidad de carga para mantenerse estable sobre todo si esta fuente se comparte con otros circuitos.

Como la conducción de OPT1 y OPT2 se producen de manera complementaria, no es necesario usar 2 transistores para mantener en región activa la salida de los optoacopladores. Basta con usar un sólo transistor Q3. Cuando OPT2 se encuentre conduciendo, OPT1 no lo estará, y la activación de Q3 no lo afectará. Inclusive se podría evitar usar el par Q1 y Q2, usando sólo un transistor con dos diodos en la base, pero en este caso se debe variar el voltaje de referencia de 1.8V.

Sin embargo, como las bases de los transistores de salida de los optoacopladores se encuentran unidos por la red  R5-R6, se hace necesario la presencia de C9 para evitar picos transitorios en los cambios de estado de una de las ramas del circuito. Si no se tuviera C9, al momento de que uno de los niveles P ó D cambiara de estado, podría afectar a la otra rama, creando un transitorio de voltaje por efecto de los picos de corriente que pasarían a través de R5-R6.  Estos transitorios harían que el posible firmware conectado (asumiendo que usamos un microcontrolador para la lectura de los estados) interpretara mal los estados de P y D e indicaría una llamada contestada en muchos casos en que simplemente se descuelga y cuelga el auricular. El valor de 22u es más o menos crítico. Incrementarlo o disminuirlo, afecta a la correcta detección DTMF.

El nivel bajo cae a 1.2V aproximadamente pero sobre este nivel aparece modulada, débilmente la señal de audio del teléfono. Esta señal es luego introducida por medio de los condensadores de desacoplo C5 y C6 de 100n, a la entrada del decodificador MT8870.

El valor de C5 y C6 está en un punto más o menos crítico. Si se aumenta, se podría dejar pasar demasiada componente de baja frecuencia que retardaría la detección DTMF en el MT8870. Un valor más bajo podría bajar el nivel de audio que se requiere para la detección.

Tabla de señales P y D

Las señales P y D, del circuito, se usan para verificar el todo momento el estado de la línea telefónica monitoreada.

SEÑAL  P	SEÑAL D	SIGNIFICADO
Alto	Alto	Teléfono colgado
Bajo	Alto	Teléfono descolgado con polaridad –
Alto	Bajo	Teléfono descolgado con polaridad +
Bajo	Bajo	<No válido>

Los niveles alto y bajo deberían corresponder a 5V y 0V respectivamente, como en toda señal digital, sin embargo, existe una particularidad en estas líneas.

El nivel alto está en 4.5V aproximadamente y el nivel bajo cae a 1.2V aproximadamente pero sobre este nivel aparece modulada, débilmente la señal de audio del teléfono.

Como se puede ver en la tabla, las líneas P y D proporcionan información útil con respecto al estado de la línea, que si bien no tiene que ver con la extracción del DTMF, sí nos permitiría implementar un sistema tipo tarifador para llamadas telefónicas.

Completando el diseño

Ahora que tenemos el circuito de extracción sensado y de audio, solo nos queda completar nuestro diseño, con la conexión del MT8870 y el circuito de alimentación.

Notar los diodos D2 y D3 que se han incluido en las líneas P0 y D0, para obtener las líneas P y D. Esta adición se hizo para bajar un poco el nivel bajo de salida de P0 y D0, que estaban en un valor peligroso de 1.2V, y que podría mal interpretarse como un valor alto. Ahora el nivel bajo pasa a 0.8V.

Las líneas de entrada y salida, del circuito mostrado, son todas digitales, no obstante, no existe línea de alimentación de 5V, sino que esta se obtiene a partir de 12V.

La descripción de pines es:

• GND. Es la referencia de tierra para todas las señales.
• +12V. Es la entrada de alimentación.
• b3,b2,b1, y b0. Es el bus de datos donde se leerá el tono DTMF.
• L1. Es un Terminal de la línea telefónica de entrada
• L2. Es el otro Terminal de la línea telefónica de entrada.
• D. Es la señal de salida D. Ver tabla de señales P y D.
• P. Es la señal de salida P. Ver tabla de señales P y D.
• T. Señal de entrada. Permite activar la lectura del dígito marcado. Cuando está en baja, el bus de datos pasa a baja impedancia y contiene el dígito marcado.
• STD. Señal de salida. Indica cuando hay un dígito listo para ser leído. Debe leerse con la entrada T.

La señal T se podría fijar siempre a baja, pero se deja como pin configurable, por si se desea usar el bus de datos para compartirlo con otras funciones.

El tono DTMF se lee como un valor binario en los pines b0, b1, b2 y b3, cuando T está en baja.

En el siguiente artículo mostraremos cómo fabricar una tarjeta que incluya esta circuitería.