Con los condensadores RIFA ya reemplazados en su multímetro HP 3478A, Steve Leibson pudo encender el instrumento de forma segura para preparar el cambio de pila. Ese primer paso quedó contado en "An HP 3478A DMM Rescue, Part 1: RIFA Madness". Con el equipo energizado, el multímetro dejaba de depender de la pila para preservar los datos de calibración.
Cambiar la pila de retención de datos de un 3478A no es cosa simple. Hay tres caminos posibles.
- Leer los parámetros de calibración de la SRAM uno por uno, usando comandos no documentados enviados por el puerto HPIB del multímetro, y restaurarlos después de cambiar la pila. Leibson no tiene interfaz HPIB, así que esa puerta estaba cerrada.
- Soldar una pila de respaldo extra al pin Vcc de la SRAM y recién ahí cambiar la pila, con el multímetro desconectado de la red eléctrica.
- Reemplazar la pila con el instrumento encendido, dejando que la fuente de alimentación de red preserve los datos de calibración en la SRAM. Con esta opción no se puede usar un cautín convencional de punta aterrizada, porque cortocircuita la pila y los datos de calibración se pierden.
En todos los casos, si se pierde la calibración, el multímetro necesita recalibrarse con un patrón de transferencia o en un laboratorio. El costo de una recalibración de laboratorio es tres o cuatro veces lo que Leibson pagó por el instrumento, así que quedó obligado a preservar esos datos de calibración de 40 años.
Tres fuentes de poder para no perder un solo parámetro
Leibson optó por combinar las opciones dos y tres. Soldó un portapilas de tres celdas AAA directamente sobre el condensador de desacople (C510) que sirve a la SRAM Intel 5101L, alimentándolo a través de una resistencia de 470 ohm y conectándolo en OR cableado con la pila existente y con la fuente de 5V de la red, mediante un diodo 1N4148. Usó conectores JST SMP de dos pines, polarizados y con traba, montados en cables cortos, para que conectar y desconectar el portapilas fuera más rápido.
El esquema creó una jerarquía de poder de tres niveles. La fuente de red de 5V entregaba cerca de 4,75V a través de su diodo. El portapilas AAA entregaba unos 4,25V por el suyo. Y la pila existente de litio y dióxido de azufre (LiSO2) de 3V entregaba alrededor de 2,75V por el tercero. En cualquier momento del proceso de reemplazo, al menos dos de esas tres fuentes mantenían vivos los parámetros de calibración. Es un enfoque de cinturón y tirantes, y esa era la idea.
¿Por qué hacía falta un soldador a butano?
Como la fuente de red estaría viva mientras se cambiaba la pila LiSO2, el multímetro quedaba aterrizado a través del cable de poder. Hacía falta un soldador eléctricamente aislado para no cortocircuitar la pila contra tierra. Ahí también había cuatro alternativas.
La primera, usar un cautín aterrizado y desenchufarlo justo antes de soldar. Leibson la descartó porque no confiaba en que el cautín siguiera caliente el tiempo suficiente. La segunda, enchufar un cautín aterrizado a un inversor de corriente alterna alimentado por batería, que le pareció viable. La tercera, uno de los nuevos cautines alimentados por USB, que no tenía. La cuarta terminó siendo la elegida, un soldador Weller ML500MP a butano de 20 dólares, porque además preveía necesitar un cautín inalámbrico barato para reparaciones de garaje y de terreno.
El soldador llegó un par de días después. En pocos minutos Leibson soldó el cable y el conector JST del portapilas AAA sobre C510, enchufó el portapilas, sacó la pila Eternacell con un alicate de corte diagonal, desoldó los restos de alambre y soldó en su lugar una pila Panasonic de litio y monofluoruro de policarbono (LiCF) tamaño 2/3 A, pedida a Digikey. Agregó dos capas de cinta Kapton bajo la celda para aislar sus anchas lengüetas metálicas de la placa, y la etiquetó con la fecha del reemplazo para que quien la cambie dentro de algunas décadas sepa cuánto duró. Probablemente no sea él. También dejó instalado y tapado el cable con conector del portapilas AAA, para que el próximo cambio sea más simple.
El número que explica los 42 años
La pila LiCF nueva mide 3,35V en circuito. Tras el trasplante, Leibson hizo un ciclo de encendido. La pantalla mostró "SELF TEST OK" y el multímetro empezó a tomar lecturas sin encender el indicador "CAL" que avisa calibración perdida, lo que significa que los datos se preservaron y el trasplante resultó.
Con el instrumento apagado, midió la tensión sobre la resistencia serie de 470 ohm que va entre la pila y la SRAM Intel 5101L. Su multímetro Keithley 197 de 5½ dígitos marcó 14 microvolts, así que la corriente de alimentación con la pila de respaldo de 3,35V es de cerca de 0,03 microamperes. Con razón la pila original duró tanto.
Los ingenieros que lo diseñaron, 43 años después
En ese punto, a Leibson se le ocurrió conversar el diseño del 3478A con el equipo original. Hizo lo más parecido que pudo. Contactó a Jack Trautman y a Larry Desjardin, que escribieron un artículo de 1983 en el "HP Journal" sobre el diseño del multímetro 3468A, basado en la misma plataforma electrónica de 5½ dígitos que usa el 3478A. Trautman fue el jefe de proyecto del 3468A y Desjardin el ingeniero principal que adaptó el algoritmo Multi-Slope II del 3456A de gama alta de HP al 3468A de bajo costo. Los dos ex HP viven hoy en el mismo pueblo de Colorado, en las Montañas Rocosas, y ambos aceptaron hablar por videollamada.
Dos días antes de la llamada, Desjardin le escribió un correo.
"Ya que tienes un 3478, me interesaría saber si la pila de litio que guarda las constantes de calibración sigue funcionando. Esos productos fueron los primerísimos en usar calibración electrónica, y lo hicieron alimentando una RAM estática con una pila de litio, que también era tecnología nueva. El consumo era mínimo y las pilas de litio estaban especificadas para más de diez años, ¿pero 50???"
Leibson respondió que la pregunta llegaba en buen momento y le describió el proceso de reemplazo que había usado. Desjardin contestó: "¡Eso es genial! ¡Hiciste un trasplante de pila! 42 años y todavía preservando las constantes de calibración."
Una pantalla LCD que vino del HP 41C
Aunque nunca se habían visto, los tres habían trabajado en la misma planta de HP en Loveland a fines de los 70, así que tenían historias propias que contarse. La conversación se centró en el proyecto 3468A, donde el foco estaba en bajar el costo y la cuenta de componentes, porque iba a ser el multímetro de 5½ dígitos económico de HP.
Una vía para reducir la complejidad fue usar una pantalla de cristal líquido (LCD) en vez de varios dígitos LED. El LCD además recortaba el consumo, algo importante porque el 3468A tendría una opción alimentada por batería. Trautman recuerda haber viajado a Japón a visitar a Hitachi para ver si les interesaba fabricar una versión más grande del LCD que ya hacían para la calculadora de bolsillo HP 41C. Sí les interesó, y así fue como el 3468A, el 3478A y el 3457A consiguieron sus pantallas.
Leibson les comentó que la comunidad de aficionados a la electrónica menciona el LCD como una de las pocas cosas que no aprecia del 3468A y del 3478A. Tanto así que el youtuber Ian Scott Johnson diseñó una placa de reemplazo y su software para cambiar el LCD por una pantalla TFT retroiluminada, una placa controladora y una placa microcontroladora Blue Pill de 32 bits de STMicroelectronics. El diseño y su instalación están cubiertos en detalle en varios videos de creadores como CuriousMarc, Grid9Systems y IanScottJohnson. La modificación de pantalla para el 3478A sirve también para el 3468A.
A Trautman se le abrieron los ojos mientras revisaba, durante la llamada, las decenas de videos dedicados al 3468A, al 3478A y a sus pantallas. Ninguno de los dos ingenieros responsables de esos multímetros de batalla sabía de la cantidad de seguidores que había reunido su creación.
El lugar incómodo de los instrumentos baratos
La conversación pasó después al bajo estatus que tenían los multímetros económicos dentro de la Loveland Instrument Division de HP. Trautman lo explicó así.
"Había esta sensación en el laboratorio de la LID [Loveland Instrument Division] de que era como un bajón que te asignaran a trabajar en instrumentos de bajo costo, cuando podías estar trabajando en todos los voltímetros de gama alta con cosas de última tecnología pasando. Y sin embargo había mucha tecnología increíble ocurriendo en la gama baja. Estaba el voltímetro de sonda 970A, que salió más o menos cuando entré a la empresa, y después una rara versión de escritorio de ese, el 3476A. Luego se formó un grupo para trabajar en un voltímetro de bajo costo, sacando más rendimiento, más resolución y más sensibilidad, y capitalizando al mismo tiempo mucho del trabajo que se hizo en el multímetro de sonda.
"Había resistencias de nitruro de tantalio sobre zafiro, redes de resistencias a medida, fabricadas en el departamento de circuitos integrados de la LID, que se podían calibrar por láser y combinar con interruptores MOS [primero NMOS, después CMOS] para hacer el autorrango de la circuitería junto con las resistencias. Había algunas tecnologías emergentes que fueron las habilitadoras para que bajáramos el costo y lográramos los resultados que queríamos."
El 3468A hizo otro aporte relevante con su calibración totalmente electrónica y de caja cerrada, con los factores de corrección guardados en una SRAM respaldada por pila. "Ya no necesitabas que el técnico entrara ahí con sus destornilladores a cambiar la calibración", explicó Desjardin.
El artículo de febrero de 1983 del "HP Journal" sobre el 3468A lo detallaba de esta manera.
"La calibración electrónica simplifica la calibración para el usuario y, al eliminar los ajustes manuales, mejora la estabilidad de largo plazo y la confiabilidad del producto. Además, dado que las rutinas de calibración pueden compensar errores de ganancia de hasta 4,5%, muchos componentes pueden elegirse por su buena estabilidad y la exactitud inicial pasa a ser no crítica."
