NOSTALGIA SPECTRUM
Historia, hardware y juegos del Spectrum 16K / 48K y Spectrum+

martes, 10 de mayo de 2011

HISTORIA. Sir Clive Sinclair (III)

Nos encontramos en la mitad de la década de los años 70. La trayectoria empresarial de Sinclair Radionics  estaba llegando a un punto de inflexión. Hasta entonces, sus beneficios no habían parado de aumentar, incluso se había establecido una filial en los EE.UU. En mayo de 1975, la compañía recibía el premio más prestigioso que puede obtener una organización británica: el Queen´s Award for Enterprise (Premio de la Reina para la Empresa). Los ingresos ese mismo mes superaban los seis millones de libras.
Como en años anteriores, el catálogo de calculadoras aumentaba, esta vez con la serie Oxford y la MK 1, la primera de las programables de Sinclair. Las Oxford, de las que se presentaron cinco versiones, surgen a consecuencia de un encargo de Gillette, que planeaba introducirse en el mercado de las calculadoras de bolsillo a partir de modelos licenciados por Radionics. Finalmente, la compañía de maquinillas de afeitar desestimó esa nueva línea de productos, aprovechando Sinclair los diseños para lanzar aquella serie de calculadoras.

Uno de los modelos de la serie de calculadoras Oxford

La estrella de la miniaturización de ese año, sin embargo, no sería una radio ni una claculadora, sino un reloj. Black Watch se presentaba como una seria apuesta de la compañía para abrirse en un nuevo mercado, lo que tenía sentido a la vista de la creciente competencia de las calculadoras llegadas de Asia, más baratas y, habitualmente, de menor consumo.

El reloj Black Watch

La publicidad del Black Watch aseguraba "un reloj sin piezas móviles, un reloj con nada que pueda ir mal, un reloj que proporciona una exactitud jamás alcanzable por la ingeniería mecánica más precisa". Como había ocurrido con otros productos Sinclair, el optimismo resultó ser excesivo y los problemas no tardaron en llegar.
Uno de los anuncios publicitarios del Black Watch

Por una parte, el circuito integrado que controlaba el dispositivo era excesivamente delicado, su sensibilidad era tal que podía llegar a arruinarse con la electricidad estática de la manga de una camisa de nailon; por otra, su anunciada exactitud variaba según la temperatura ambiente, así el reloj se adelantaba o se atrasaba según la época del año. A todo esto había que añadir el complicado diseño de la caja del reloj, que dificultaba su montaje a aquellos que lo compraban en forma de kit; para colmo de los males, las baterías apenas duraban diez días, lo que conllevaba la ardua tarea de abrirlo periódicamente para reemplazarlas. Todo lo señalado, además de otros muchos fallos también documentados, hizo que el número de devoluciones prácticamente superase al de ventas.

Kit de montaje de Black Watch

Black Watch había sido un mal negocio que, indudablemente, iba a repercutir en las cuentas de la compañía. Entre 1975 y 1976 las pérdidas fueron muy cuantiosas. Sinclair Radionics  estaba a un paso de la bancarrota.
En aquellos años gobernaba Harold Wilson, político laborista impulsor del National Enterprise Board (NEB), una agencia gubernamental cuyo principal objetivo era extender el control público sobre el tejido industrial británico mediante su progresiva nacionalización. A regañadientes, con objeto de salvar la compañía, Sinclair acepta en 1976 la venta del 43% de Radionics  al estado a través de aquella agencia nacional.
En pocos meses se demuestra que aquella transacción había sido insuficiente para hacer reflotar la compañía. El único camino para su salvación pasaba por una nueva negociación con la NEB, que para Clive Sinclair supondría, en la práctica, la pérdida del control de Radionics.
No obstante, Sinclair llevaba algún tiempo confeccionando su particular plan B. Ablesdeal Ltd, aquella sociedad instrumental que había adquirido en 1973 (renombrada dos años después como Westminster Mail Order Ltd y luego, a los seis meses, como Sinclair Intruments), le daría la oportunidad de comenzar a operar de inmediato sin la necesidad de sufrir los trámites que conllevarían la creación de una nueva compañía. Su primer movimiento sería pedir a Chris Curry, su hombre de confianza, que se hiciera cargo del despegue de Sinclair Instruments. Un producto con esta marca no tardaría en llegar.
En un inusual golpe de fortuna, una extravagante calculadora de pulsera, vendida en forma de kit con los recurrentes problemas de montaje que, en anteriores ocasiones, había supuesto pérdidas, conseguía una notable aceptación en el mercado de los aficionados a la electrónica. Los ingresos obtenidos por la venta de la Wristwatch Calculator justificaban la confianza en Sinclair Instruments, aunque, como veremos más adelante, las aspiraciones de sus fundadores iban en otro sentido.

La calculadora de pulsera Wristwatch Calculator

Mientras tanto, aun habiendo perdido capacidad de maniobra en Radionics, Sinclair había conseguido que la NEB aceptase financiar el desarrollo de un nuevo televisor de bolsillo, en proyecto desde antes de la crisis.
En diciembre de 1976, un diminuto receptor de diez centímetros de ancho, cuatro de alto y quince de fondo llegaba a las tiendas. A pesar de no ser un producto barato, Microvision TV1A había conseguido atraer la atención del público. Era el primer televisor capaz de sintonizar en cualquiera de los tres sistemas (PAL, SECAM y NTSC), lo que acentuaba su vocación portátil, y su diseño estaba a la altura de los mejores productos Sinclair.

Publicidad del Microvision TV1A. Le siguieron otros modelos, el TV1B y TV1C.

A pesar de todo, podría decirse que el producto estaba destinado a morir de éxito. La magnífica demanda inicial del producto no podría ser satisfecha por problemas de suministro en los componentes; una vez que la producción pudo ser normalizada, el mercado había perdido el interés en el producto, conllevando un exceso de stock que de nuevo provocaría pérdidas.
Las esperanzas de Sinclair en salvar aquel desaguisado pasaban por una nueva calculadora. Al igual que el TV1A, la Sovereign estaba orientada al mercado de alta capacidad adquisitiva, llegando a fabricarse algunos modelos con la carcasa de oro. Su refinamiento en cuanto a técnica era tal que obtuvo multitud de reconocimientos. El responsable de aquel diseño, John Pemberton (uno de los hombres de confianza de Sinclair. Otro de sus diseños fue la Wristwatch), recibía el prestigioso Design Centre Award en abril de 1977. No obstante, las ventas de esta calculadora no estuvieron al mismo nivel que su sofisticación, lo que supuso más pérdidas en Sinclair Radionics.
Ante esta nueva crisis, se acuerda una nueva inyección de capital que le otorgaría al NEB el control sobre el 73% de Radionics. Una de las primeras medidas del nuevo socio mayoritario es el nombramiento de Norman Hewitt, un hombre de la agencia, como director ejecutivo.
La concepción de empresa de Clive Sinclair, aunque en ocasiones temeraria, chocaba frontalmente con la visión de los directivos de la NEB, a quienes consideraba unos burócratas con poca visión de futuro. Habiendo pasado a un segundo plano en Radionics, y animado por la buena marcha de Sinclair Instruments,  decidiría centrar sus esfuerzos en la segunda, a la que renombraría como Science of Cambridge Ltd.

domingo, 10 de abril de 2011

HARDWARE. La alimentación eléctrica (y III)

Como ya hemos visto en las anteriores entradas, al Spectrum le entran, únicamente, nueve voltios de corriente contínua sin estabilizar, lo que los hace totalmente inútiles si no se los convirtiera en estables interiormente. La inestabilidad de una fuente de alimentación radica en que la salida en contínua varía con relación a las variaciones de la red de distribución eléctrica que pueden darse en la entrada.

Esquema completo del circuito de alimentación del Spectrum

Como se aprecia en la imagen de arriba, de los 9 voltios de entrada se consiguen tres tensiones diferentes: +5V, +12V y -5V. Estos tres voltajes son los que necesita realmente el Spectrum para funcionar. Veamos para que sirve cada uno:

¬ Los +5V son los más estables, de mayor potencia y mejor controlados. Se utilizan para alimentar al microprocesador, la ULA, memorias y al resto de la circuitería lógica. El dispositivo que se encarga de proporcionar esta tensión es el regulador 7805, muy utilizado en el mundo del hardware y la electrónica y que analizaremos a continuación.

¬ Los +12V se obtienen por conversión, según veremos después, y son de poca potencia, pero suficientes para polarizar a los ocho circuitos de memoria RAM dinámica 4116 que cubren los primeros 16 Kbytes de memoria. El circuito integrado LM-1889 que genera la subportadora de color también se polariza con +12V.

¬ Los -5V también se obtienen por conversión y se utilizan únicamente para polarizar las RAM dinámicas. Estas memorias utilizan las tres tensiones (+12V, +5V y -5V).

EL REGULADOR 7805. Este dispositivo es un auténtico circuito integrado con aspecto exterior de transistor de potencia media (encapsulado tipo TO-220).

Aspecto externo del 7805 con encapsulado TO-220

Físicamente el 7805 consta de tres patillas que, de izquierda a derecha, tienen los siguientes cometidos:
INPUT: Por esta entrada se puede aplicar una tensión máxima de 35 voltios sin estabilizar.
GROUND: Es el terminal central y es el que se conecta a tierra, punto común de referencia para todas las tensiones.
OUTPUT: Por este tercer terminal salen hacia el exterior +5 voltios con un margen de estabilidad próxima al 2%, según tolerancias y cargas aplicadas.
El regulador de tensión 7805 es capaz de proporcionar una intensidad nominal de un amperio. Dispone de autoprotección, de modo que si se produce algún cortocircuito, la intensidad se limita hasta un nivel no destructivo en nanosegundos.
Generalmente en su funcionamiento se requiere disipación, por lo que hay que ponerle en contacto mecánico con un disipador que evacue, al aire circundante, su producción de calor. En el Spectrum el disipador es la pieza de aluminio que se ve ostentosamente cuando se abre el microordenador. Este disipador de aluminio ha de evacuar el calor generado por los cuatro watios residuales de los 9 voltios de entrada, para obtener los 5 voltios de salida. De no ser por este disipador, el calor se concentraría en sí mismo hasta llegar a la destrucción.
En el 7805, el fragmento metálico con una perforación en el centro está conectado interiormente al terminal central de GROUND, por lo que, en realidad, tiene doble misión: ser adosado mediante un disipador a un tornillo y ser un terminal auxiliar de masa.

Esquema eléctrico interno del 7805

En la imagen del esquema interno del 7805, la estabilidad eléctrica se obtiene con un diodo Zener de referencia (D2), la regulación de tensión se hace en el último transistor (Q16) conectado entre la entrada (INPUT) y la salida (OUTPUT). El límite de corriente se obtiene gracias a la resistencia de 0,25 ohmios (R16) que hay en serie con el transistor de salida mencionado, y la estabilidad térmica se obtiene gracias a una termoresistencia (R20) que puede variar entre 0 y 19 K ohmios.
Ya en la placa base del Spectrum, los condensadores C50, C34 y C61 ayudan al 7805 en su estabilización y eliminación de transitorios (ver imagen inferior).

Circuitos de alimentación en el interior del Spectrum

El circuito convertidor. (Para entender mejor este apartado observa el esquema de la imagen superior) El convertidor está realizado en el Spectrum mediante el transformador de ferrita L1, los transistores TR4 y TR5 y las resistencias que los polarizan (R59, R58 y R61) y los condensadores C43 y C49 que le ayudan en su funcionamiento. L1 en conjunción con TR4 y C49 forman un oscilador de aproximadamente 15 KHz. El transistor TR5 se encarga de la realimentación y el control de tensión de salida.
La elevación de tensión (+12V) se obtiene debido a la diferente relación de espiras entre el primario y el secundario de L1.
En el colector de TR4 existe una onda cuadrada que, medida respecto a masa, es de +12 voltios; esta misma señal sale hacia el exterior del Spectrum para ulteriores aplicaciones por el terminal 23A del conector posterior (la famosa ranura para conectar periféricos).
El diodo D15 y el condensador C44 son un rectificador y filtro para obtener los +12V que irán hacia el interior del microordenador y saldrán por el conector trasero (terminal 22A).
Siguiendo el esquema de la imagen superior, C46 hace el papel de filtro de la componente contínua. El diodo D11 actúa de rectificador para obtener la semionda negativa de 12 Vpp cortocircuitando la positiva, R55 y el diodo Zener D16 son un circuito estabilizador de -5,6 voltios, D12 se utiliza para eliminar los 0,6 voltios residuales y C47 y R54 actúan de filtro final.  Los -5 voltios van hacia el interior del Spectrum y salen hacia el exterior por el terminal 20A del conector trasero. En la imagen de abajo se ha marcado en rojo la zona de la placa base del Spectrum en la que se encuentran los componentes que se han citado. Más abajo se muestra un detalle del transformador de ferrita (L1) con el 7805 detrás y algunos de los componentes que se encargan de la alimentación interna.


Ubicación de la zona de la alimentación y disipador del 7805


Detalle del transformador de ferrita y el 7805

Condensadores de desacoplo. Repartidos por toda la placa del Spectrum existen unos condensadores de 0,1 µF o valor próximo para el desacoplo de las líneas de alimentación. Un circuito lógico, en especial si es de la familia TTL (como los "chips" del Spectrum), produce picos de consumo debidos a sus rápidas transiciones o flancos, picos que se traducen en caídas de tensión transitorias que pueden alterar el funcionamiento de otros circuitos vecinos. Para evitar esto se coloca un condensador de desacoplo por cada circuito integrado y colocado próximo a sus patas de alimentación.
El efecto funcional de estos condensadores es el de restituir localmente los transitorios de bajada de tensión. Estos transitorios son del orden de 100 nanosegundos (ns) o menos.

En la próxima entrada retomaremos la historia del Spectrum, y veremos de dónde y cómo surgió la idea en el interior de la empresa Sinclair Research Ltd.