Ampli Op buffer ?

[Pazcal58]

Bonjour à tous,

Je viens ici car je suis informaticien et j'ai un petit problème électronique qui je pense ne devrait pas poser de soucis aux habitués que vous êtes.

Donc voilà, j'ai un système qui reçois des données par voie radio qui sont transmises à un logiciel via une carte son.
le système actuel fonctionne bien, mais ne me satisfait que moyennement sur les capacités de traitement du logiciel, c'est pourquoi je voudrais créer mon propre logiciel, bref...

je voudrais dans un premier temps, faire tourner mon système en parallèle du système existant le temps du développement, et c'est là que la partie électronique commence, je souhaiterais récupérer l'audio du système radio pour l'injecter dans la carte son de mon pc de développement sans pour autant détériorer le signal.
Un ami qui connais un peu l'électronique m'a dit qu'il fallait que je regarde du coté des "amplis op en buffer" mais j'avoue que c'est un peu du chinois pour moi.

ce que je sais du signal sortant de la prise accessoire de la radio:
signal non désaccentué / ouvert 330mV rms déviation 60% à 1Khz, résistance mini 5Kilo Ohms.

j'ai fait un essai en branchant directement sur ma carte son bien sur, ça fonctionne, mais c'est un peu faiblard et je note que la réception du système tout fait diminue un peu, je suppose que c'est normal mais je m'en remets à vous.

Merci par avance.
-----

[gwgidaz]

Bonjour à tous,

Je viens ici car je suis informaticien et j'ai un petit problème électronique qui je pense ne devrait pas poser de soucis aux habitués que vous êtes.

Donc voilà, j'ai un système qui reçois des données par voie radio qui sont transmises à un logiciel via une carte son.
le système actuel fonctionne bien, mais ne me satisfait que moyennement sur les capacités de traitement du logiciel, c'est pourquoi je voudrais créer mon propre logiciel, bref...

je voudrais dans un premier temps, faire tourner mon système en parallèle du système existant le temps du développement, et c'est là que la partie électronique commence, je souhaiterais récupérer l'audio du système radio pour l'injecter dans la carte son de mon pc de développement sans pour autant détériorer le signal.
Un ami qui connais un peu l'électronique m'a dit qu'il fallait que je regarde du coté des "amplis op en buffer" mais j'avoue que c'est un peu du chinois pour moi.

ce que je sais du signal sortant de la prise accessoire de la radio:
signal non désaccentué / ouvert 330mV rms déviation 60% à 1Khz, résistance mini 5Kilo Ohms.

j'ai fait un essai en branchant directement sur ma carte son bien sur, ça fonctionne, mais c'est un peu faiblard et je note que la réception du système tout fait diminue un peu, je suppose que c'est normal mais je m'en remets à vous.

Merci par avance.

Bonjour,
Il manque certaines précisions pour te répondre.

1- Y a-t-il une composante continue à ton signal, si oui quelle tension ? : C'est la sortie directe d'un discriminateur , ou bien tu prends le signal derrière un condensateur série?
2- Fréquence la plus basse à transmettre ? Et la plus haute ? Attention, en cas de transmissions de données, pour certains codes, la fréquence la plus basse peut-être très inférieure au débit des moments.

[Pazcal58]

Bonjour gwgidaz,

ce que j'en sais, c'est que le protocole utilisé pour la transmission est le POCSAG, la radio est un poste Motorola modèle CM340, je ne sais pas s'il y a une composante continue ? comment le savoir ? ( mesure à faire ? ) et il me semble que oui, c'est la sortie directe d'un discriminateur. (d'après les quelques docs que j'ai pu lire ci et là ).

[gwgidaz]

Bonjour,

Si c'est une sortie directe de discriminateur à circuit intégré, il y a des chances qu'il y ait une composante continue. Avec un oscilloscope, en mode DC, tu vérifies que le signal est toujours positif. Par exemple, il peut varier entre 0,4 V et 2V , ce qui donne une valeur moyenne continue de 1,2 V.

Les signaux POCSAG ne sont pas nécessairement à valeur moyenne nulle, donc il faut amplifier la composante continue ou faire une coupure basse à quelques Hz seulement. S surtout s'il s'agit de 512 bds.

Tu peux utiliser un AOP standard TL062...: Tu prends ton signal par un condensateur C en série , de 1 µF non polarisé.
- derrière tu fais un pont de deux résistances de 100K en série, une vers le +alim, l'autre vers la masse. Par exemple, si tu dispose de +9V, tu auras 4,5 V au point milieu.
- Connecte l''entrée plus le l'AOP sur ce point 4,5V , ou arrive aussi le condensateur.

- L'entrée moins de l'AOP reliée à sa sortie.

Tu obtiens ainsi un ampli buffer de gain unité , signal en sortie centré sur 4,5 V.
Après filtrage adéquat, tu pourras comparer ce signal à une tension de 4,5 V , pour remettre sous forme numérique.

Le problème du POCSAG, c'est que si la porteuse n'est pas présente suffisamment longtemps avant l'apparition des données, le transitoire gêne pour fixer le "zéro" du discriminateur, car la porteuse n'est pas forcément tout à fait au centre du discriminateur. La valeur de C doit faire un compromis entre l'établissement rapide , et ne pas gêner dans le cas d'une longue suite de 1 ou de zéros( voir diagramme de l'oeil) . Normalement le protocole POCSAG prévoit des préambules pour résoudre ce problème .
Il doit aussi exister des circuits décodeurs pocsag à haute impédance d'entrée , qui ne perturberont pas ton signal...Si quelqu'un en connaît...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pazcal58]

Merci, ça commence à être un peu plus clair, j'ai fait un petit schéma de ce que tu m'a expliqué, peux tu me confirmer que j'ai bien compris ?
par contre dans mes différentes recherches, j'ai cru voir que ces ampli s'alimentais avec une alim symétrique, peux tu me confirmer ?

sinon, peux tu me détailler " Après filtrage adéquat, " quel filtrage dois-je faire ?

"tu pourras comparer ce signal à une tension de 4,5 V , pour remettre sous forme numérique." donc si je comprends bien, le fait de passer par cet ampli lui supperpose une tension de 4.5V qu'il faut retirer ensuite ? comment faire ?

"Il doit aussi exister des circuits décodeurs pocsag à haute impédance d'entrée , qui ne perturberont pas ton signal" je pensais me palucher le protocole à la main par soft, tu voudrais dire qu'il existe des circuits qui font ça tout seuls et me sortent directement les données ?

Merci pour tes explications.


EDIT:
Je vais tâcher de récupérer un oscilloscope vers mon ami pour vérifier cette histoire de composante continue.
PS dois-je faire la mesure pendant la réception d'une trame ou ça marche même sans réception ?

[gwgidaz]

Bonjour,

Oui, le schéma c’est cela. C’est un simple buffer qui te permettra de faire ce que tu veux derrière , sans perturber le signal du discriminateur. Il n’est pas utile d’avoir deux alimentations pour l’AOP . Le _, c’est la masse et le +, c’est l’alim V dont tu disposes. Ton signal se retrouvera « autour » de V/2 ( 4,5 volt dans l’exemple) . Avec ce schéma, il est inutile de connaître la composante continue issue du discriminateur…

Un rappel très très basique :

Le signal POCSAG est un signal FSK d'excursion 90% de l'excursion maximale. Tu devrais donc avoir un signal de +/- 500mV sur le discriminateur . Ce sera un signal analogique qui va devoir être mis en forme numérique. L’état « 1 » , c’est quand ton signal est au dessus de V/2, et l’état « 0 » , c’est quand le signal est au dessous ( ou l’inverse !…) . Mais ce signal analogique n’a pas une valeur constante, ni pour l’état haut, ni pour l’état bas, et il est bruité. Pour le mettre en forme digitale , on le compare (avec un comparateur de tension) à la tension V/2 , que l’on appelle seuil de décision …Il sortira du comparateur uniquement deux valeurs de tension ( signal NRZ) .

Mais avant de l’envoyer sur le comparateur, il faut filtrer le signal analogique pour enlever le plus possible le bruit qui s’y superpose . Le filtrage passe bas peut avoir une fréquence de coupure à -3dB en gros égale à 0,8 fois le débit : Si ton débit est 512 bauds, ce sera environ 400 Hz.
Le condensateur d’entrée en série introduit aussi une fréquence de coupure vers les fréquences basses. Pour 512 Bauds, ce sera de l’ordre de la dizaine de Hertz…( sinon une longue suite de bits identiques ressemblera à du continu et ne passera plus par le condensateur)
Bien sur, on peut faire le comparateur par soft. Pour le filtrage passe bas, un circuit RC est facile à mettre en œuvre…

Attention, ceci n'est pas un protocole. Pour les "couches" supérieures, il faudra faire du soft . Oui, il existe probablement des circuits, mais il te faut chercher avec google....

[Pazcal58]

J'ai refais mon schéma en suivant tes conseils, c'est à dire un filtre passe bas autour de 400Hz à la sortie de l'ampli op, peux tu me confirmer, j'ai trouvé la formule sur le net, j'ai également trouvé sur le net qu'on pouvais faire le comparateur avec un autre ampli monté en "comparateur à hystérésis" mais là, je n'ai pas trouvé de formule que j'ai su exploiter.
mais si j'ai bien compris, il y a deux seuils, et suivant le signal d'entrée, la sortie se retrouve soit à +V soit à -V ce qui voudrais dire qu'il faut que j'alimente le second ampli à une très faible tension pour avoir un signal rectangulaire compatible avec la tension d'entrée de la carte son, a moins qu'on puisse faire baisser cette tension par un autre montage à la sortie du comparateur ?

[gwgidaz]

J'ai refais mon schéma en suivant tes conseils, c'est à dire un filtre passe bas autour de 400Hz à la sortie de l'ampli op, peux tu me confirmer, j'ai trouvé la formule sur le net, j'ai également trouvé sur le net qu'on pouvais faire le comparateur avec un autre ampli monté en "comparateur à hystérésis" mais là, je n'ai pas trouvé de formule que j'ai su exploiter.
mais si j'ai bien compris, il y a deux seuils, et suivant le signal d'entrée, la sortie se retrouve soit à +V soit à -V ce qui voudrais dire qu'il faut que j'alimente le second ampli à une très faible tension pour avoir un signal rectangulaire compatible avec la tension d'entrée de la carte son, a moins qu'on puisse faire baisser cette tension par un autre montage à la sortie du comparateur ?

Bonjour,

Le schéma du second AOP n'est pas bon, l'entrée moins n'est pas polarisée. Mets ta résistance R entre l'"entrée moins" et la sortie, et supprime C.

Si tu veux faire plus pro, ton filtre passe bas gagnerait à être du deuxième ordre, et du type "bessel".....

Ce qu'on appelle "seuil", c'est la tension (unique) appliquée au comparateur ( exemple 4,5 V) qui constitue le point de comparaison : quand la tension analogique d'entrée est supérieure au seuil, le signal de sortie du comparateur est +V, et quand la tension analogique est inférieure au seuil, la sortie passe à -V.

Le second ampli est encore en "linéaire" , c'est derrière lui qu'il faut mettre le comparateur. ( oui, il peut avoir un peu d'hystérésis...)

Je ne sais pas quelles sont tes compétences , mais derrière le comparateur, ton signal NRZ doit être décodé. Pour cela, il faudra faire tourner une horloge synchronisée avec les transitions , puis faire une mesure du signal binaire aux instants décalés d'un demi moment, c'est à dire au centre de chaque moment , pour acquérir les données... Bref, c'est toute la technique des transmissions de données qu'il te faut mettre en oeuvre...

[gwgidaz]

Rebonjour,

Je dois préciser que si tu maîtrises mieux l'informatique que l'analogique, tu peux faire tout ça en soft. Par exemple, pour acquérir le niveau du seuil, tu mesures la tension de sortie discri à un rythme deux ou trois fois le débit, et cela pendant toute la durée du signal préambule. Tu fais ainsi la moyenne d'au moins une centaine de mesures.
Pour le filtrage, c'est un peu plus compliqué mais ça se fait aussi...

[Pazcal58]

Ok, je vais regarder ces filtres de plus près, je pense dans un premier temps du moins, mettre l'ampli pour prélever sans gêner le signal, suivi du filtre que tu me conseilles, et injecter le signal filtré dans ma carte son, puisque j'ai déjà pré-développé mon soft pour la partie décodage du signal ( ça fonctionnait avec la prise directe du signal, ça devrais aller bien mieux avec ce signal filtré) par contre quid du niveau d'entrée dans la carte son ? tu me parles de 4.5V, c'est pas un peu trop élevé comme niveau ?

[Pazcal58]

en tout cas un grand merci pour tes explications claires et précises.

[gwgidaz]

Ok, je vais regarder ces filtres de plus près, je pense dans un premier temps du moins, mettre l'ampli pour prélever sans gêner le signal, suivi du filtre que tu me conseilles, et injecter le signal filtré dans ma carte son, puisque j'ai déjà pré-développé mon soft pour la partie décodage du signal ( ça fonctionnait avec la prise directe du signal, ça devrais aller bien mieux avec ce signal filtré) par contre quid du niveau d'entrée dans la carte son ? tu me parles de 4.5V, c'est pas un peu trop élevé comme niveau ?

Tu peux ne passer que l'alternatif avec un gros condensateur en série ( toujours pour passer une dizaine de Hz), et mettre derrière la tension continue que tu veux pour rester en positif...

[Pazcal58]

j'avais demandé son oscilloscope à mon ami qui me l'a apporté cet aprem, voici deux mesures du préambule faite en couplage CC et en couplage CA, comme je ne connais pas la différence, j'ai mis les deux. Si ça peux aider...

[gwgidaz]

Bonjour,

L'une des mesures montre la composante continue, de l'ordre de 2 volts, et les deux montrent que le signal a une valeur crète de l'ordre de 250 mV, soit 500 mV crète à crête. Le débit est 512 Bits/s , puisque l'oscillogramme montre une alternance de 1 et de zéros, donc une fréquence moitié du débit.

Comme la tension continue est suffisante, tu peux monter un buffer encore plus simple , avec seulement un AOP : son "entrée plus" sur ton discri, son entrée moins connectée à sa sortie, et alimenté entre la masse ( -) et le plus.
Dit autrement, par rapport au schéma du buffer précédent, tu supprimes les résistances de 100K et le condensateur . Il ne peut y avoir plus simple, tu auras le même signal que sur le discri, sauf que la sortie discri ne vera pas que l'AOP lui est connecté, vu son impédance grande...

[Pazcal58]

Je vais encore abuser un peu de ta gentillesse, j'ai trouvé dans les fonds de tiroir un quadruple ampli op, et j'ai lu suite à tes conseils que l'on pouvais faire un filtre de type bessel avec une pente encore plus forte en multipliant les cellules de filtrage, je pense que tu me vois venir, si je prends 1 AOP pour le buffer + 1 second pour le filtre, il en reste 2 dans le boitier, si j'en crois ce que j'ai lu avec 3 AOP je peux monter un filtre du 6ème ordre, y a t il un réel intérêt à avoir un filtrage plus pentu, ou bien est-ce que comme le veux le proverbe anglais " less is more" ?

[gwgidaz]

Je vais encore abuser un peu de ta gentillesse, j'ai trouvé dans les fonds de tiroir un quadruple ampli op, et j'ai lu suite à tes conseils que l'on pouvais faire un filtre de type bessel avec une pente encore plus forte en multipliant les cellules de filtrage, je pense que tu me vois venir, si je prends 1 AOP pour le buffer + 1 second pour le filtre, il en reste 2 dans le boitier, si j'en crois ce que j'ai lu avec 3 AOP je peux monter un filtre du 6ème ordre, y a t il un réel intérêt à avoir un filtrage plus pentu, ou bien est-ce que comme le veux le proverbe anglais " less is more" ?

Bonjour,

Tout dépend si tu veux vraiment une réception de données optimisée ...Application personnelle ou professionnelle ? Passer l'ordre du filtre de Bessel de 2 à 6 va probablement faire gagner une immunité au bruit de l'ordre du dB...Ce qui n'est pas flagrant. ET puis, ce sera à toi de trouver le schéma....
Par contre, ce qui est important pour ce décodage, c'est de définir quelle doit être l'atténuation du filtre à la fréquence moitié du débit ( donc ici à 256 Hz) . La théorie dit que l'atténuation à cette fréquence doit être de 2 dB. Avec cette atténuation A = 20 log ( pi/4) , tu n'auras pas d'interférence intersymbole. Cela correspond à une fréquence de coupure du filtre passe bas de Bessel de 320 Hz.

Pour ce filtre, je te conseille un filtre du 2ème ordre de structure "Sallen et Key" , qui sera facile de placer à la suite du ton buffer :
Sur la sortie du buffer, deux résistances R en série, qui vont sur l'entrée + de l'AOP utilisé en filtre: Son entrée moins reliée à sa sortie. Une capa entre l'entrée plus et la masse, et une autre entre la sortie et le point commun des deux résistances.Tu trouveras les valeurs sur internet...

[Pazcal58]

Bonjour,

alors là, je t'avoue que je m'y perd un peu, dans le post #6 tu parles d'un filtrage passe bas à 0.8x le débit soit 0.8x512=409.6 Hz
puis dans le post#8 tu me parles de filtre de type Bessel, et la dans ton dernier post tu écris qu'il faut un filtre "Sallen et Key" avec une Fc à 320 Hz, du coup je ne sais plus trop par où orienter mes recherches.

J'ai sans doutes mal compris ce que tu m'expliques, j'en suis désolé, mais peux tu me dire ce qui serais le plus adéquat pour que j'oriente mes recherches dans le bon sens.

[Pazcal58]

Sur un simulateur en ligne si je réalise un filtre sallen & key avec les résistances à 51K et les condos à 0.01µF, j'obtiens les résultats suivants:

Cut-off frequency
fc = 312.06851586646[Hz]
Quality factor
Q = 0.5
Damping ratio
ζ = 1
Pole(s)
p = -312.06851478609 +2.1849915767925E-33i[Hz]
|p|= 312.06851478609[Hz]
p = -312.06851586646-1.8235277907925E-6i[Hz]
|p|= 312.06851586646[Hz]
Phase margin
pm= NAN[deg] (f =0[Hz])

Mis à part la fréquence de coupure à 312 Hz et des poussières, je ne sais pas interpréter le reste des résultats, est-ce bon ?

[gwgidaz]

Non, la fréquence 320 Hz doit être la coupure à -3dB, et pas 6dB

[Pazcal58]

Ok, donc en baissant R à 30K, j'obtiens cette courbe qui donne à la louche une Fc à -3dB à 350 Hz

[Pazcal58]

Autre petite question:
Je peux atteindre cette valeur de Fc avec plusieurs couples de R et C, j'ai lu que c'était mieux si C1 ( celui entre la sortie et le pont diviseur) était d'une valeur double de C2 ( celui entre l'entrée + et la masse) ( même si j'ai pas trop compris en quoi c'était mieux).
avec les simulations, je vois que ça change la valeur du "quality factor" et du "damping ratio", pour bien faire, vers quelles valeurs doivent poindre ces valeurs ?

[gwgidaz]

Bonjour,
il n'y a qu'un rapport de capacités qui donne un filtre de Bessel .A toi de trouver lequel....Mais ce n'est pas critique.