Comparateur de phase

[jb67120]

Bonjour à tous!

J'aimerai pouvoir mettre au point un comparateur de phase. Je m'explique !

Je dispose d'un signal sinusoïdale en entrée qui module la puissance d'émission d'un laser. Pour ma partie test je suis à 30MHz et par la suite j'aimerai être à 750MHz.

Bref, après le vol de mon signal lumière laser je le récupère sur un phototransistor.

À partir de là, j'aimerai pouvoir comparer les deux signaux (émis et réceptionné) afin d'en mesurer le déphasage. Il me faudrait que précision de l'ordre de 0.09 degré minimum.

Il faudrait un système qui retourne par exemple une xeetai'e tension en fonction du déphasage.

Je sais aussi que ce système PFD est contenu dans les PLL, mais je n'ai aucune idée si je pourrais me servir de ces derniers ou il me faudrait un PFD propre.

Je vous remercie tous d'avance pour votre aide !

Jean-Baptiste
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[calculair]

bonjour

Il faut maitriser les amplitude des signaux à comparer avec 1/1000 prés au grand maximum

Ce la suppose aussi des S/B en reception des signaux meilleur que 30 dB ou mieux pour garantir votre précision d'angle 0,00157 rd

Mais tout cela c'est pourquoi faire ...? Plus de precision , permettrait de mieux comprendre

[jb67120]

Salut Calculait !
Le but est de mesurer une distance par déphasage de l'onde elecro-magnetique.

Une idée comment faire ?

Je pensais égaliser mon signal de réception, puis à l'aide d'un transistor faire varier une tension entre tant et tant. Faire de même pour le signal émis, puis additionner les deux tensions sur un AOP comme additionner non inverseur. Le résultat de la tension lissée par un condensateur, et on obtient une tension moyenne dépendante de la phase/déphasage de nos signaux. Maximal en phase et minimal en déphasage.

Qu'en penses-tu ? Je suppose que tu as une meilleure idée que moi dans le domaine

[PIXEL]

à partir de quelle référence ? ça me parait hamiltonien....

[A voir en vidéo sur Futura]

[calculair]

Tu veux faire un telemetre

Quelle plage de distance tu veux mesurer

Quelle precision tu cherches

Dans quel milieu tu veux mesurer ( Air eau ou autre milieu )

[jb67120]

à partir de quelle référence ? ça me parait hamiltonien....

La référence est la phase de la fréquence émise, comparé à celle réceptionnée.

[jb67120]

Tu veux faire un telemetre

Quelle plage de distance tu veux mesurer

Quelle precision tu cherches

Dans quel milieu tu veux mesurer ( Air eau ou autre milieu )

C'est exactement ça !

Les 750MHz c'est pour une distance aller-retour de 20cm, pour la partie test j'ai pris 30MHz (pour pouvoir travailler avec mon oscilloscope qui fait 60MHz).

Pour la précision, cela correspond à 10 micron pour les 20 cm, soit 0.18 degrés. Le but étant d'être bien-sûr en-dessous pour garder la plage de précision.

Je travaille dans l'air !

[calculair]

Il faut une precision sur la mesure du temps de l'ordre 1/100 pS....!

Cela me parait difficile à priori

C'est exactement ça !

Les 750MHz c'est pour une distance aller-retour de 20cm, pour la partie test j'ai pris 30MHz (pour pouvoir travailler avec mon oscilloscope qui fait 60MHz).

Pour la précision, cela correspond à 10 micron pour les 20 cm, soit 0.18 degrés. Le but étant d'être bien-sûr en-dessous pour garder la plage de précision.

Je travaille dans l'air !

[calculair]

à 100 GHZ il faut apprecier un déphasage du degrés

Cela me parait difficile

Il faut sans doute utiliser des moyens optiques pour une telle précision

[PIXEL]

La référence est la phase de la fréquence émise, comparé à celle réceptionnée.

et comment connais-tu la phase émise ?

[jb67120]

D'où l'idée de passer par un système "analogique" par un aop, après on peut aussi reconstruire un signal propre avec un PLL respectant le déphasage du signal retour ?

J'ai déjà pensé à un système optique et même effectué quelques essais, mais le système prend trop de place pour mon application ...

[jb67120]

et comment connais-tu la phase émise ?

parce que je module ma phase dans l'émission de mon laser au départ.

[PIXEL]

je crains ( ou j'ai rien pigé) que tu fasses une erreur de physique de base

[jb67120]

je crains ( ou j'ai rien pigé) que tu fasses une erreur de physique de base

Pour ton information Pixel:
http://www.pages-perso-stephane-blin...etre_FM-CW.pdf

[LPFR]

Bonjour.
Le principe du comparateur de phase est simple (yaka). On transforme les deux signaux en signaux carrées et on les passe dans une porte AND. La moyenne de la tension de sortie va de zéro pour les signaux en opposition de phase jusqu’à 1 quand ils sont en phase.
Mais la précision n’est pas terrible.
C’est un des modes de fonctionnement des comparateurs de phase des PLL.

Il vaut mieux compter un nombre d’impulsions entre un front du signal de référence et le même front du signal de retour.
Le problème est qu’il faut compter vite.
La solution est de faire un décalage des fréquences (principe hétérodyne) de sorte de descendre les fréquences des signaux à des fréquences décentes.
Je n’invente rien. C’était le principe de fonctionnement d’un voltmètre vectoriel de HP (avant de devenir Agilent). Ce qui n’est pas intuitif, est que le déphasage se conserve quand on fait une translation de fréquence.
Mais j’imagine que tout ceci se trouve bien documenté sur le web. Et les télémètres laser sont légion.
Au revoir.

[PIXEL]

Pour ton information Pixel:
http://www.pages-perso-stephane-blin...etre_FM-CW.pdf

tu n'avais pas précisé , dans ta question , que tu travailles par réflexion.

[jb67120]

Bonjour.
Le principe du comparateur de phase est simple (yaka). On transforme les deux signaux en signaux carrées et on les passe dans une porte AND. La moyenne de la tension de sortie va de zéro pour les signaux en opposition de phase jusqu’à 1 quand ils sont en phase.
Mais la précision n’est pas terrible.
C’est un des modes de fonctionnement des comparateurs de phase des PLL.

Il vaut mieux compter un nombre d’impulsions entre un front du signal de référence et le même front du signal de retour.
Le problème est qu’il faut compter vite.
La solution est de faire un décalage des fréquences (principe hétérodyne) de sorte de descendre les fréquences des signaux à des fréquences décentes.
Je n’invente rien. C’était le principe de fonctionnement d’un voltmètre vectoriel de HP (avant de devenir Agilent). Ce qui n’est pas intuitif, est que le déphasage se conserve quand on fait une translation de fréquence.
Mais j’imagine que tout ceci se trouve bien documenté sur le web. Et les télémètres laser sont légion.
Au revoir.

Merci de ta réponse ! Je vois l'idée, faire de la translation de modulation, le principe de la radio AM !
Je vais essayer d'en parler demain avec l'un de mes professeurs de Traitement du Signal.

tu n'avais pas précisé , dans ta question , que tu travailles par réflexion.

Tout à fait, autant pour moi PIXEL

[calculair]

Bonjour

Avec un laser on va arriver à mesurer des écarts de longueur de l'ordre d'une fraction de longueur d'onde, donc les 20 microns ne poserons plus de problèmes. Ce n'etait pas le cas avec les fréquences radio.

[LPFR]

Bonjour Calculair.
Ici la lumière ne sert que de support (porteuse) pour une modulation à des fréquences radio. Ce n’est pas une manip d’interférences optiques. Le précision dépend toujours de la « longueur d’onde » de la fréquence modulante.

Mais on peut améliorer la précision avec plusieurs fréquences (dans Wikipedia):
Multiple frequency phase-shift - this measures the phase shift of multiple frequencies on reflection then solves some simultaneous equations to give a final measure.

Mais pour 20 µm, il ne faut pas rêver. (Ou avoir un budget de militaire américain).

Au revoir.

[calculair]

En effet , je ne vois pas comment obtenir une telle precision simplement. Il faut utiliser des fréquences très très élevées comme du 100 GHz. Je pense que les composants existent

Bonjour Calculair.
Ici la lumière ne sert que de support (porteuse) pour une modulation à des fréquences radio. Ce n’est pas une manip d’interférences optiques. Le précision dépend toujours de la « longueur d’onde » de la fréquence modulante.

Mais on peut améliorer la précision avec plusieurs fréquences (dans Wikipedia):
Multiple frequency phase-shift - this measures the phase shift of multiple frequencies on reflection then solves some simultaneous equations to give a final measure.

Mais pour 20 µm, il ne faut pas rêver. (Ou avoir un budget de militaire américain).

Au revoir.

[LPFR]

En effet , je ne vois pas comment obtenir une telle precision simplement. Il faut utiliser des fréquences très très élevées comme du 100 GHz. Je pense que les composants existent

Re.
Les composants ne suffisent pas. Il faut du « savoir faire ». On ne travaille pas en haute fréquence (même à 500 MHz) comme on fait un ampli audio. Et avec des ondes millimétriques il doit avoir que quelques personnes en France capables de faire quelque chose.

Mais tout ça c’est pourquoi ?
Que cherche b67120 en faisant un télémètre laser pour mesurer une distance que l’on peut mesurer avec un pied à coulisse ?
Et dans quel cadre ?
J’ai l’impression que nous perdons notre temps avec des projets farfelus.
A+

[jb67120]

Mais tout ça c’est pourquoi ?
Que cherche b67120 en faisant un télémètre laser pour mesurer une distance que l’on peut mesurer avec un pied à coulisse ?
Et dans quel cadre ?
J’ai l’impression que nous perdons notre temps avec des projets farfelus.
A+

C'est dommage de penser que les gens cherche à vous faire perdre du temps avec des projets farfelus. Loin de moi cette optique...

Pourquoi un télémetre laser ? Il s'agit d'un système de plateau qui doit se calibrer à une certaine distance relativement précise. Pour cela il avait ces options:

-> Mesure manuelle: hors de question, c'est un système qui se répète très souvent avec de nombreux calibrages. De plus l’imprécision humaine laisse bien trop à désirer.
-> Palpage mécanique: beaucoup trop de risque d'un décalibrage sur le temps du système
-> Télémètre ultrason: l’imprécision de ces ondes est trop importantes pour permettre une mesure correcte demandée (l'ordre 100 micron), et très environnement dépendant (T° principalement)
-> Télémètre laser par mesure optique (angle): Cela peut être très précis, mais trop encombrant pour le système qui ne dépasse pas 5cmx5cm
-> Télémètre laser: Temps de vol => impossible au vu des fréquences || Déphasage => D'où cette discussion



J'espère que tu comprendras que mon but n'est pas de te faire perdre de ton temps mais simplement de solliciter votre bienveillante aide

En attendant j'ai effectué quelques recherches, voilà une solution que j'ai trouvé grâce à tes dires:

=> Le signal de retour arrive par le phototransistor

=> traitement par un PLL pour récupérer un signal en phase et exploitable

=> Effectuer une down conversion, à l'aide par exemple d'une cellule de Gilbert (j'ai vu les micromixeurs mais j'y comprends pas grand chose) ou autre ? (Ici j'ai besoin d'aide car je bloque, j'arrive à descendre de 750MHz à 10MHz mais pas en-dessous. Je ne sais pas trop comment calculer les bonnes valeurs des différentes résistances, condensateurs et bobine d'inductance pour ma down conversion). J'ai utilisé ce schéma (voir ci-dessous) de départ, fonctionne donc bien pour 750MHz --> 10MHz, mais pas en-dessous.

=> Filtre centré sur ma fréquence de 250kHz (voir après pourquoi)

=> J'utilise un flip-flop JK qui ont une fréquence interne de l'ordre de 2GHz. Comme il me faut une précision de 0.18°, en respectant le théorème de Shanon et avec une marque de sécurité, j'ai un facteur de 8000 environ. Autrement dit, après mon down conversion il me faudrait une fréquence aux alentours de 250kHz.

Avec ce traitement il y aura forcement un déphasage du au temps de réponse de mon système, mais à partir d'un calibrage et de ma valeur du flip-flop BK je pourrais corriger.

En vous remerciant tous de votre aide d'avance et celle déjà amenée,

Jean-Baptiste

[LPFR]

Bonjour.
Je n’ai pas dit que vous aviez l’intention de nous faire perdre notre temps. Mais aucun de ceux qui demandent de l’aide pour des projets farfelus ne le font pour nous faire perdre le temps. Ils le font bien sincèrement ce qui n’empêche l’idiotie de certains projets. C’est pour cela que j’ai demandé des précisions sur les raisons de votre choix. Je suis satisfait de vos explications. Me si je trouve que qu’est sacrement compliqué. Je me demande même si la méthode utilisée dans le lien que vous avez envoyé (modulation linéaire de la fréquence du laser) n’est pas plus facile à mettre en œuvre. J’avais démonté un altimètre, surplus américain de la deuxième guerre, qui fonctionnait sur ce principe. Évidement avec des ondes radio (400 ou 500 MHz). Presque sans électronique, à part l’oscillateur.

Le circuit que vous montrez est un « multiplieur 4 quadrants ». Mais ce qui n’est pas simple est que vous devez faire un oscillateur à 750 MHz et un autre, mettons à 760 MHz pour avoir une fréquence intermédiaire de 10 MHz. Et ça ce n’est pas facile si on n’est pas encadré par quelqu’un qui l’ait déjà fait lui-même. Je vous le dis par expérience (à 500 MHz). Sans l’aide d’un ingénieur de chez Thomson, je n’aurais jamais découvert la demi douzaines d’astuces simples et cruciales qu’il faut connaître.

Si vous insistez pour cette solution, cherchez un (deux dans votre cas) synthétiseur capable de fonctionner à ces fréquences. Vous n’aurez à faire que le LC avec le varacteur. Et utilisez sans honte les « application notes » du constructeur.
Au revoir.