Démodulation Synchrone et réception IR

[invited98e72e0]

Bonjour à tous,

Dans le cadre de mon IUT GEII 1ere année, on doit réaliser une barrière infrarouge et compter le nombre de passage. On doit utiliser avec un phototransistor et une led utilisé en continu....Mais attendez ! Je ne vais pas vous demander de réaliser mes devoirs... Je cherche juste à savoir comment on peut améliorer ce mini-projet afin d'aller un peu plus loin

Je sais que qu'il existe des capteur tout prêt comme le TSOP1738 :

http://www.micropik.com/PDF/tsop17xx.pdf

Mais dans le but pédagogique, je veux réaliser ceci avec des composants discrets...Je souhaite reprendre, grosso-modo, le même diagramme de principe que dans cette datasheet.

-> Je me suis tourné vers la solution la plus performante que j'ai trouvé : la détection synchrone ou démodulation synchrone.

Mon émetteur étant réalisé avec un NE555 pour l'émission. Il permet de générer une porteuse dans la bande de 30KHz à 40KHz (pas défini précisément), signal carré. Ainsi, mon récepteur ne pourra détecter qu'une information en tout ou rien, vu qu'il n'y a pas de signal de donnée transmise avec la porteuse.

-> Mon récepteur est construit comme tels qu'elle :

phototransistor -> Amplification -> filtre passe-bande -> comparateur de phase (avec le signal émis par le récepteur) -> redressement -> filtre passe-bas/moyenneur

Donc j'ai schématisé tous les blocs sauf celui du comparateur de phase. En effet si j'ai bien compris, le principe de la démodulation synchrone permet de comparer la fréquence et la phase du signal que l'on reçoit à ce qu'on s'attend à recevoir. Ainsi on améliore grandement l’immunité au bruit.

Mais pour la phase comment peut-on faire ?

J'ai vu dans ce poste (dernier message) le principe :

http://forums.futura-sciences.com/ph...synchrone.html

Mais comme ici, j'ai un signal carré de bonne fréquence (filtrer par un filtre passe-bas 2nd ordre), comment puis-je le comparé à la phase de mon signal émis ? Dans le lien ci-dessus, il parle de multiplication avec deux sinus mais, ici je n'ai que deux signal carré...De plus la multiplication n'est-elle pas difficile en analogique ?

J'ai bien trouvé la solution d'une porte XOR. Mais j'ai soulevé un problème... On définit que mon signal à un rapport cyclique de 50% par exemple. Alors si je reçois un signal perturbateur de bonne fréquence mais de rapport cyclique de 60%, alors le moyenneur ne vas-t-il pas gommer ce défaut et détecter qu'il reçoit le bon signal ?

De plus, cette méthode nécessite-t-elle bien de retarder/avancer la phase du signal de synchronisation pour corriger l'erreur de déphasage produit par le filtre passe-bande ?
Je suis preneur de toutes idées de recherche, amélioration du processus de détection et commentaires constructifs. En effet, je sais qu'il y a plein de manières pour faire cette barrière infrarouge, mais élégamment beaucoup moins...

Merci beaucoup, Cordialement, Pimousse39.

Bibliographie: j'ai trouvé ce principe de détection synchrone dans un livre «Les Infrarouges en électronique» par Herrmann SCHREIBER dans la bibliothèque de mon club de radioamateur.
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[jls28]

Bonjour,

Herrmann SCHREIBER est un excellent auteur ditactique;

L'idée de la demodulation synchrone n'est pas mauvaise
mais pour cette application je crois qu'elle ne
s'impose pas.

Déja un TSOP est lui meme un bon filtre passe bande
qui va detecter une fréquence,
mais attention le TSOP ne fonctionne pas
en régime permanent, il lui faut un signal
(38khz typique) modulé (tout ou rien).

Je crois que la solution typique c'est d'utiliser un
NE567 en detecteur de fréquence,
c'est un composant très courrant et ça marche
très bien;

[invited98e72e0]

Donc une simple reconnaissance de la fréquence émise avec un filtre passe-bande suffit si j'ai bien compris Et seul la sélectivité du filtre va jouer sur la qualité de la réception, si on considère que la fréquence émise ne bouge pas.

Sinon, je viens de regarder le NE567 et c'est vrai qu'il a l'air pas mal du tout. Si j'avais a choisir un circuit intégré, ce serait une bonne option, mais autant employé un tsop, non ?


En tout cas merci beaucoup, sur ce je vais peaufiner mon montage !

[invitee05a3fcc]

Refaire un TSOP en composants discrets et circuits intégrés.... C'est quasiment mission impossible !
En effet, le TSOP intègre un filtre passe-bande, mais aussi un contrôleur de gain (AGC) qui permet au détecteur infrarouge de fonctionner , même avec un éclairage ambiant de haut niveau, afin d'éviter son éblouissement (et donc sa saturation) .

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tropique]

Mais comme ici, j'ai un signal carré de bonne fréquence (filtrer par un filtre passe-bas 2nd ordre), comment puis-je le comparé à la phase de mon signal émis ? Dans le lien ci-dessus, il parle de multiplication avec deux sinus mais, ici je n'ai que deux signal carré...De plus la multiplication n'est-elle pas difficile en analogique ?

Pour faire ce genre de multiplication, qui est plutot une sorte de convolution, il n'est pas nécessaire que le signal de référence soit sinus: on peut commander des switches analogiques par un carré, le signal restant évidemment en linéaire.

La détection synchrone permet d'obtenir très simplement un niveau de performance imbattable par d'autres méthodes, même un détecteur intégré, pour deux raisons: la translation de fréquence vers l'origine permet au simple passe-bas de sortie de définir la bande passante et donc le Q, et la corrélation permet de ne reconnaitre que le "bon" signal, celui qui a la phase exacte.

Par exemple, avec un RC ayant une fréquence de coupure de 1Hz, on obtient une bande passante équivalente de 2Hz, sur 40KHz cela représente un Q de 20000, pratiquement celui d'un quartz.

C'est donc une technique très puissante.

J'ai donné un exemple très simplifié de barrière utilisant ce principe ici:
http://forums.futura-sciences.com/el...iere-ir-2.html

[jls28]

Que fait le NE567 ?

il fait de la demodulation synchrone
en se synchronisant lui même automatiquement
sur le signal reçu.

Est ce que je me trompe ?

Certes il va fonctionner sur une bande fréquence relativement large (< 14%).

Et étant analogique,
il sera capable de fonctionner avec des signaux
relativement faibles.

Il est également possible d'utiliser la fréquence de l'oscillateur du NE567 pour commander
l'emetteur infra rouge dans ce cas se sera de la VRAIE démodulation synchrone.

[Tropique]

Que fait le NE567 ?

il fait de la demodulation synchrone
en se synchronisant lui même automatiquement
sur le signal reçu.

Est ce que je me trompe ?

Le 567 est un tone-detector à PLL, qui inclut entre autres choses un comparateur de phase dont la structure est comparable à celle d'un démodulateur synchrone, bien qu'il ne soit pas employé pour cette fonction ici

Certes il va fonctionner sur une bande fréquence relativement large (< 14%).

C'est le fonctionnement tone-detector, qui n'a rien à voir avec de la démodulation synchrone. Conceptuellement (et conceptuellement seulement), c'est l'équivalent d'un filtre sélectif suivi d'un détecteur et d'un discriminateur de seuil.

Il est également possible d'utiliser la fréquence de l'oscillateur du NE567 pour commander
l'emetteur infra rouge dans ce cas se sera de la VRAIE démodulation synchrone.

Je ne vois pas comment faire cela simplement: il va chercher à obtenir la quadrature entre le signal qu'il émet et le signal reçu et donc son VCO va tenter de poursuivre une fréquence qu'il ne pourra pas rattrapper, puisque c'est la sienne propre qui s'échappe constamment.

Si on s'arrange pour mettre un circuit sélectif en phase et fréquence dans la boucle, déphasant de 90° pour la fréquence centrale, il pourra se locker, mais en l'absence de réception l'état sera mal déterminé, et si un signal perturbant dans la bonne gamme de fréquence est présent, il va se locker dessus sans offrir de bénéfice de discrimination d'amplitude par rapport à son propre signal, contrairement à un détecteur synchrone qui va rejeter totalement tout ce qui est étranger.
Ou alors une astuce m'échappe...

[jls28]

Je ne sais pas si ça fonctionne mais certains ont essayé,

ici par exemple :
http://www.electroschematics.com/616...ximity-sensor/

[Tropique]

Il est probable que ça marchotte un peu, parce que visiblement tous les signaux sont carrés, et qu'il y aura bien dans le contenu une harmonique qui sera en quadrature avec une autre harmonique ou sous-harmonique, ou que si le niveau est assez élevé on arrivera à saturer assez pour produire un déclenchement, mais je ne crois pas que ce soit optimal, et en tous cas ça réagira également à n'importe quel signal externe entrant dans la bande (et probablement avec une meilleure sensibilité).
Il faudrait tester pour en être certain.

[jls28]

En cas de doutes,
j'ai aussi trouvé 2 articles d'Elektor qui utilisent le même principe,

Juillet-Aout 1998 page 85
et
Juillet-Aout 2003 montage 089

et

aussi ici:

Edn, 2001
"Single chip detects optical interruptions"
http://www.edn.com/design/test-and-m...-interruptions

Alors en conclusion je pense ça doit faire plus que "marchotter un peu".

[Tropique]

Il est possible que la connection interne du VCO au comparateur de phase utilise la quadrature de l'oscillateur, auquel cas cela marcherait à moitié bien, mais j'en doute. Il faudrait se plonger dans le schéma interne pour en être sur.

Mais demain, je vais lever le doute complètement, je vais le breadboarder, c'est juste une demi-douzaine de composants, ça ira vite.

PS
Je ne considère pas Elektor ou les design ideas d'EDN ou Electronic Design comme des sources de références très fiables...

[Tropique]

Comme promis, voici l'heure des travaux pratiques. L'IC est un NE567 de Signetics.

Première constatation après avoir réalisé le circuit sur breadboard, il fonctionne. C'est une demi-surprise: surprise, parce que si le fonctionnement théorique du 567 est tel que je l'imagine, c'est impossible, et demi parce qu'un circuit publié plusieurs fois doit au moins faire illusion.
Première chose à vérifier, la référence du comparateur de phase est-elle directe ou en quadrature? Pour cela, un signal externe à la fréquence centrale est injecté, permettant le locking, et la phase du signal d'entrée est comparée à celle du carré sortant de l'oscillateur, et pas de doute, il y a très nettement quadrature. Donc, le fonctionnement est tel que je l'imaginais, et par conséquent le circuit ne devrait pas fonctionner (en théorie)

Premières mesures, les fréquences caractéristiques:

En premier lieu, la fréquence de free-run (sans aucun signal à l'entrée): 2165Hz
Deuxièmement, la fréquence centrale réelle (celle qui donne le max de sensibilité): 2142Hz. Il y a un petit offset, mais c'est de l'ordre du %, rien d'anormal
Enfin la fréquence lorsqu'il est verrouillé sur son propre signal: 2342Hz. Là, l'écart est très significatif, on se trouve à la limite de la plage de capture théorique de +/-7% (même un peu au dehors en fait).
On a donc comme soupçonné un mode de fonctionnement très marginal, soit basé sur des battements entre harmoniques, soit à l'extrême limite de la capture, ou encore un effet parasite similaire ou une combinaison de plusieurs effets.

Etape suivante, évaluer et comparer les performances dans chacun des modes.

Avec un signal externe, carré également, à la fréquence centrale de 2142Hz, il faut injecter 16mVpp pour avoir une détection franche.
Si le carré est d'origine interne, la sensibilité passe à 210mV, ce qui n'est pas très surprenant puisqu'on travaille à l'extrême limite possible.
Autrement dit, le "gain" procuré par cette configuration est de -22dB; en fait, il s'agit d'une pénalité plutot qu'un gain: le circuit est beaucoup plus sensible aux perturbations qu'à son propre signal, alors qu'un circuit synchrone procure un gain de plusieurs dizaines de dB.
La seule attraction de ce circuit, c'est qu'il utilise un seul IC pour l'émission et la détection, c'est donc un circuit simple et inefficace.
En ajoutant un émetteur indépendant, on décuplerait les performances.

Serait-il possible de l'améliorer sans ajouter un émetteur séparé? En principe, oui, il faudrait introduire dans la boucle un circuit ayant une caractéristique de phase sigmoide assez abrupte, ayant un déphasage de 90° à la fréquence centrale, idéalement un circuit LC pour ne pas introduire d'atténuation pénalisante.
Cependant, ajouter un LC n'est pas une solution très attractive, d'autant plus que la résonance et la fréquence centrale de la PLL doivent être ajustés pour correspondre exactement