Génération signal alternatif - type inductif

[Fabo45]

Bonjour,

Pour faire suite à mon premier post ici (https://forums.futura-sciences.com/e...nusoidaux.html) et afin de ne pas mélanger 2 sujets, j'ouvre ce post afin de parler uniquement de la partie génération de signal.

Bonjour à tous,

Je suis actuellement sur un petit projet et je suis en pleine expérimentation. Mon objectif est de reproduire le signal de sortie d'un capteur Point Mort Haut (PMH) inductif d'une voiture, moteur au ralenti.

Le capteur en question n'est autre qu'une bobine excitée par les dents du volant moteur (http://www.fiches-auto.fr/articles-a...ilebrequin.php) en sortie on obtient donc un signal alternatif dont les valeurs varient selon le régime moteur (je n'ai pas encore fait de mesures réelles pour obtenir la gamme de fréquence/amplitude, mais c'est de l’ordre de +/- 15V et quelques KhZ, dans les 700Hz au ralenti).

J'ai effectué les mesures, au ralentit, la fréquence est d'environ 800Hz, niveau tension on est sur +3/-3V environ :



J'ai l'habitude d'utiliser Arduino pour mes montages électroniques, là il est clair que c'est hors de son champ de compétence de générer lui même ce signal d'environ 800Hz.
Comme je disais dans mon autre post, je ne suis pas très familier avec le monde analogique et je ne vois pas comment, à partir d'Arduino, générer ce signal.

Deux choses me bloquent :

x Comment générer le signal de 800Hz, idéalement il faudrait que je puisse le faire varier légèrement : 700Hz - 1KhZ
x Comment générer la partie "point mort haut" : ce que l'on voit au centre de ma capture.


Merci pour votre aide
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[PA5CAL]

Bonjour

Le pièce jointe n'est pas encore validée.

Pour produire le niveau de tension et la puissance requis, il faudra forcément passer par un circuit analogique (amplificateur).


Concernant la génération de la forme du signal, il me semble que n'importe quelle carte Arduino est capable de la réaliser, sans même utiliser de convertisseur extérieur.

En ce qui me concerne, j'arrive à faire de la synthèse vocale sur un Arduino Uno, en produisant un signal PWM à 62,5 kHz (qui passe ensuite dans un simple filtre passe-bas) avec une bande passante supérieure 15 kHz. Le système est capable tout à la fois de calculer la forme d'onde en temps réel et de produire le signal résultant sur une sortie.

Cela suppose juste de programmer le micro-contrôleur normalement, sans passer par le « langage Arduino » qui gaspille ses ressources et limite ses performances.


Pour l'instant, il me semble que la principale difficulté est plutôt de définir avec suffisamment de détails ce que tu souhaites obtenir (caractéristiques électriques, précision, résolution, mode de commande, règles de fonctionnement, ...). En effet, dans tout projet sérieux, on commence par établir un cahier des charges à partir de l'expression du besoin, puis on apporte les solutions techniques qui y répondent. Il ne sert à rien de se lancer au hasard dans des essais (comme par exemple avec le MCP4725) sans disposer des éléments nécessaires pour déterminer a priori si une solution peut convenir et faire ainsi les choix utiles.

[Fabo45]

Bonjour,

Merci pour ta réponse.
Je ne pensais pas qu'Arduino arriverai à générer une fréquence aussi élevée... Car j'ai utilisé un MCP4725 pour générer d'autres signaux alternatif, non négatif et pour tester j'ai regardé la freq. max que je pouvais atteindre : environ 80Hz. car Arduino fait aussi d'autres traitements. Mais ce qui est largement suffisant pour les autres signaux que je génère.
Je peux donc peut être dédier un Arduino pour générer ce signal.

Je ne sais pas si la pièce jointe est visible ou pas, cela permet de se rendre du type de signal à générer et de sa particularité (= "le point mort haut").


Concernant mes besoins :

x une précision de +/- 20Hz
x réglable entre 800Hz et 2KHz
x cet Arduino devra être piloté par l'Arduino "maître' (I2C ? Série ?) afin d'activer/arrêter la génération du signal et afin de pouvoir modifier le signal en cours de fonctionnement (fréquence).
x Idéalement il faudrait pouvoir varier l'amplitude, mais je ne sais pas si c'est faisable logiciellement de manière simple +/- 3V à +/- 10V ?


Quel serait le principe de fonctionnement ? Arduino génère un signal alternatif positif, selon une formule, et un composant externe (Amplificateur ?) permet de recaler le signal sur +/- X Volts ?

Merci,

[PA5CAL]

J'ai donné l'exemple de la synthèse vocale car il s'agissait d'un traitement particulièrement lourd pour un petit micro-contrôleur 8 bits, mais qui pourtant n'empêchait pas la production directe d'un signal à fréquence élevée.

Les mauvais résultats obtenus avec le convertisseur MCP4725 sont pour moi sans surprise, compte tenu de la lenteur de l'interface I2C et de la charge de travail que représente sa seule gestion. D'autant plus si le programme est écrit en « langage Arduino ». Par ailleurs je doute que l'application nécessite d'utiliser un convertisseur avec une résolution aussi élevée.

Donc il ne me paraît pas pertinent de prendre cette mauvaise expérience en exemple pour justifier qu'une autre solution plus sérieuse et probablement plus performante ne pourrait pas convenir a priori.

Le fait que d'autres traitements doivent être réalisés en parallèle est probablement une excuse plus recevable, quoiqu'il faille encore y regarder de plus près.

Utiliser un second micro-contrôleur permet de balayer cette question, mais soulève de nouvelles interrogations sur la façon de réaliser cette configuration et ses conséquences sur les performances (surtout si, au départ, le système éprouvait déjà des difficultés pour piloter un MCP4725).


Quoi qu'il en soit, la sortie du convertisseur produira bien un signal alternatif positif par rapport à GND et limité à 5V, lequel passera par un filtre passe-bas (pour supprimer les artefacts d'échantillonnage) et d'un montage amplificateur chargé de le symétriser (en lieu soustrayant 2,5V) et de l'amplifier. Cet amplificateur devra être adapté (tension, puissance, impédance) à la charge qui recevra le signal résultant.

Concernant le signal à générer, l'oscillogramme ci-dessus suggère qu'il s'agit d'une tension produite par une roue dentée dont le « point mort haut » est indiqué par l'absence d'une dent suivie de l'absence d'un intervalle :



Chaque pic positif (resp. négatif) est produit par l'appoche (resp. l'éloignement) d'une dent par rapport au capteur. Sur les capteurs inductifs, la tension est d'autant plus élevée que la vitesse est grande.

Le signal pourrait donc par exemple être généré par la différentiation d'une fonction préalablement fixée, égale à l'intégrale de la fonction visible sur l'oscillogramme, et lue à la vitesse correspondant la vitesse de rotation simulée de la roue dentée. L'amplitude et la fréquence du signal produit seraient alors automatiquement adaptées aux valeurs souhaitées.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Fabo45]

Bonjour,

Quoi qu'il en soit, la sortie du convertisseur produira bien un signal alternatif positif par rapport à GND et limité à 5V, lequel passera par un filtre passe-bas (pour supprimer les artefacts d'échantillonnage) et d'un montage amplificateur chargé de le symétriser (en lieu soustrayant 2,5V) et de l'amplifier. Cet amplificateur devra être adapté (tension, puissance, impédance) à la charge qui recevra le signal résultant.

Qu'appel tu le "convertisseur" ? Pour générer le signal alternatif, positif, il faut utiliser les sorties PWM ou il faut utiliser un autre module externe, type MCP4725 ?
Si c'est Arduino, je devrais donc jouer sur le rapport cyclique pour obtenir la tension désirée ? Et à moi de changer le rapport cyclique pour obtenir la prochaine tension, au bon timing et ainsi obtenir la fréquence voulue ?

J'avoue être un peu perdu avec le PWM, car jusqu'à maintenant je l'utilisais juste pour faire varier la vitesse d'un moteur, d'une led etc, mais donc je changeais juste le rapport cyclique (via commandes Arduino) mais la fréquence était, pour moi, fixe (environ 500Hz il me semble).


Dans l'optique où mon raisonnement est correcte, cette sortie PWM entrera dans un filtre passe bas, puis un ampli ?

Merci pour ton aide précieuse, encore une fois, je ne maitrise pas du tout ce monde analogique/alternatif. Je n'ai jamais joué avec les AOP.

[PA5CAL]

Le « convertisseur » dont je parle est le sous-système de conversion numérique-analogique, quel qu'il soit. Ce peut être un convertisseur à réseau de résistances ou bien un générateur d'impulsion à largeur modulée (PWM).

Dans le cas d'une carte Arduino, le choix d'une sortie PWM pilotée par un timer présente l'avantage de ne pas devoir rajouter de convertisseur externe.

Le logiciel doit juste modifier le rapport cyclique du signal généré à intervalles réguliers. En programmant un timer sur 8 bits en mode Fast PWM (comptage simple rampe) cadencé à 16 MHz (prédiviseur=1:1), on pourra modifier le rapport cyclique à la fréquence de 62,5kHz (=16MHz/2⁸). Si nécessaire, cette modification pourra intervenir sur interruption générée par ledit timer.

Le signal PWM sera envoyé au circuit analogique, qui réalise :
- le filtre passe-bas à une fréquence de coupure nettement plus basse que 31,25kHz (< 62,5kHz/2 d'après le théorème de Nyquist-Shannon) afin de faire disparaître l'ondulation à haute fréquence,
- le décalage de tension afin d'obtenir un signal centré autour de 0V,
- l'amplification avec le gain adéquat.
Si la puissance de sortie est faible, alors un montage avec un AOP classique devrait pouvoir réaliser l'ensemble.


Pour l'Arduino Uno, le « langage Arduino » impose un pilotage des sorties PWM à une fréquence correspondant à un prédiviseur réglé sur 1:64. Pour cette raison, les fréquences de sortie sont fixées à :
- 977Hz sur les sorties 5 et 6, issues du timer 0 configuré en mode Fast PWM (comptage seul)
- 490Hz sur les sorties 9 et 10, issues du timer 1 configuré en mode Phase-Correct PWM (comptage-décomptage) sur 8 bits
- 490Hz sur les sorties 3 et 11, issues du timer 2 configuré en mode Phase-Correct PWM (comptage-décomptage).

Une programmation directe des timers permet d'obtenir d'autres fréquences de sortie et d'autres modes de fonctionnement. La datasheet du micro-contrôleur ATmega328P fournit toutes les informations nécessaires à ce sujet.

[Fabo45]

Encore une fois merci pour ces réponses plus que complète.

Je crois que je me suis mélangé les pinceaux avec le PWM, en fait je n'ai pas à modifier la fréquence du signal PWM en lui même, je dois modifier le rapport cyclique pour obtenir la tension que je souhaite à un instant T et je change cette valeur à un intervalle donné afin que ça corresponde à la fréquence désirée de mon signal. Ais-je bon ?
Si le raisonnement précédent est bon, est ce que la fréquence du signal PWM à une importance ?

Pour le filtre passe bas, un "simple" filtre type circuit RC convient ?


Concernant la partie AOP et le centrage autour de 0V:
Je pensais jouer côté Arduino sur le rapport cyclique pour augmenter/diminuer l'amplitude du signal final (Par exemple côté Arduino je génère un signal entre 0/2v qui correspond après amplification à -3/+3V ou si je génère du 0/5V cela correspond à -7,5/+7.5V), cependant je ne vois pas comment faire côté AOP pour centre le signal sur 0V.
Dans ton message précédent tu donnes l'exemple de monter l'AOP en soustracteur, de 2,5V, ce qui marche en effet pour du 0/5V, à moi de gérer le gain pour que ça corresponde à la tension de sortie désirée. Mais si je génère un 0/2V, par exemple, cela donnera une sortie -2,5/-0,5V.
Existe t'il un "montage" de l'AOP que j'aurai loupé dans mes recherches et qui permettrai de centrer sur 0 dans n'importe quelles situations ?

[PA5CAL]

en fait je n'ai pas à modifier la fréquence du signal PWM en lui même, je dois modifier le rapport cyclique pour obtenir la tension que je souhaite à un instant T et je change cette valeur à un intervalle donné afin que ça corresponde à la fréquence désirée de mon signal. Ais-je bon ?

Oui. Le but est que ça corresponde non seulement à la fréquence, mais aussi à la forme d'onde désirée.

est ce que la fréquence du signal PWM à une importance ?

Ce qui est important, c'est qu'elle soit suffisamment élevée. En théorie, elle doit être supérieure à deux fois la limite supérieure de la bande passante du signal produit. En pratique, il est grandement préférable qu'elle soit encore plus élevée.

Pour le filtre passe bas, un "simple" filtre type circuit RC convient ?

Tout dépend de la bande passante du signal et de l'ondulation résiduelle acceptable. Mais comme un simple réseau RC (filtre du premier ordre) réalise une coupure très progressive du spectre, il est probable qu'il faille utiliser un filtre d'un ordre supérieur. La présence d'un AOP peut être l'occasion de mettre en œuvre simplement un filtre actif présentant les caractéristiques requises.

Concernant la partie AOP et le centrage autour de 0V:
Je pensais jouer côté Arduino sur le rapport cyclique pour augmenter/diminuer l'amplitude du signal final (Par exemple côté Arduino je génère un signal entre 0/2v qui correspond après amplification à -3/+3V ou si je génère du 0/5V cela correspond à -7,5/+7.5V), cependant je ne vois pas comment faire côté AOP pour centre le signal sur 0V.
Dans ton message précédent tu donnes l'exemple de monter l'AOP en soustracteur, de 2,5V, ce qui marche en effet pour du 0/5V, à moi de gérer le gain pour que ça corresponde à la tension de sortie désirée. Mais si je génère un 0/2V, par exemple, cela donnera une sortie -2,5/-0,5V.

Ce qu'il faut faire, c'est générer un signal centré autour de 2,5V, quelle que soit l'amplitude crête-à-crête à produire.

Ainsi, avec un gain ×3, un signal entre 1,5V et 3,5V produira une sortie entre -3V et +3V (car (1,5-2,5)×3=-3 et (3,5-2,5)×3=+3), et un signal entre 0V et 5V produira une sortie entre -7,5V et +7,5V (car (0-2,5)×3=-7,5 et (5-2,5)×3=+7,5).

Existe t'il un "montage" de l'AOP que j'aurai loupé dans mes recherches et qui permettrai de centrer sur 0 dans n'importe quelles situations ?

Oui, sous certaines conditions. Mais il n'y a pas de raison de chercher une solution plus compliquée que celle indiquée ci-dessus.

[Fabo45]

Encore une fois merci pour ces réponses.

J'ai fais quelques recherches sur les AOP, j'ai finis par tomber sur le TL072CP (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl072.pdf) qui semble correspondre à mon besoin (sauf erreur !).
J'ai également fait un petit schéma de câblage de tout ça :

Ne pas tenir compte des valeurs de R et C pour le filtre passe bas, je n'ai pas encore fait le calcul. Je suis partis sur un filtre passe bas, passif, du second ordre car plus simple à comprendre pour moi qu'un filtre actif.
Pour le filtre actif, je suis tombé sur ce montage mais je ne sais pas s'il est correcte : http://www.gecif.net/articles/genie_...en_key_bas.png
D'après mes recherches, pour mon filtre passe bas passif et le schéma du filtre actif donné en lien, la fréquence de coupure est W0 = 1 / (R.C)

Pour générer le -12V pour l'AOP, j'ai trouvé ce genre de composant : https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmc7660.pdf
Celui ci est limité à 10Volts, j'en avais trouvé un qui encaissait les 12Volts, mais je ne le trouve plus. Sans parler de la tension qui n'est pas adapté dans ce cas, est-ce que ce genre de composant est utilisable pour générer le -12Volts ?

[PA5CAL]

Concernant les TL07x (avec x=1, 2 ou 4 selon le nombre d'AOP dans le boîtier) ne sont pas tout jeunes, et certaines de leurs caractéristiques sont loin d'égaler celles de composants plus modernes.

En particulier, leurs tensions de déchet à l'entrée et à la sortie sont assez élevées. Ainsi, pour pouvoir produire en sortie une tension de ±10V sur une charge de 2kΩ, il est préconisé de les alimenter avec des tensions d'au moins ±15V.



Pour obtenir un signal de ±7,5V, on devrait disposer d'une alimentation d'au moins ±12,5V pour une charge de 2kΩ, et d'au moins ±10,5V pour une charge de 10kΩ ou plus.

Le choix d'un modèle d'AOP « rail-to-rail », ou présentant juste une tension de déchet en sortie moins importante, exigerait des tensions d'alimentation moins élevées.


(Ta pièce jointe n'est pas encore validée.)

[PA5CAL]

On peut trouver par ici un outil de calcul en ligne des filtres passe-bas de type Sallen-Key.

Pour pouvoir translater la tension d'entrée de 2,5V, le schéma serait celui-ci :



Il correspond au schéma de la seconde moitié de la feuille de calcul, avec R3 égale à la mise en parallèle de R3a et R3b (soit 1/R3=1/R3a+1/R3b). Pour recentrer le signal sur 0V, on doit par ailleurs vérifier 1/R4=1/R3a-1/R3b.

[Fabo45]

Je n'avais pas fait attention à cette tension de déchet, je vais voir ce qu'il existe en rail to rail.
Merci pour le schéma et la feuille de calcul ! je vais faire les calculs des résistances et condo maintenant.


Concernant la génération du -12V, est-ce que le type de composant que je mentionnais peut convenir ou c'est à proscrire ? (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmc7660.pdf)


J'ai essayé de faire fonctionner un simulateur de signal en ligne, mais ca ne voulait pas fonctionner, donc je pose la question : Qu'est ce qui fait que l'on va passer d'un signal PWM (donc une suite de 0V et 5V, si on regarde à l'oscilo) à un signal alternatif comme sur oscillogramme du capteur inductif que j'essaye de simuler ? C'est le rôle du filtre passe bas ? Parceque l'AOP se contente juste d'amplifier mon signal et de retrancher 2,5Volts.

[antek]

Qu'est ce qui fait que l'on va passer d'un signal PWM (donc une suite de 0V et 5V, si on regarde à l'oscilo) à un signal alternatif comme sur oscillogramme du capteur inductif que j'essaye de simuler ?

C'est un principe utilisé sur certains DAC audio.

Considère que le rapport cyclique du PWM détermine un niveau de tension.
Rapport cyclique fixe -> tension fixe
Rapport cyclique variable -> tension variable
. . . et c'est ainsi que l'on obtient la forme d'onde voulue après filtrage bien sûr.
Ce signal devient alternatif après transposition.

[Fabo45]

Ok merci.

Concernant la génération du -12V ou -10V etc selon mes besoins, est-ce quece composant que je mentionnais peut convenir ou c'est à proscrire ? (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmc7660.pdf)

[PA5CAL]

Concernant la génération du -12V, est-ce que le type de composant que je mentionnais peut convenir ou c'est à proscrire ? (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmc7660.pdf)

Ce circuit permet de symétriser une tension. Notamment, il peut produit –5V à partir du +5V.

Il est limité à 10,5V (maximum absolu) en tension d'entrée.

Partant de +5V, avec un second circuit en cascade on peut envisager de produire –10V à partir du –5V, ou bien –15V à partir du ±5V (voir schéma de la figure 16 de la datasheet). On peut également se servir du circuit comme multiplicateur en y ajoutant un réseau en échelle de diodes et de condensateurs (c.f. exemples figures 18 et 19). Mais on ne peut normalement pas produire directement une tension qui n'est pas un multiple de la tension d'entrée (aux pertes près).

Le soucis avec ce type de circuit, c'est que le courant consommé par sa charge (i.e. le montage à AOP) doit rester assez limité, sans quoi la tension de sortie s'effondre en fait apparaître une énorme ondulation BF.

Si l'ondulation résiduelle de la tension qu'il produit (qui dépend de la consommation de sa charge) est trop importante pour l'application, il est conseillé de le faire suivre par un régulateur de tension LDO (Low Drop Output = à faible chute de tension).

Concernant la charge de ce circuit, on peut toujours trouver des AOP à faible consommation et réaliser un montage avec des résistances de valeurs élevée, mais la principale interrogation (que j'avais déjà soulevée au post #4) reste l'impédance du circuit qui recevra le signal, autrement dit la puissance qu'on devra fournir à la charge de l'AOP.

Il me semble qu'il faudrait se pencher sur les sources de tension disponibles dans l'ensemble du système, notamment du côté du circuit auquel le signal produit est destiné.

J'ai essayé de faire fonctionner un simulateur de signal en ligne, mais ca ne voulait pas fonctionner, donc je pose la question : Qu'est ce qui fait que l'on va passer d'un signal PWM (donc une suite de 0V et 5V, si on regarde à l'oscilo) à un signal alternatif comme sur oscillogramme du capteur inductif que j'essaye de simuler ? C'est le rôle du filtre passe bas ? Parceque l'AOP se contente juste d'amplifier mon signal et de retrancher 2,5Volts.

Oui, c'est le filtre passe-bas qui transforme le signal alternatif PWM à haute fréquence en forme d'onde à basse fréquence.

Compte tenu de l'allure de la forme d'onde et de la fréquence maximale requise (1kHz), j'imagine qu'une fréquence de coupure de 3kHz devrait suffire. Pour un filtre du second ordre, on atteint une atténuation d'environ –40dB (1/100) à la fréquence limite de la bande passante autorisée (c.f. théorème de Nyquist-Shannon).

Dans le cas où cela ne suffirait pas, il existe encore des marges de manœuvre pour améliorer la chose.

[Fabo45]

Concernant l’impédance d'entrée du calculateur, car le but de ce montage est d'envoyer le signal vers le calculateur de la voiture, je ne l'ai pas et il y a très peu, pour ne pas dire, pas du tout, de documentation sur ce point..

Concernant les tensions dispo il y aura du 12V, du 5V. Je comptais justement me servir de ce 12V pour le passer dans le 7660A (la version A accepte 12V) et obtenir le -12V pour l'AOP.

[PA5CAL]

C'est le circuit ICL7660A (et non pas LMC...) qui peut fonctionner sous 12V, avec un maximum absolu de 13V.

Sinon, le 12V est une source d'alimentation intéressante. Il faut toutefois prendre garde au fait que le « 12V » sur une voiture peut, en valeur moyenne (sans compter les éventuels pics de tension), dépasser les 14V ou chuter sous les 11V.

[Fabo45]

Oui effectivement, c'est bien le ICLxxx. C'est pour cela que je ne retrouvai plus la version 12V quand je cherchais dans la doc.... (J'avais bien pris en compte que la tension de 12V pouvait varier, Pololu propose des modules Step Up/Step Down 12V, je pense m'orienter la dessus).

J'ai cherché sur des AOP rail to tail et basse conso , j'ai trouvé cette ref. : LT1490CN8 https://docs-emea.rs-online.com/webd...6b813852e8.pdf
Qu'en pensez-vous ?

[Fabo45]

Je ne peux plus éditer mon message, donc j'en repost un à la suite :

Je viens de regarder la feuille de calcul du filtre passa bas :
Pour ma fréquence de coupure, je suis partis sur 6Khz (je veux pouvoir monter mon signal jusqu'à 2KHz). Je prend un gain de 4.
Ensuite on doit choisir entre un "Quality factor" ou un "Damping Ratio". J'ai laissé le Damping Ratio à 1.
Il faut ensuite choisir la valeur des deux condensateurs pour que l'on me retourne la valeur des résistances. Cependant je ne sais pas du tout sur quelle grandeur de Capa il faut partir pF nF uF ??


Je suis preneur d'une petite explication

[PA5CAL]

Le fait de fixer la fréquence de coupure fixe également les bases de temps du filtre correspondant aux produits RC. De ce fait, choisir des capacités C plus grandes revient à calculer des résistances R plus faibles, et inversement.

Dans l'outil de calcul, le fait de pouvoir indiquer la valeur des condensateurs (ce qui n'est d'ailleurs pas une obligation) permet de choisir des valeurs normalisées disponibles dans le commerce. La valeur des résistances qui en résulte est alors beaucoup plus facile à trouver (dans la série E96, les valeurs progressent par pas de 2% environ).

On peut par conséquent faire quelques calculs avec plusieurs valeurs de condensateurs, puis :
- si les résistances obtenues est trop faible (entraînant une trop forte consommation de courant), on les multiplie par 10, 100 ou 1000 et on divise les capacités dans le même rapport pour garder la même fréquence de coupure ;
- si les résistances obtenues est trop grande (entraînant une sensibilité au bruit et aux courants de fuite), on les divise par 10, 100 ou 1000 et on multiplie les capacités dans le même rapport pour garder la même fréquence de coupure.


Concernant l'AOP LT1490, ses caractéristiques en termes de consommations et de tension de déchet sont excellentes, très largement au-delà du minimum exigé.

Toutefois, l'impédance de ses entrées à transistors bipolaires (>6MΩ) reste relativement faible (surtout si on la compare au million de MΩ des entrées à transistors J-FET des TL07x). Or, il paraît évident qu'une consommation excessivement faible de l'AOP (40µA) ne se justifie pas si les limites hautes imposées aux résistances du montage du fait des courants de fuite de l'AOP, ou une impédance trop faible de l'entrée du calculateur, impliquent une consommation globale de courant beaucoup plus élevée.

En la circonstance, la valeur des résistances du montage devrait se compter en dizaines de kΩ (≤100kΩ).

De mon point de vue, si le courant consommé sur l'alimentation devait poser problème, le choix d'un AOP présentant une impédance d'entrée plus élevée serait préférable.


Par ailleurs, avec une fréquence de coupure portée à 6kHz, il serait peut-être plus judicieux de passer à un filtre du 3^ème ordre, en ajoutant une cellule RC passe-bas à l'entrée du filtre précédent. Pour ce cas de figure, un outil de calcul est disponible par ici.

[Fabo45]

C'est bien noté pour le choix des condos / résistances.

Concernant la fréquence de coupure de 6KHz, j'ai pris cette valeur arbitrairement... Car dans ton message tu disais :

Compte tenu de l'allure de la forme d'onde et de la fréquence maximale requise (1kHz), j'imagine qu'une fréquence de coupure de 3kHz devrait suffire.

Comme je souhaite monter à 2KHz, j'ai multiplié le tout par 2 pour garder le même ratio, mais peut être qu'il ne fallait pas calculer comme ça. Comment il faut choisir cette fréquence de coupure ? J'ai bien noté qu'il fallait qu'elle soit bien inférieure à la Frequence de la PWM / 2, mais par rapport à mes 1 ou 2 KHz où doit elle se situer ?
Est-ce que je peux par exemple conserver une fréquence de coupure à 3KHz avec une freq. max désirée à 2KHz ? Dans ce cas je reste sur un filtre du 2eme ordre.

Merci pour les infos sur l'AOP, je vais en chercher un mieux, la 3eme fois sera la bonne j'espère

[antek]

J'ai bien noté qu'il fallait qu'elle soit bien inférieure à la Frequence de la PWM / 2, mais par rapport à mes 1 ou 2 KHz où doit elle se situer ?

supérieure à F_pwm fois 2 !

[PA5CAL]

Si le signal doit avoir une fréquence deux fois plus élevée, alors la fréquence de coupure du filtre également. Le principe était bon.

Cette fréquence de coupure doit être choisie afin de garder une partie suffisante du spectre du signal pour en conserver ses caractéristiques utiles.

Idéalement, on devrait couper à une fréquence nettement supérieure à la limite haute du spectre du signal. Sauf qu'en pratique comme en théorie, ce spectre est souvent beaucoup trop étendu (par exemple, pour reproduire un signal triangulaire parfait, il faudrait conserver un spectre infini), et qu'il faut aménager une bande de fréquence suffisante entre la fréquence de coupure et la moitié de la fréquence d'échantillonnage numérique pour éviter de devoir réaliser un filtre d'un ordre beaucoup trop élevé (i.e. avec une pente beaucoup trop abrupte).

D'un point de vue de la théorie du signal, le filtre sert à éliminer les images du spectre du signal qui apparaissent de part et d'autre de la fréquence d'échantillonnage, et notamment celle située au-delà de la moitié de cette fréquence, laquelle créerait des artefacts dans le signal final si elle était conservée (ou plus exactement, insuffisamment atténuée).



Dans le cas présent, il me semble que les fréquences au-delà du 3^ème harmonique du signal ne sont plus significatives du point du vue du fonctionnement. Une simulation numérique avec le signal qu'on aura finalement choisi de générer devra le confirmer.

[PA5CAL]

supérieure à F_pwm fois 2 !

Non, non. Là on parle de la fréquence de coupure du filtre (F_C) par rapport à la fréquence d'échantillonnage (F_Ech=F_pwm)

On doit bien avoir F_C<F_Ech/2 (i.e. la fréquence de coupure doit être inférieure à la fréquence de la sortie PWM divisée par deux).

[antek]

Non, non. Là on parle de la fréquence de coupure du filtre (F_C) par rapport à la fréquence d'échantillonnage (F_Ech=F_pwm)
On doit bien avoir F_C<F_Ech/2 (i.e. la fréquence de coupure doit être inférieure à la fréquence de la sortie PWM divisée par deux).

Je me suis bien embrouillé tout seul, merci pour la correction.

[Fabo45]

Je viens de faire les calculs, par rapport à la dernière feuille de calcul, en rajoutant la partie R3a, R3b, R4 de ton schéma.
Sauf erreur de ma part, le schéma finale ressemble à :


Après utilisation de la feuille de calcul, je trouve ces valeurs :

R1 = 13kΩ
R2 = 110kΩ
R3 = 39kΩ
C1 = 0.0022uF
C2 = 0.001uF
C3 = 150pF

Je n'ai pas ces valeurs de condos et en plus on flirt les 100K que tu préconisais de ne pas dépasser.
J'ai donc appliqué un ratio de 10 : (/10 pour les R, et * 10 pour les C) :

R1 = 1,3kΩ
R2 = 11,0kΩ
R3 = 3,9kΩ
C1 = 22nF
C2 = 10nF
C3 = 15nF

Pour les autres résistances:
R4 = R5 = 10K

Je n'arrive cependant pas à calculer la valeur de R6.
Tu m'as dit :
1/R6 = 1/R4 - 1/R5

Mais je trouve 0

Tout en sachant, que d'après la première feuille de calcul, le gain est de G = (Req + R6) / Req. Avec Req = R4*R5/(R4+R5)

[PA5CAL]

Attention : il y a une erreur sur l'emplacement du condensateur de contre-réaction, et il n'y a pas un facteur 10 entre 150pF et 15nF.

Le schéma serait donc celui-ci :



En fait, comme l'outil de calcul du filtre du 3^ème ordre n'est pas aussi complet que celui pour le 2^nd ordre, je dois préciser que si le gain est égal à G, la valeur du condensateur de contre-réaction C2 doit être divisée par G par rapport à celle du cas où le gain est unitaire, afin que le filtre conserve le même comportement en fréquence. La valeur prise pour C2 dans le calcul du filtre doit donc être G fois plus élevée que la valeur réellement utilisée dans le montage.

Concernant les résistances R4, R5 et R6 qui fixent le gain G et réalisent le recentrage du signal autour de 0V :
- le pont diviseur constitué d'une part par R6 et d'autre part par la mise en parallèle de R4 et R5 doit introduire un rapport 1/G. On doit donc avoir :

1/R4 + 1/R5 = (G−1)/R6

- une tension de 2,5V doit être produite sur l'entrée inverseuse lorsque la sortie est à 0V. Donc le pont diviseur constitué d'une part par R4 et d'autre part par la mise en parallèle de R5 et R6 doit introduire un rapport 2,5V/5V=1/2. On doit donc avoir :

1/R4 = 1/R5 + 1/R6

Il en résulte qu'on doit vérifier :

R6/R5 = G/2 − 1

R6/R4 = G/2

(ce qui, au passage, indique que le gain N ne peut pas être inférieur ou égal à 2 avec de type de montage)

Pour un gain G=4, on doit avoir R6 = R5 = R4/2. Par exemple, dans la série normalisée E96 on pourrait prendre R4=20,0kΩ, R5=10kΩ et R6=10kΩ.

[PA5CAL]

Pour une fréquence de coupure de 6kHz et des résistances dans la série E96, l'outil de calcul donnerait par exemple :
R1 = 1,87kΩ
R2 = 9,53kΩ
R3 = 4,87kΩ
C1 = 10nF
C2 = 6nF (soit 1,5nF dans le montage final pour un gain G=4)
C3 = 4,7nF

[PA5CAL]

Avec les valeurs de l'exemple ci-dessus (obtenues pour un "damping ratio" de 1) que j'ai prises un peu à la va-vite, il apparaît que les fréquences au-dessous de 6kHz sont déjà beaucoup trop atténuées.

Le paramétrage du filtre est un compromis entre plusieurs objectifs antagonistes, qui sont :
- une atténuation suffisante à la fréquence maximale autorisée (F_Ech/2=31,25kHz) pour limiter les artefacts, et à la fréquence du signal PWM (F_Ech=62,5kHz) pour limiter l'ondulation à haute fréquence ;
- une atténuation minimale à la fréquence maximale du spectre utile (6kHz) ;
- une variation minimale du délai de groupe (i.e. retard de l'onde) sur l'ensemble du spectre utile.
De mauvaises performances sur ces deux derniers points entraînent une déformation de la forme d'onde.

Sur ces deux points, un paramètrage correspondant au filtre de Bessel offre un résultat intéressant, mais au détriment de l'atténuation.

Par exemple, avec les valeurs :
R1 = 240Ω
R2 = 36kΩ
R3 = 11kΩ
C1 = 47nF
C2 = 880pF (--> capa de 220pF)
C3 = 330pF
on obtient cette réponse :



Les atténuations obtenues sont environ -1dB à 6kHz contre -21dB à 31,25kHz et -38dB à 62,5kHz.

[PA5CAL]

À l'inverse, on peut choisir de privilégier la sélectivité du filtre, puis d'en perdre une partie en augmentant la fréquence de coupure afin de limiter la déformation de la forme d'onde :



f_C1 = f_C2 = 10kHz, ζ = 0,7
Atténuations : -1,8dB à 6kHz, -30dB à 31,25kHz et -48dB à 62,5kHz