Comparateur pour VCO audio

[invite6de5f0ac]

Bonsoir à tous,

Je suis actuellement en phase de conception d'un synthétiseur modulaire analogique (oui, les vieux dinosaures style Moog System V). Et j'ai un peu de difficultés sur le circuit le plus critique, à savoir le VCO, dont les specs sont affreusement serrées.

Je précise que ma question aurait une réponse rapide si je pouvais disposer d'un labo qui tienne la route -- ce sera le cas dans environ 6 mois, mais pour le moment j'en suis réduit à la théorie. Et je n'arrive pas à utiliser PSpice (si quelqu'un a un lien vers un tuto où il n'y a pas besoin de préciser un milliard de paramètres je suis preneur).

Problème: fabriquer une onde en dents de scie (ramp), montante ou descendante on s'en fiche. Ou même une onde triangulaire, ça pourrait me suffire. Problème:
. amplitude ±5V à 1%;
. fréquence à 0.05% (au pire) de 20Hz à 20kHz, mieux que 0.5% de 5Hz à 50kHz, si possible pouvoir descendre aussi près du continu que possible.
. question subsidiaire: si en plus on peut descendre aux fréquences négatives c'est du top (mais je n'y crois pas trop).
Et, évidemment, le problème est la stabilité en fréquence...

Bon, pour le premier point, je peux ajouter (et même ce sera nécessaire) un ampli de sortie, ne serait-ce que pour adapter les niveaux et l'impédance. Pour le troisième point, on peut rêver, mais ce n'est pas primordial.

Reste la fréquence. J'ai construit plusiers diz"aines de VCO, la plupart basés sur le schéma intégrateur + trigger de Scmitt (par exemple, le Formant d'Elektor). Trop sensibles à la température.

Le lecture des Aplications Notes de AD et de NS m'a convaincu (et je l'ai expérimenté) que le circuit classique à monostable (si vous voulez je vous fais un schéma) est le meilleur pour le domaine ausio. Bien sûr, le temps de Reset de l'intégrateur va fausser la fréquence, mais qu'est-ce que c'est que 400ns à ces fréquences?

Donc le circuit que j'envisage est, d'une part, un intégrateur, suivi d'un monostable. L'intégrateur va de 0V à +5V, niveau auquel le monostable se déclenche pour une durée minime mais largement suffisante pour vider complètement le condo de l'intégrateur.

Mais voilà. C'est idiot d'avoir une rampe montante de 0V à +5V, alors que partout ailleurs j'ai besoin de signaux à ±5V. La datasheet du LM311 montre qu'il est encore plus rapide en reliant le [EMITTER_OUT] au [VCC-], mais son déclenchement n'est plus trop garanti.

Donc ma question: si je mets un condo en série sur l'entrée du comparateur, pour provoquer un overshoot qui fera basculer le 311, est-ce que je peux espére gagner de la vitesse de commutation, et ainsi garantir mes specs jusqu'à 50kHZ.

-- françois
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[jiherve]

Bonjour
Je ne vois pas bien comment tu peu esperer avoir une meilleure stabilité avec un système à monostable qu'avec le classique générateur de triangle.
Les dérives sont dans les deux cas lié a la capa d'intégration, les autres sources étant compensables.
Le seul montage que je connaisse qui s'en affranchisse c'est celui des CAN par intégration mais cela ne repondra pas à ton problème.
Par ailleurs 400ns c'est trop long car 0,05% à 20KHz = 25ns.
Il va te falloir beaucoup plus rapide qu'un LM111 pour faire ce genre de montage, il faut chercher un comparateur avec un temps de réponse de l'ordre de 10ns ou mieux; Vas farfouiller chez AD par exemple

http://www.analog.com/

Enfin les fréquences negatives je ne vois pas très bien ce que cela recouvre.

JR

[invite6de5f0ac]

Bonjour et merci jiherve,

Je dois avouer que moi-même je ne suis pas intimement convaincu de la meilleure stabilité d'un monostable par rapport à un trigger. C'est pour ça que je préfèrerais expérimenter avant... J'ai lu notamment dans "Analog Dialogue" que le monostable était plus fiable, sans qu'ils expliquent vraiment pourquoi.

Sinon, effectivement, il faut des condos à faible dérive et faible coefficient de température. Ça je m'y attendais, c'est toujours pareil pour les VCO.

Pour la précision, j'ai surtout besoin de mieux que le pour mille dans la gamme audio, parce que ça s'entend. Au bout du spectre, près des 20kHz, ce n'est pas bien grave que la dent de scie soit déformée. De toutes façons, avec un monostable, on n'aura jamais une "vraie" dent de scie, il y aura toujours un intervalle (le temps de reset de l'intégrateur). C'est aussi pour ça que je préfère d'habitude le trigger de Schmitt, mais alors c'est les seuils de basculement qui sont plus ou moins mal déterminés...

Les fréquences négatives c'est purement mathématique, quand on écrit y = sin(wt) on peut très bien avoir w négatif. Pour certaines modulations ça peut être utile, mais c'est vrai que c'est acoustiquement difficile à maîtriser.

Encore merci,

-- françois

[jiherve]

Bonsoir François
Les frequences négatives n'existent pas sauf peut être dans certains ouvrages pseudo scientifiques.
Si tu veux un VCO stable en fréquence alors il faudra l'asservir sur une référence de type quartz (VCXO) et cela sort du domaine purement analogique.
Pourquoi as tu besoin d'une telle stabilité pour un oscillateur dont, par principe, la première caractéristique est d'être à fréquence variable?
JR

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tropique]

Hello

Tu peux t'orienter vers les VFC; en général, ils sont conçus pour de l'instrumentation et ont des caractéristiques impressionnantes. Dans certains, tu pourras directement récupérer une dent de scie ou un triangle, dans d'autres, tu pourra les reconstituer à partir des signaux internes. Bob Pease de NS et Jim Williams de LTC sont les grands prêtres de ce type de circuits, tu peux t'inspirer des tutoriaux et notes d'application qu'ils ont rédigés. Exemple:
http://www.national.com/an/AN/AN-240.pdf#page=1
http://www.national.com/an/AN/AN-D.pdf#page=9
http://www.linear.com/pc/downloadDoc...02,P1209,D4110
Cela dit, même avec des architectures ultra-performantes, tes spéc ne seront pas facilement atteintes: même un bon condo de référence aura facilement une dérive de 100ppm/°C, ce qui signifie que tu devras procéder à des essais en T° pour mesurer et compenser les dérives. Pour un oscillateur, c'est déjà pas mal de boulot, mais si tu en as plusieurs, ça va être titanesque.
A+

[invite6de5f0ac]

Bonjour,

Et un grand merci à tous ceux qui m'ont répondu.

À vous lire, je m'aperçois que mon problème était mal posé au départ. Ce que je pensais n'être qu'une petite question de bidouillage se révèle être en fait bien plus compliqué!

Autant pour que vous me compreniez bien, que pour mettre mes idées au clair, voilà exactement comment les choses se passent. Un synthé modulaire analogique comporte habituellement 2 ou 3 oscillateurs (VCO) par voie, dont la stabilité, notamment en température, est essentielle: ces VCO sont commandés en "Moog", càd avec une loi en octaves par volt (+1V => fréquence double). Les convertisseurs exponentiels sont intrinsèquement très pointilleux sur la température, et il est très difficile de compenser cette dérive. Ça se fait quand même, la technique la plus répandue (parce que la moins chère) consistant à maintenir le convertisseur à une température notablement plus élevée que la température ambiante (pour qu'une variation de 1°C ne représente qu'une fraction de % -- il faut en toute rigueur raisonner en Kelvin et pas en °C). Le regretté µA726 faisait ça très bien, mais il n'est plus fabriqué; on peut arriver à la même chose avec des "transistor arrays" style CA3086. Et il est normal de laisser le bazar "en chauffe" pendant une demi-heure avant de s'en servir, histoire que la température "de croisière" soit atteinte et stabilisée.

Cela dit, une dérive de 1‰ (pour mille, eh oui) en fréquence est parfaitement audible, du moins vers le milieu du spectre audio. D'où ma spec à 0.5‰, assez utopique je l'avoue. Mais on se contrefiche de la valeur exacte de la fréquence, du moment qu'elle ne "drifte" pas. Ce n'est pas un appareil de mesure! Et en plus, il est souhaitable que les fréquences ne soient pas absolument précises: ça introduit des battements entre les oscillateurs, qui donnent de l'épaisseur au son. Donc, pas de DCO et encore moins de quartz... Je ne sais pas si je suis bien clair: ce qui est important, c'est la stabilité, mais beaucoup moins la précision.

Un "monstre" comme je l'envisage devrait compter une douzaine d'oscillateurs Au-delà, ça devient largement inécoutable. Mais ça pose de (très) gros problèmes de calibration... Alors oui, l'idéal, ce sont les circuits VFC genre AD650 ou AD654 de chez Analog Devices (dont j'ai évidemment toutes les datasheets et les App Notes), qui répondent parfaitement à mes besoins. Mais qui sont chers (ça encore, il ne faut pas s'attendre à construire ce genre de truc avec trois francs six sous), mais surtout qui ne se trouvent pas chez l'épicier du coin. Et même si Analog peut m'envoyer gracieusement un ou deux échantillons, ça m'étonnerait qu'ils m'en envoient une douzaine!

D'où ce que font tous les allumés dans mon genre: reconstituer un VFC en composants discrets, avec un intégrateur et un trigger de Schmitt ou un monostable. L'expérience montre que ça marche de manière très satisfaisante (quoi que probablement pas avec les specs que j'ai données), au prix d'une procédure d'étalonnage plus que fastidieuse.

Moralité: il va falloir que j'expérimente pas mal avant de me décider pour une solution. Et là, mon matos me manque cruellement... Allez, plus que quelques petits mois à tenir, et de toutes façons il va falloir que je me rééquipe complètement.

Encore merci à vous,

-- françois

[Tropique]

La deuxième référence que je t'ai donnée décrit un VFC ultra performant basé sur le LM331 et LM308. Ce sont des circuits courants et bon marché qui existent sous de nombreuses autres références comme RC4151, etc
Exemple:
http://fr.farnell.com/jsp/endecaSear...sp?SKU=1095817

[invite6de5f0ac]

La deuxième référence que je t'ai donnée décrit un VFC ultra performant basé sur le LM331 et LM308.

Bonjour,

Sincèrement merci. Quand j'ai posté ce matin je n'avais fait que survoler les liens que tu m'as indiqués. Apr'ès lecture plus approfondie je crois que c'est exactement ce dont j'ai besoin, d'autant que les schémas "classiques" que je connais reviennent exactement à faire en composants discrets tout ce qui est intégré dans un LM331.

Et, vérification faite, le LM331 est effectivement facile à trouver et vraiment pas cher (à comparer avec les 10€+ d'un AD654!). C'est encore le condensateur de bonne qualité qui va me coûter le plus cher ... Ça m'apprendra à googler un peu plus intelligemment.

Cordialement,

-- françois

[jiherve]

Bonsoir François
As tu jeté un oeuil sur le mode de fonctionnement d'un Hammond?
JR

[invite6de5f0ac]

As tu jeté un oeuil sur le mode de fonctionnement d'un Hammond?

Bonjour,

Oui, bien sûr. Mais le principe est complètement différent: c'est de la synthèse additive à partir des ondes générées par les "tonewheels". Alors que dans un synthé analogique on part d'une onde riche en harmoniques (dent de scie ou impulsions), éventuellement "reshapée' pour modifier le contenu harmonique, et derrière on filtre méchamment pour ne garder que ce qu'on veut (ou ce qu'on peut...) De plus le filtrage est "dynamique", par exemple la fréquence de coupure des filtres évolue sur la durée d'une note. Et aussi, si on utilise des VCO, c'est pour pouvoir moduler la fréquence par à peu près tout et n'importe quoi, ce qui est bien plus difficile sur un Hammond.

Par ailleurs, j'ai aussi trouvé ça chez National (Application Note #299), où il y a un VFC à commande exponentielle avec juste deux ampli-ops, qui fait exactement ce dont j'ai besoin, et en plus en respectant mes specs!
http://www.national.com/an/AN/AN-299.pdf
Il faut encore que j'étudie de près comment ça marche, ce n'est pas un schéma "classique", et je suis surpris qu'il ne soit pas utilisé (ou pas plus, en tout cas à ma connaissance) si ses qualités sont vraiment celles décrites dans l'appnote.

Cordialement,

-- françois

[jiherve]

bonsoir François
Jolie note, je ne l'avais pas, il faut essayer mais je suis confiant car NS c'est du sérieux.
Pour les Hammond j'ai un ami qui les collectionne, il m'est arrivé d'en dépanner, quelles merveilles!
JR