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Platine de commutation

Cette platine assure 5 fonctions distinctes :

- La mesure en mode tranmission/réflexion (S11/S21) (Signal Trans/Refl provenant de P4D5 de la carte de commande)

- La mesure en mode direct/inverse, inversion du DUT (Signal FWD/REV provenant de P4D4 de la carte de commande). Cette fonction est a priori assurée par un relais transfert -2 entrées, deux sorties permutées.

- La commutation de plage 0-1/2-3 GHz - 1-2 GHz. Cette dernière envoie envoye un niveau haut ou bas constant au module diplexeur selon la plage sélectionnée, et fait basculer un relais coaxial bistable situé entre J2 de PLL3 et J1 de Mixer 3 (Signal RF-G0 et G1 provenant de P4D3 et P4D2 de la carte de commande)

- La commutation d'un atténuateur programmable 0/70dB 0-4 GHz (3 relais bistables en général pour ce genre d'atténuateur )

- La commutation AS/VNA, du mode Analyse de Spectre avec ou sans TG au mode Analyse Vectorielle (plusieurs relais commutés simultanément par une seule commande

- Eventuellement la mise en/hors service des tensions 28V et/ou 15 V compatible avec les relais et atténuateurs utilisés. Compte tenu de la puissance nécessaire, un simple enroulement 28 V réalisé à la main sur le transfo torique d'alimentation général, associé à une régulation classique, devrait éviter d'utiliser ces éléments très bruyants d'un point de vue HF

Soit, au total et au maximum, 6 commutations, ou 12 commandes si l'on utilise des relais latch(une commande fugitive par bobine)

D'autres éléments et étages d'entrée peuvent être ajoutés, avec d'autres logiques de commande des actuateurs, impliquant la nécessité de concevoir une platine de commande extensible, non dédiée à un type d'actuateur (relais bistables, relais monostables, toutes tensions confondues, moteurs pas à pas, résistance chauffante, rangée de led, interface numérique simple...) ni spécifique à un type de signal d'entrée (tension variable et autres signaux analogiques, information binaire parallèle ou sérielle, bus I2C...)

Description Technique

A l'origine, diverses solutions utilisant des composants discrets ont été envisagées par Scotty Sprowls et Sam Wetterlin. Solutions qui ont évolué au fil du temps, mais qui ne peuvent s'adapter à n'importe quelle modification au niveau du relayage. Hors, il est possible de trouver, dans les foires OM ou sur Internet, des relais coaxiaux ou des relais inverseurs (dits "relais transfert") à des prix intéressants. Ces relais présentent des pertes d'insertion très faibles, et garantissent une bonne conservation des caractéristiques d'impédance jusqu'à 18 GHz (détail important si l'on envisage d'ajouter des downconverters en entrée d'analyseur pour effectuer des mesures sur 10 GHz par exemple)

Rien n'interdit non plus à chaque usager de "fabriquer" lui-même ses propres relais coaxiaux en utilisant des relais de la famille Omron G6xx. Seule la tension d'alimentation en amont des transistors FET devra être changée, et aucune modification de la platine de commutation ne sera nécessaire. De 5 à 24 ou 28 V, la carte de commutation peut s'accomoder de toutes les tensions nécessaires. Il est même possible de commander des "panachages" de relais (atténuateurs en 15 V, relais secondaires en 12 V, relais de commutation coaxiale en 24 V) puisque galvaniquement, chaque sortie de Mosfet est indépendante et isolée du reste du montage.

Les ordres d'entrée proviennent de la carte de commande et ne nécessite aucune précaution ou interface particulière. Deux exceptions à celà : le pilotage de l'atténuateur et le basculement du mode "analyseur de spectre/analyseur scallaire" vers le mode "analyseur vectoriel". Ces deux séries de commutation sont pilotées depuis la face avant de l'appareil : un potentiomètre ou roue codeuse pour l'atténuateur, un interrupteur à bascule pour l'inversion AS/VNA.

Outre les fonctions de commutation de base, la carte pilote un afficheur de type 44780 (2 lignes 16 caractères, 4 lignes 20 caractères etc). Cet afficheur sert essentiellement

- à indiquer la valeur de l'atténuateur d'entrée, lequel n'est pas, à l'heure actuelle, commandé par le logiciel MSA.

- le mode de commutation dans lequel est configuré l'analyseur : mesure du direct ou du réfléchi(S11/S21), inversion du DUT (S11/S22 et S21/S12), fonction analyseur scallaire ou analyseur vectoriel, plage de mesure 0/1 GHz, 1/2 GHz,2/3GHz.

Pour simplifier au maximum la conception, il a été décidé d'utiliser une carte Arduino et de gérer les délais de commutation, d'excitation de relais, d'affichage etc uniquement par logiciel. Toute modification des modes de commande provenant de la carte de commande principale du MSA ne nécessitera qu'une modification de code Arduino.

Le choix de la logique de commande s'est porté sur un Arduino nano, dont on n'utilise que 6 entrées "ana", 12 sorties (6 PWM de puissance, 6 numériques simples avec tampon de sortie), et une E/S I2C . La raison de ce choix est simple : une seule platine de commande si l'on n'utilise que des relais monostables classiques, deux platines de commandes (12 entrées, 12 sorties de puissance, 12 sorties petits signaux, chainage via un bus I2C).

Schéma de la version primitive du commutateur de mode MSA à base d'Arduino (version au format pdf)

Schéma de la version finale commutateur de mode MSA à base d'Arduino (version au format pdf)

Réalisation

Cette carte est d'ores et déjà utilisée pour assurer l'asservissement de ventilation interne de l'émetteur Picastar, la commutation d'entrée du MSA, le pilotage d'une série de capteurs de température/pression et autre phénomènes physiques. D'autres ont envisagé de l'utiliser pour piloter des rampes de led ou gérer les moteurs d'un modèle réduit.

Compte tenu donc de la "géométrie variable" de cette carte, il a été décidé de lui consacrer une page spécifique

Micrologiciel

En cours de conception Le source du programme sera disponible en téléchargement à partir de cette page

Test Unitaire

Il n'y a pas de test unitaire spécifique pour cette carte.

- En utilisation "logique", un état haut ou bas sur chacune des entrées (en provenance de la carte de commande, P4d2 à D7 et/ou interrupteur de commutation MSA/AS) provoque une impulsion fugitive sur l'une des sorties correspondantes, voir une sortie permanente si le firmware est prévu pour piloter des relais "repos-travail"

- En utilisation "analogique", une variation de tension entre 0 et 5V de l'une des entrées provoque une variation proportionnelle du signal PWM de sortie.

- L'afficheur I2C doit afficher l'état de fonctionnement du MSA

Platine bg6khc

Cette carte de commutation n'existe ni dans le jeu de pcb proposé par BG6KHC ni dans la série de modules SLIM des auteurs du projet MSA.