Revision as of 15:24, 7 December 2011

Analyseur de spectre et VNA 0-3GHz

Introduction

Plusieurs sympathisants de l'Electrolab ont porté de l'intérêt au projet de Scotty Sprowls visant à développer un analyseur de spectre modulaire. Ce projet, entièrement open source tant sur le plan hardware que software, a attiré l'attention du tout nouveau groupe d'intérêt "Radiofréquences" de l'association. Il a donc été décidé de construire un ou plusieurs de ces appareils essentiellement pour les raisons suivantes :

• Ajouter un équipement performant et maintenable au laboratoire
• Apprendre en faisant
• Apporter support et contributions à ce beau projet

En effet, après réalisation du premier exemplaire, la volonté est de poursuivre l'aventure en faisant évoluer le design, bien évidemment, toujours de manière libre.

Les informations étant pour le moins éparses sur le sujet (mais nombreuses), ces pages se veulent aussi à la fois un recueil et un point de repère pour toute personne ayant la volonté de se lancer dans l'aventure.

Descriptif

La description originale de Scotty Sprowls est visible, sur le web, à cette adresse : http://www.scottyspectrumanalyzer.com/

Un groupe de discusion Yahoo sert de lien à la communauté anglophone intéressée par ce projet http://groups.yahoo.com/group/spectrumanalyzer/

Démarré en janvier 2001, c'est bien entendu un projet qui a beaucoup évolué avec le temps. D'un analyseur de spectre relativement rudimentaire 0-1GHz dans ses premières versions, c'est devenu au fil de temps un bel appareil 0-3GHz, avec générateur de tracking intégré, et la fonction d'analyseur de réseaux vectoriel.

La raison de cette vigoureuse évolution du projet est une conception extrêmement modulaire dès les toutes premières versions. Aujourd'hui, il s'agit d'une vingtaine de circuits imprimés aux fonctions très distinctes. Il a donc été facile aux divers contributeurs d'améliorer telle ou telle fonction en modifiant (voire en reconcevant) tel ou tel circuit.

Il faut noter ici que Scotty n'a jamais commercialisé aucune version de son design, pas même sous forme de kit de PCB ou de de composants. La description est donc bien uniquement une description au sens où les schémas, fichiers de routage, et descriptifs de mise au point de chaque carte constituant l'appareil sont disponibles et en libre accès.

Pour illustrer l'aspect très modulaire du "Scotty", on peut voir que différents niveaux de "finition" sont possibles :

• Basique : c'est un "noyau" permettant d'extension aux niveaux suivants. Il s'agit de l'analyseur de spectre fonctionnant en trois gammes : 0-1GHz, 1-2GHz, et 2-3GHz (voire plus haut si l'on utilise un mélange harmonique)

• Niveau 2 : Ajout du générateur de tracking (avec des fonctions plutôt plaisantes comme la possibilité d'introduire un offset de fréquence entre la fréquence générée et celle d'analyse). On peut, à ce stade, effectuer de l'analyse de réseaux scalaire (pas d'information de phase). Un outil logiciel permettant de faire de l'analyse de quartz est disponible.

• Niveau 3 : Ajout de la fonction d'analyse vectorielle de réseaux (VNA). Il s'agit d'ajouter l'information de phase à l'appareil niveau 2. Les possibilités sont gigantesques, et de nombreux outils logiciels permettent de faciliter la vie de tout électronicien (mesure d'impédance, analyse de filtres, mesure de composant, conversion de modèles série / parallèle, mesure de caractéristiques de lignes de transmission, analyse d'antenne...).

Bien entendu, l'appareil auquel nous nous intéressons est celui répondant à l'éventail de besoins le plus large. Toutes les considérations qui viennent ci-après concernent donc un appareil "niveau 3".

La dynamique de l'analyseur de spectre modulaire (MSA) dépend du filtre de résolution utilisé. Avec un filtre de 2kHz, la dynamique est de l'ordre de 100dB. En mode vectoriel, la mesure de phase est valide sur une dynamique de l'ordre de 90dB.

Specifications du MSA :

Version de base

Système à double changement de fréquence. Première F.I. à 1013,3 MHz, seconde F.I. à 10.7 MHz.

Plage de fonctionnement : 10 KHz à 1 GHz, 1-2 GHz (Option filtre 2G), et 2-3 GHz

Résolution en fréquence < 6 Hz

Sensibilité -110 dBm

Dynamique supérieure à 85 dB, selon la résolution de la bande passante

Resolution d’amplitude 0.04 dB ou mieux

Resolution de bande passante selon le filtre adopté (l’auteur utilise des filtres 1 kHz, 4 kHz et 30 kHz)

Facteur de bruit <23 dB

Bruit de phase -91 dBc/Hz, @ 1 MHz, 10 KHz de la porteuse

Réjection de la fréquence image (dans la bande) meilleure que -100 dBc

Intermodulation (IMD) -60 dBc ou mieux

Puissance Max du signal HF d’entrée = +13 dBm; DC= 20 ma

Nombre de modules SLIM : 11, et un filtre à cavités coaxiales

Coût $300 à $500, selon options. Bien inférieur avec une « boite à çà peut servir » bien remplie

Specifications du générateur de tracking MSA/TG

Fréquence de sortie < 1 Hz à 1000 MHz @ -11 dBm, +/- 1 dB (différence)

2000 MHz à 3000 MHz @ -14 dBm, +/- 2 dB (somme)

1000 MHz à 2000 MHz @ -20 dBm, +/- 2 dB (feedthru)

1000 MHz à 2000 MHz @ +9 dBm, +/- 1 dB (bypass option)

Nombre de modules SLIM 3 qui s’ajoutent au MSA « version de base »

Coût $85 à $100, selon options

Specifications de l’extension Analyseur Vectoriel (VNA), MSA/TG/VNA

Plage de fonctionnement identique à celle du MSA de base (0-1 GHz, 1-2 GHz, 2-3 GHz)

Plage dynamique instantanée plus grande que 70 dB

Résolution de phase : 0,1 degré ou mieux

Nombre de modules SLIM 2 qui s’ajoutent au MSA /TG

Coût $16 à $25, selon options

Les différents éléments nécessaires et coûts réels

Le principal avantage du « Scotty » est d’être modulaire. Tant mécaniquement et électroniquement que financièrement. En d’autres termes, rien n’interdit à un amateur de se lancer dans la fabrication d’un MSA et de limiter ses achats à « un module par mois » ou moins. Dans sa version la plus minimaliste (analyseur 1 GHz, sans générateur de tracking ni analyseur vectoriel), Scotty a estimé (voir son tableau ) que la dépense minimale était de 241 dollars, soit 180 euros. En d’autres termes, le prix moyen d’un module est de 16 euros, il y en a 11, ce qui veut dire qu’en commençant tout de suite, le père noël vous apportera votre MSA pour l’hiver 2012 et la facture aura été indolore.

Mais ce calcul est légèrement biaisé et l’étalement des dépenses un peu plus complexe.

Fonctionnement du MSA

Selon la gamme de fréquence, les MSA ne fonctionne pas de manière identique. Pour les bandes 0-1GHz et 2-3GHz, on dispose d'une architecture à double changement de fréquence. Pour la bande 1-2GHz, en revanche, seul un changement de fréquence simple est mis en œuvre.

La FI finale est à 10.7MHz. Cette valeur a été choisie afin de pouvoir profiter des filtres standards disponibles dans le commerce. Le détecteur d'amplitude utilisé est un détecteur logarithmique ayant une dynamique de 100dB, et le signal qui en est issu est numérisé par un convertisseur 16 bits.

Analyse du système

Gain de conversion

Bilan des puissances :

• MIXER1 : -6.5dB
• Cavité coaxiale : -7dB
• MIXER2 : -6.5dB
• Ampli FI : +40dB
• Filtre de résolution : # -4dB pour bande passante de 2.2kHz.

Total : +16dB

Bien entendu, ce n'est qu'un ordre de grandeur... Les sources de dispersions sont nombreuses, en particulier au niveau des filtres homemade (filtre de résolution et cavité).

Sensibilité

Pour un analyseur de spectre, la sensibilité peut être définie comme étant la puissance minimale d'un signal CW à l'entrée de l'appareil permettant de le mesurer et de quantifier sa sa puissance. Ici, la sensibilité est essentiellement dépendante du détecteur logarithmique, mais le filtre de résolution joue aussi un rôle déterminant (voir paragraphe sur le niveau de bruit).

On considèrera ci-après que le filtre de résolution a une bande passante de 2.2kHz.

• Pour la mesure d'amplitude :

C'est le niveau de puissance à l'entrée qui cause une augmentation du niveau de bruit. Analog Devices spécifie le niveau de bruit de l'AD8306 comme étant -91dBV (28.18µV). Grâce au transformateur d'un rapport 1:4 sur l'entrée 50Ohms du module de détecteur logarithmique, la tension à ce point doit donc être de 7.045µV (-90dBm). Le gain du MSA étant de 16dB, cette puissance est obtenue pour un signal d'entrée à -106dBm.

• Pour la mesure de phase :

C'est la puissance d'entrée qui cause une déviation de plus de 2° de la sortie limitée du détecteur logarithmique. Analog Devices spécifie cette puissance pour l'AD8306 à -73dBV. C'est équivalent à -72dBm à l'entrée du module de détection log. En prenant en compte le gain de conversion de 16dB du MSA, on arrive donc à une puissance d'entrée minimale de -88dBm pour effectuer une mesure de phase.

Puissance d'entrée maximale

• Puissance maximale avant destruction : selon les spécifications du Mini-circuits pour le mélangeur d'entrée (AD-11X), il ne faut pas dépasser +17dBm (50mW).

• Puissance maximale avant dégradation des performances :
  • Mesure d'amplitude :+9dBV sur l'AD8306 selon les spécifications d'Analog Devices, et donc -6dBm / 50Ohms à l'entrée de l'analyseur.
  • Mesure de phase : +3dBV sur l'AD8306 selon les spécifications d'Analog Devices, et donc -18dBm / 50Ohms à l'entrée du MSA

Dynamique

La dynamique est la différence entre la puissance maximale et la puissance minimale acceptable à l'entrée du MSA.

• Mode analyseur de spectre : de -106dBm à -6dBm = 100dB
• mode VNA : de -88dBm à -16dBm = 70dB

     Les essais réels montrent des résultats bien meilleurs, notamment 
     pour la dynamique en mode VNA. Les opérations de calibration permettent
     de travailler bien au-delà des spécifications de l'AD8306.

Niveau de bruit

L'analyse préliminaire réalisée ci-dessus concernant les bilans de puissance prend pour hypothèse que le niveau de bruit de l'analyseur est déterminé par le niveau de bruit du détecteur logarithmique. Ce paragraphe décrit les raisons de cette hypothèse :

Citation de Scotty Sprowls :

"The Input Noise Floor of the MSA is determined by the self generated noise of all the circuits within the MSA. That is, it is assumed that there is no "real" signal entering the MSA to be measured by the Log Detector. This is a reality if the MSA is commanded to any frequency that does not create spurious signals. Spurs are explained near the end of this page. The devices, Mixer 1 and Mixer 2 do create noise, but their total level is below the physical noise floor of -174 dBm/sqrtHz (a 1 Hz bandwidth).

Therefore, the total noise created in the MSA is the combination of the two I.F. Amplifiers and the Log Detector. The first I.F. Amplifier has a noise figure of 3 dB and a gain of 20 dB. The broad-band noise generated by the first amplifier is = -174dBm +3dB(amp noise figure) +20dB(gain) = -151 dBm /sqrtHz. The second amplifier (20 dB gain) increases the noise to -131 dBm /sqrtHz. The total output noise is decreased by the bandwidth of the Final Xtal Filter, plus its loss. (Assume the bandwidth is 2.2 KHz, with -4 dB loss). The total noise at the input to the Log Det SLIM = -131 dBm /sqrtHz + 10logBW(2.2KHz) - 4dB(filter loss) = -131 +33.4 -4 = -101.6 dBm. This total noise value of -101.6 dBm is much lower than the input noise floor (-90 dBm) of the Log Detector. This means that the Log Detector is determining the noise floor and that previous assumption that the MSA Dynamic Range of 100 dB is valid.

If the 2.2 KHz Final Xtal Filter is replaced with a 15 KHz bandwidth filter, the noise floor will increase. The total noise at the input to the Log Det will be: Total noise = -174dBm +3dB(amp noise figure) +20dB +20dB +10logBW(15KHz) -4dB(filt loss) = -89.2 dBm. This total noise level is .8 dB greater than the -90 dBm noise floor of the Log Detector. Therefore, the circuitry in front of the Log Detector Module determines the MSA input noise floor, not the Log Detector. Using the MSA Gain figure of 16 dB, the minimum signal level at the input to the MSA is now -105.2 dBm. Therefore, the Dynamic Range of the MSA with the 15 KHz filter is 99.2 dB (-105.2 dBm to -6 dBm)."

Construction du MSA

Le MSA est conçu pour être construit selon une chronologie bien établie. En la respectant, non seulement les chances d'arriver au bout du projet augmentent drastiquement, mais en plus, les problèmes de test et de mise au point sont grandement simplifiés.

L'ordre de construction est le suivant :

• Carte d'interface : SLIM-CB-NV
• Détecteur de p : SLIM-PDM (pour l'extension VNA)
• Convertisseur analogique / numérique 16bits : SLIM-ADC-16
• Détecteur logarithmique : SLIM-LD-8306
• Oscillateur principal : SLIM-MO-64
• Oscillateur DDS 1 : SLIM-DDS-107 (et module DDS 3 identique pour le générateur de tracking)
• Filtres à quartz de résolution
• Mélangeur 2 : SLIM-MXR-2
• Mélangeur 1 : SLIM-MXR-1
• Mélangeur 3 : SLIM-MXR-3 (pour le générateur de tracking)
• Mélangeur 4 : SLIM-MXR-4 (pour l'extension VNA)
• Oscillateur PLO 2 : SLIM-PLO-2
• Oscillateur PLO 1 : SLIM-PLO-1 (et PLO 3 identique pour le générateur de tracking)
• Filtre à cavités
• Amplificateur FI : SLIM-IFA-33

Pour chacun de ces modules, la page associée rassemble trois sections :

• Description technique :

• Instructions de construction :

Les paragraphes suivants vont aborder les considérations et modifications que l’on doit apporter aux SLIM lors de leur intégration au sein d’une architecture MSA. Pour une description plus approfondie de chaque module, il vous suffit de cliquer sur le nom du module situé en début de paragraphe. Le lien renvoie vers une page dédiée à chaque module, avec son schémas, le dessin de son PCB, parfois même une photo de son circuit monté. Lors de l’intégration et de la construction de votre MSA, nous vous conseillons d’imprimer cette documentation. Créez-vous un dossier avec le diagramme général, le plan de disposition des modules, le schéma de câblage général ainsi que tous les schémas de chaque SLIL (les possesseurs de « tablet » et « pen computers » seront privilégiés). Ceci fait, je vous conseille d’annoter au feutre rouge chaque mise à jour de la documentation ou noter vos modifications réalisées en fonction des instructions « spéciales » qui vont suivre. De cette manière, vous constituerez un document que vous pourrez conserver et qui retracera l’historique de votre système, lequel sera fort utile lors de l’intégration de nouveaux modules ou de modifications de design dans le futur. Cette page Web elle aussi évoluera avec le temps et l’apparition de nouveaux projets. Ce document sera également indispensable pour que je (Scotty Sprowls, ndt) puisse vous aider en cas de problème de réglage ou de détection de panne. Lorsque l’on me pose une question, ma première réponse est invariablement « quelle est votre configuration de MSA ? » Or une image (celle de votre « cahier de montage » scanné) vaut un million de mots.

• Instructions de validation :

Test module par module des SLIM du MSA

Test de la Carte de Commande

La Carte de Commande contient toute la circuiterie d’interface entre l’ordinateur et les modules individuels. Elle intègre également la partie régulation de tension nécessaire à l’alimentation des autres modules. Elle a besoin, d’une tension d’alimentation située entre +12 et +15 V CC et consomme 30 mA de courant. Pour alimenter la totalité du MSA, la Carte de Commande drainera environ 750 mA.

Pour la tester, les équipements suivants sont nécessaires :

• Une alimentation ou bloc secteur externe pouvant sortir +13,6V, 1000 mA.

• Un ordinateur, son moniteur et un câble parallèle pour imprimante (ndt : attention, tous les convertisseurs USB/parallèle ne fournissent pas tous les signaux nécessaires au MSA. Voir à ce sujet les remarques de bg6khc sur son blog)

• Un Voltmètre position CC

• Un Oscilloscope (1 MHz de bande passante ou mieux) est optionnel

• La Carte de Contrôle

Le logiciel de test de la Carte de Contrôle: controltest103.tkn ou controltest103.bas

Procedure de Test :

1. Appliquez la tention (+13.6 v nominal) à la Carte de Commande.

2. Connectez la Carte de Commande au connecteur LPT de l’ordinateur.

Ceci est la dernière version du schéma de la Carte de Commande du MSA. Si votre Carte de Commande est d’une version antérieure, vous devrez tester si les sorties du port imprimante de votre ordinateur sont dotée de résistances de pull-up, en mesurant la tension sur les broches de P5 SELECT, PE, WAIT, et ACK. La tension doit être supérieure à 2,0 volts min et 5,0 volts max. Si vous lisez une tension inférieure, débranchez l’alimentation, déconnectez la carte de l’ordinateur et ajoutez les résistances de pull-up R9 à R12.

Tests des tensions :

1. Mesurer la tension d’entrée de la Carte de Commande sur la broche 1 de U5. Plage : +12,0 V à +18 V.

2. Mesurez la tension de sortie sur la broche 3 de U5. Elle doit être de +10,0 volts, +/- 0,2 volts.

3. Mesurez la tension de sortie du régulateur 5 volts, U6-1. Elle doit être de +5,0 volts, +/- 0,2 volts.

4. La LED 1 doit être allumée.

5. Mesurez la sortie du multiplicateur de tension +20 volt sur P23-2 et P24-2. Elle doit être de +19,3 volts, +/- 0,3 volts. C’est là une tension à vide, puisque PLO 1 et PLO 3 ne sont pas connectés à la Carte de commande. En charge, cette tensions tombera à +18,94 volts +/- 0,3 volts.

6. Si vous disposez d’un oscilloscope, mesurez le niveau d’ondulation résiduelle sur P23-2 ou P24-2. Il doit être inférieur à 5,0 millivolts. Lorsque chargé par PLO 1 et PLO 3, l’ondulation “peak to peak” doit être de 20,0 millivolts. Lorsque le MSA est entièrement branché, une ondulation excessive créera une raie latérale sur chaque signal en mode Analyseur de Spectre. Un moyen pour éliminer ceci est d’augmenter la valeur de C20, C21, C23, C24 et C25.

7. Si C15 est installé, mesurez la présence du -10 volt du multiplieur sur P23-3 et P24-3. La tension doit être de -10,0 volts, +/- 0,3 volts. Le-10 volts n’est pas utilize dans le SLIM MSA, mais peut être utile pour des montages expérimentaux extérieurs dont la consommation n’excède pas 20 mA.

Le Bit Testing

Lancer le logiciels de test de la Carte de Commande. Si vous utilisez Liberty Basic, ouvrez controltest.bas. (version mise à jour ver.103). Dans le cas contraire, lancer le programme controltest.tkn. La fenêtre Code va s’ouvrir. Cliquer sur "Run" (Petit Bonhomme bleu). Une fenêtre intitulé "Control Board Test" va s’ouvrir. (Ndt : il est préférable, pour les usagers des fichiers semi-compilés de type “.tkn”, d’associer le runtime et les dll associées au répertoire ou se trouve le code –ici controltest.tkn-. La méthode est décrite en Français sur le site Français de Liberty Basic, à l’adresse http://libertybasic.fr/pages/partie-v-1-creer-un-executable)

1. Toutes les lignes du port seront positionnées à « 0 » après avoir cliqué sur le bouton "SEND PORT DATA". Mesurez les broches suivantes sur le port du connecteur LPT. Elles doivent toutes être à 0 V (état bas) : broches 1 à 9, 14, 16 et 17. Toutes les lignes du port seront positionnées à « 0 » après avoir cliqué sur le bouton "SEND CONTROL DATA". Toutes les sorties bufferisées de U1 ) U4 (P1 à P4, broches 2 à 9) doivent être à 0v. Dans la fenêtre du logiciel de Test de la Carte de Commande, vous pouvez modifier chaque bit indépendamment en cliquant sur son bouton respectif. Vous pourrez utiliser un oscilloscope ou un voltmètre pour vérifier l’état des signaux

2. Cliquez sur le bouton «Pin 2, D0". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND PORT DATA". Vérifiez que LPT-pin 2 soit à l’état haut. Cliquez sur le bouton «Pin 17, Sel Inp, ENAP". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton "SEND CONTROL DATA". Vérifiez que la patte 11 de U1- passe à l’état haut. Vérifiez que la broche 2 de P1-pin 2 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P1 doivent être à l’état bas. Cliquez sur le bouton «Pin 16, InitPrint, ENAT". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton "SEND CONTROL DATA". Vérifiez que la patte 11 de U2- passe à l’état haut. Vérifiez que la broche 2 de P2-pin 2 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P2 doivent être à l’état bas. Cliquez sur le bouton «Pin 14, AutoFeed, WCLK". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton "SEND CONTROL DATA". Vérifiez que la patte 11 de U3- passe à l’état haut. Vérifiez que la broche 2 de P3-pin 2 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P3 doivent être à l’état bas. Cliquez sur le bouton «Pin 1, Strobe, FQUD". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND CONTROL DATA". Vérifiez que la patte 11 de U4- passe à l’état haut. Vérifiez que la broche 2 de P4-pin 2 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P4 doivent être à l’état bas.

3. Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 2, D0". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton «Pin 3, D1". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND PORT DATA". Vérifiez que la broche LPT 3 passe à l’état haut. Vérifiez que P1-3 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P1 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P2-3 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P2 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P3-3 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P3 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P4-3 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P4 doivent être à l’état bas.

4. Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 3, D1". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton «Pin 4, D2". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND PORT DATA ». Vérifiez que LPT-pin 4 soit à l’état haut. Vérifiez que P1-4 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P1 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P2-4 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P2 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P3-4 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P3 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P4-4 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P4 doivent être à l’état bas.

5. Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 4, D2". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton «Pin 5, D3". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND PORT DATA". Vérifiez que LPT-pin 5 soit à l’état haut. Vérifiez que P1-5 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P1 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P2-5 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P2 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P3-5 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P3 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P4-5 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P4 doivent être à l’état bas.

6. Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 5, D3". Il doit passer de "1" à "0".. Cliquez sur le bouton «Pin 6, D4". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND PORT DATA". Vérifiez que LPT-pin 6 soit à l’état haut. Vérifiez que P1-6 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P1 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P2-6 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P2 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P3-6 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P3 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P4-6 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P4 doivent être à l’état bas.

7. Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 6, D4". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton «Pin 7, D5". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND PORT DATA". Vérifiez que LPT-pin 7 soit à l’état haut. Vérifiez que P1-7 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P1 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P2-7 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P2 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P3-7 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P3 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P4-7 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P4 doivent être à l’état bas.

8. Cliquez sur le bouton "1" à gauche du bouton "Pin 7, D5". Il passera de "1" à "0". Cliquez sur le bouton «Pin 8, D6". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND PORT DATA". Vérifiez que LPT-pin 8 soit à l’état haut. Vérifiez que P1-8 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P1 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P2-8 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P2 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P3-8 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P3 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P4-8 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P4 doivent être à l’état bas.

9. Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 8, D6". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton «Pin 9, D7". Le bouton associé situé à gauche passera de "0" à "1". Cliquez sur le bouton «SEND PORT DATA". Vérifiez que LPT-pin 9 soit à l’état haut. Vérifiez que P1-9 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P1 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P2-9 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P2 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P3-9 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P13 doivent être à l’état bas. Vérifiez que P4-9 passe à l’état haut. Toutes les autres broches de P4 doivent être à l’état bas.

10. Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 9, D7". Il doit passer de "1" à "0". Vérifiez que toutes les broches de P1, P2, P3 à P4 doivent être à l’état bas.

11. Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 17, Sel Inp, ENAP". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 16, InitPrint, ENAT". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 14, AutoFeed, WCLK". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton "1" situé à gauche du bouton "Pin 1, Strobe, FQUD". Il doit passer de "1" à "0". Cliquez sur le bouton "SEND CONTROL DATA". Vérifiez que toutes les broches de P1, P2, P3 à P4 doivent être à l’état bas.

Les bits de Status doivent être lus lorsque le bouton "CAPTURE STATUS" est activé. Les bits de Status sont sur LPT-pin 11 pour WAIT, LPT-pin 10 pour ACK, LPT-pin 12 pour PE, et LPT-pin 13 pour Select. La broche LPT-pin 15 indique le signal ERROR, mais n’est connecté à rien sur la Carte de Commande.

1. Cliquez sur le bouton "CAPTURE STATUS". Tous les bits de status doivent être à "1". Vous pouvez alors forcer n’importe lequel des 5 bits de status à la masse : le status affichera (0) pour chaque bit forcé à l’état bas (il est nécessaire de rafraîchir l’affichage à chaque fois en appuyant sur le bouton CAPTURE STATUS).

Si ces points de contrôle ne fonctionnent pas, c’est que le port LPT1 n’est pas configuré correctement sur l’ordinateur. Le logiciel a été testé de manière intensive et semble fonctionner relativement bien même en l’absence de Carte de Commande connectée. (ndt : attention : les cartes mères moderne -génération Vista et ultérieures- sont généralement livrée avec un port LPT désactivé dans les réglages du Bios. Vérifiez ce point ainsi que l’adresse exact de l’adresse : par défaut 378h - 37Fh)

Test du Module Mélangeur 2

Le module Mixer 2, SLIM-MXR-2 est le second mélangeur du circuit analyseur de spectre du MSA. Il doit être l’un des premiers module à être testé afin de rendre possible les tests des éléments subséquents. Les tests des caractéristiques du filtre passe-bas (duplexeur) situé en sortie de port « I » feront l’objet d’un autre paragraphe.

Pour réaliser les tests, les modules suivants sont nécessaires.

• Alimentation externe pouvant fournir un courant de +13,6V, 1000 mA
• Un ordinateur, son moniteur et un câble d’imprimante parallèle
• Le module Carte de Commande
• Le module de conversion Analogique/Numérique (A to D)
• Le module détecteur de phase (PDM, option)
• Le module Détecteur Logarithmique
• Le module DDS 2
• Le filtre à quartz final (F.I.)
• Le module Mélangeur 2
• Le bloqueur de composante continue « DC Block » (une capa de 100nf entre deux connecteur SMA)
• Le logiciel : spectrumanalyzer.tknou spectrumanalyzer.bas

Configuration

1. Vérifiez que les modules SLIM suivants sont alimentés et câblés à la Carte de Commande : Oscillateur Maître, module DDS1, Détecteur logarithmique, Convertisseur A/D (ainsi que le PDM, module Détecteur de Phase si utilisé).

2. Connectez la sortie J1 de l’oscillateur Maître au J1 du mélangeur 2 via le DCBlock (voir plus haut). Ainsi, l’oscillateur est relié au port « L » du mélangeur ADE-11X via l’atténuateur de 2,5 dB. Le signal au niveau du port « L » doit être approximativement de +8,5dBm à 64 MHz. Le DC Block est obligatoire puisque la sortie du module oscillateur est couplée au potentiel d’alimentation (via l’inverseur/buffer 7SZ04) et que l’entrée J1 du mélangeur est reliée galvaniquement à la masse.

3. Connectez la sortie J2 de l’Oscillateur Maitre à l’entrée J1 « horloge » du module DDS1

4. Connectez la sortie J3 du module DDS1 au filtre à quartz final. Le niveau de sortie sur J3 doit être aux environs de -8dBm, signal mesuré à l’entrée du filtre.

5. Connectez la sortie du filtre à quartz au port « I » du mélangeur 2, connecteur J2. Le niveau de sortie du filtre, à sa fréquence dentrale, dépendra de la perte d’insertion du filtre. Cette perte d’insertion a été déterminée lors du test du « Filtre à Quartz Final »

6. Connectez J3, port « R » du mélangeur 3 au module détecteur logarithmique.

7. Connectez la sortie J2 du module détecteur logarithmique au connecteur J1 du module convertiseur A to D. Commutateur vidéo en position « Mid » ou « Medium »

8. Branchez l’alimentation au connecteur de la Carte de Commande. Elle doit fournir une tension de 10 Volts aux modules : DDS, Oscillateur Maître, Détecteur Logarithmique, et Convertisseur A to D (ou au module Détecteur de Phase).

Test

1. Exécutez le logiciel MSA. Le graphe principal va s’afficher et effectuer un balayage en mode « Analyseur de Spectre ».

2. Si la fréquence du Filtre à Quartz Final est bien de 10,7 MHz, la trace « Magnitude » sera affichée. Son niveau n’a aucune importance pour le moment.

3. Arrêtez le balayage. Ouvrez la fenêtre de Paramètres de Balayage. Changez la fréquence centrale (Cent.) et réglez-la sur celle de votre filtre à quartz (10,7 MHz). Changez la largeur de la fenêtre de balayage (Span) à 10 fois la valeur de la bande passante de votre filtre (30 kHz pour un filtre 3 kHz). Cliquez successivement sur « OK » puis « Restart ». Le niveau d’amplitude n’a toujours aucune importance.

4. Arrêtez le balayage ouvrez la fenêtre « Tests Spéciaux » (Setup, sous menu Special Tests). Cliquez sur « DDS1 Sweep ». Dans la fenêtre principale, cliquez sur « Continue ».

5. La trace « Magnitude » résultante doit maintenant indiquer la bande passante effective de votre filtre à quartz. La puissance maximale qui est mesurée (Mag Scale) est la résultante de la somme des puissances des deux produits du mélangeur, 53,3 et 74,7 MHz. La moitié de ce total moins la puissance en entrée du mélangeur équivaut à la perte d’insertion du mélangeur. Les pertes de conversions doivent être approximativement de 7 dB, +/-1 dB. Par exemple : Si la sortie du filtre à quartz est mesurée à -12 dBm et que la puissance totale de sortie du mélangeur est de -15,5 dBm, comme indiqué par l’échelle «Magnitude » (Log Det output), alors la puissance de ces signaux est la moitié tu tout, soit -18,5 dBm. La perte de conversion est donc de = -18,5 - (-12) = -6.5 dB. Toute valeur plus grande que -8,5 dB de perte doit être considéré comme un problème. Ces opérations achevées, inscrivez sur votre « sortie papier » du plan de votre MSA, section « mélangeur 2 », la perte d’insertion calculée qui sera utile à toutes fins de référence.

6. Les données ci-avant seront précises si : a. une calibration grossière du détecteur logarithmique a été effectuée et b. l’amplitude du signal en dehors de la courbe du filtre est située au moins 15 dB en dessous du niveau maximum du « plateau » du filtre sur la fréquence centrale. Ce signal « extérieur » est une fraction du signal de l’oscillateur 64 MHz provenant du port « L » du mélangeur ADE-11X et passant sur le port « R ». Il (ce signal) caractérise l’isolation de port à port et doit être au moins de -55 dB. Comme le port « L » est aux environs de +8dBm, le niveau de signal « extérieur » doit se situer à -47 dBm ou moins encore. c. L’isolation des ports « I » vis-à-vis de « R » doit également être de -55 dB ou meilleure. Ainsi, le niveau de signal d’entrée à 10,7 MHz (-12dBm) qui franchirait la sortie du mélangeur sera inférieure à -67 dBm.

7. Ceci achève le test principal et la vérification du second mélangeur. Je suggère que vous démontiez le Mélangeur 2 et le substituiez avec le Mélangeur 2 et que vous vous reportiez au chapitre traitant du test du « Module Mélangeur 1 »

Test du Module Mélangeur 1

Le module Mixer 1, SLIM-MXR-1 est le premier mélangeur du circuit analyseur de spectre du MSA. Il doit être l’un des premiers module à être testé afin de rendre possible les tests des éléments subséquents. Il peut être testé de la même manière que le Mixer 2 et les résultats doivent être identiques.

Configuration du montage de test

Utilisez la procédure décrite dans le paragraphe « module Mélangeur 2 ». Substituez simplement les termes « mélangeur 2 » ou « Mixer 2 » par « mélangeur 1 » ou « Mixer 1 ».

Si vous venez juste d’achever les tests du second mélangeur, vous pouvez simplement démonter le Mixer 2 et le remplacer par le premier mélangeur. Si le balayage (sweep) a été arrêté, cliquez sur le bouton « Continue » et reprenez la procédure à partir de l’étape 3. Inscrivez les valeurs de perte d’insertion mesurées et inscrivez-les sur votre schéma.

Après avoir achevé les tests sur le mélangeur 1, nous vous recommandons de le démonter et de le remplacer par le mélangeur 3. Reportez vous aux tests du paragraphe « Module Mélangeur 3 ».

Test du Module Mélangeur 3

Le module Mixer 3, SLIM-MXR-3 est le troisième mélangeur appartenant au circuit VNA du MSA. Il doit être l’un des premiers module à être testé afin de rendre possible les tests des éléments subséquents. Il peut être testé de la même manière que le Mixer 2 et Mixer 1 mais les résultats diffèreront en raison des atténuateurs insérés dans le circuit du port « R ».

Configuration du montage de test

Utilisez la procédure décrite dans le paragraphe « module Mélangeur 2 ». Substituez simplement les termes « mélangeur 2 » ou « Mixer 2 » par « mélangeur 3 » ou « Mixer 3 ». Effectuez ces tests jusqu’au point 4 (dans le paragraphe « Tests du Mélangeur 2 » et continuez avec le point 5 situé ci-dessous.

Si vous venez d’achever le test du mélangeur 1, vous pouvez le désinstaller et le remplacer par le mélangeur 3. Si le balayage a été arrêté, cliquez sur « Continue ».

5. La trace « Magnitude » résultante doit maintenant indiquer la bande passante effective de votre filtre à quartz. La puissance maximale qui est mesurée (Mag Scale) est la résultante de la somme des puissances des deux produits du mélangeur, 53,3 et 74,7 MHz. La moitié de ce total moins la puissance en entrée du mélangeur équivaut à la perte d’insertion du mélangeur. Les pertes de conversions doivent être approximativement de 7 dB, +/-1 dB. Les pertes de conversion du module doivent se situer aux environs de 21 dB +/-1 dB, en raison des quelques 14 dB d’atténuation du circuit du port «R ». Par exemple : Si la sortie du filtre à quartz est mesurée à -12 dBm et que la puissance totale de sortie du mélangeur est de -29.5 dBm, comme indiqué par l’échelle «Magnitude » (sortie du détecteur logarithmique), alors la puissance de ces signaux est la moitié tu tout, soit -32.5 dBm. La perte de conversion est donc de = -32.5 - (-12) = -20.5 dB. Toute valeur plus grande que -23 dB de perte doit être considéré comme un problème. Ces opérations achevées, inscrivez sur votre « sortie papier » du plan de votre MSA, section « mélangeur 3 », la perte d’insertion calculée qui sera utile à toutes fins de référence.

6. Les données ci-avant seront précises si : a. une calibration grossière du détecteur logarithmique a été effectuée et que b. l’amplitude du signal en dehors de la courbe du filtre est située au moins 15 dB en dessous du niveau maximum du « plateau » du filtre sur la fréquence centrale. Ce signal « extérieur » est une fraction du signal de l’oscillateur 64 MHz provenant du port « L » du mélangeur ADE-11X et passant sur le port « R ». Il (ce signal) caractérise l’isolation de port à port et doit être au moins de -55 dB. Comme le port « L » est aux environs de +8dBm, le niveau de signal « extérieur » doit se situer à -61 dBm ou moins encore. c. L’isolation des ports « I » vis-à-vis de « R » doit également être de -55 dB ou meilleure. Ainsi, le niveau de signal d’entrée à 10,7 MHz (-12dBm) qui franchirait la sortie du mélangeur sera inférieure à -81 dBm.

7. Ceci achève le test principal et la vérification du troisième mélangeur. Je suggère que vous démontiez le Mélangeur 3 et le substituiez avec le Mélangeur 4 et que vous vous reportiez au chapitre traitant du test du « Module Mélangeur 4 »

Test du Module Mélangeur 4

Le module Mixer 4, SLIM-MXR-4 est le quatrième mélangeur du MSA et fait partie du circuit de détection de phase du VNA. Il doit être testé à ce stade afin de rendre possible les tests des éléments subséquents. Il peut être testé de la même manière que le Mixer 3 et les résultats doivent être identiques. Les tests des caractéristiques du filtre passe-bas (duplexeur) situé en sortie de port « I » feront l’objet d’un autre paragraphe.

Configuration du montage de test

Utilisez la procédure décrite dans le paragraphe « module Mélangeur 2 ». Substituez simplement les termes « mélangeur 2 » ou « Mixer 2 » par « mélangeur 4 » ou « Mixer 4 ». Effectuez ces tests jusqu’au point 4 (dans le paragraphe « Tests du Mélangeur 2 » et continuez avec le point 5 situé ci-dessous.

Si vous venez d’achever le test du mélangeur 3, vous pouvez le désinstaller et le remplacer par le mélangeur 4. Si le balayage a été arrêté, cliquez sur « Continue ».

5. La trace « Magnitude » résultante doit maintenant indiquer la bande passante effective de votre filtre à quartz. La puissance maximale qui est mesurée (Mag Scale) est la résultante de la somme des puissances des deux produits du mélangeur, 53,3 et 74,7 MHz. La moitié de ce total moins la puissance en entrée du mélangeur équivaut à la perte d’insertion du mélangeur. Les pertes de conversions doivent être approximativement de 7 dB, +/-1 dB. Les pertes de conversion du module doivent se situer aux environs de 21 dB +/-1 dB, en raison des quelques 14 dB d’atténuation du circuit du port «R ». Par exemple : Si la sortie du filtre à quartz est mesurée à -12 dBm et que la puissance totale de sortie du mélangeur est de -29.5 dBm, comme indiqué par l’échelle «Magnitude » (sortie du détecteur logarithmique), alors la puissance de ces signaux est la moitié tu tout, soit -32.5 dBm. La perte de conversion est donc de = -32.5 - (-12) = -20.5 dB. Toute valeur plus grande que -23 dB de perte doit être considéré comme un problème. Ces opérations achevées, inscrivez sur votre « sortie papier » du plan de votre MSA, section « mélangeur 4 », la perte d’insertion calculée qui sera utile à toutes fins de référence.

6. Les données ci-avant seront précises si : a. une calibration grossière du détecteur logarithmique a été effectuée et que b. l’amplitude du signal en dehors de la courbe du filtre est située au moins 15 dB en dessous du niveau maximum du « plateau » du filtre sur la fréquence centrale. Ce signal « extérieur » est une fraction du signal de l’oscillateur 64 MHz provenant du port « L » du mélangeur ADE-11X et passant sur le port « R ». Il (ce signal) caractérise l’isolation de port à port et doit être au moins de -55 dB. Comme le port « L » est aux environs de +8dBm, le niveau de signal « extérieur » doit se situer à -61 dBm ou moins encore. c. L’isolation des ports « I » vis-à-vis de « R » doit également être de -55 dB ou meilleure. Ainsi, le niveau de signal d’entrée à 10,7 MHz (-12dBm) qui franchirait la sortie du mélangeur sera inférieure à -81 dBm.

7. Ceci achève le test principal et la vérification du second mélangeur. Les tests des caractéristiques du filtre passe-bas (duplexeur) situé en sortie de port « I » feront l’objet d’un autre paragraphe.

Validation

Ressources

Description

Le "machin" : http://www.scottyspectrumanalyzer.com/

Manuels et usages : http://www.wetterlin.org/sam/

Appro des composants

• "kit" de pcb et boitiers de blindage réalisé par BG6KHC (Yanjun Ma) : http://www.qsl.net/bg6khc/my_version2.htm

-> Le 1/2/2011 : 45$ pour les 20 PCBS, 50$ pour les boîtiers alu usinés + 30$ de frais de port (les 20 boîtiers sont lourds).

• "kit" composants Mini-Circuits :

Mini-Circuits europe (UK) a sur demande un kit spécial "scotty" qui a pour référence KXMA-1+. Le tarif est fortement ristourné (après vérification sur le site web, c'est effectivement de la philanthropie de la part de Mini-Circuit).

->Le 18/11/2011 : 82€ + 20€ de frais de port = 102€.

Pour commander les composants Mini-Circuits aux tarifs négociés originellement par Scotty Sprowls, il est nécessaire d’effectuer une demande de devis par email, en faisant référence au « kit KXMA1+ » (voir document). Le courriel doit être envoyé à l’attention de Monsieur Peter Gaines, PETER@UK.MINICIRCUITS.COM

Une fois le devis accepté, signé et renvoyé (scannez la feuille remplie à la main par exemple), vous devez joindre un autre document rempli et signé. C’est la déclaration d’utilisation d’utilisateur final. C’est en quelque sorte un document qui prouve que vous n’utilisez pas ces composants à des fins militaires ou terroristes. Ce document est important et doit être rempli sérieusement, sous peine ne de se voir refuser la commande (il s’agit d’une contrainte légale qui touche toutes les entreprises US à l’export, et non un excès de paranoïa de la part de ce fournisseur en particulier).

A noter que le règlement de cette facture ne peut se faire que par carte de crédit, dont les numéros, date d'expiration etc doivent être communiqués par courriel à Monsieur Gaines. Cette opération peut en refroidir certains, et inciter d'autres à utiliser une procédure de chiffrement des correspondances. Précisons toutefois qu'il s'agit là d'une pratique de Mini-Circuit UK en vigueur depuis plusieurs années, et qui n'a jamais soulevé le moindre problème.

Le filtre à cavité peut être soit commandé en kit (soudure au four) soit de fabrication "maison". Le kit est proposé par Len Spiker (redmond2@iinet.net.au), qui lance quelques productions à un rythme très variable dépendant de la demande de la communauté. Ce kit, port compris, coûte aux environs de 75$.