Projets:Lab:2011:SA-Scotty:CrystalFilters

Réalisation

Filtre F.I. Filtre à quartz ou filtre de résolution

Le filtre à Quartz final détermine la largeur de résolution du MSA. Des flancs raides et une forte réjection hors bande est une condition impérative pour obtenir une bonne sélectivité. Il existe plusieurs options de construction possible. La bande passante peut aller de 100 Hz seulement à 2 MHz, et il n’est pas obligatoire d’utiliser un filtre à quartz. Comme cela relève du choix de chaque personne construisant le MSA, je n’ai pas souhaité préciser le type de composant à employer. Certaines suggestions sont détaillées dans le chapitre

Les membres de l'Electrolab peuvent bénéficier d'un analyseur vectoriel VNWA. Il est vivement conseillé d'utiliser cet appareil pour :

• - déterminer l'impédance et la capacité intrinsèque d'un filtre monolithique inconnu
• - simuler (à l'aide de l'outil d'aide à l'adaptation d'impédance "matching tool")la courbe du filtre adapté sur 50 Ohms
• - vérifier l'amplitude du signal selon la fréquence, le Q et l'ondulation de plateau du filtre réel une fois les circtuits d'adaptation d'impédance insérés sur les entrées et sorties du filtre

Toute autre approche serait une perte de temps et donnerait des résultats bien moins précis

A titre d'exemple, voici trois tracés au VNWA d'un filtre 10,7 MHz Toyocom TQF-3006 de 15 KHz de bande passante, 1100 Ohms d'impédance, -5,3pf de capacitance.

La première capture d'écran donne la courbe caractéristique du filtre branché directement en sortie d'analyseur vectoriel. La perte d'insertion est importante (plus de 10 dB) la forme du plateau est très accidentée, dénottant une désadaptation du filtre par rapport à 50 Ohms.

La seconde capture montre la courbe simulée après utilisation de l'outil "matching tools". L'on est dans le cas de composants parfaits, la coube étant le résultat d'un calcul théorique extrapolant ce qu'il serait possible d'obtenir à partir des mesures concrètes effectuée précédemment (première capture)

La troisième courbe montre la mesure réelle de ce même filtre Toyocom après avoir inséré une cellule L/C d'adaptation d'impédance. La perte d'insersion n'est plus que de 3 dB environ (aucune tentative d'amélioration n'a été effectuée, les valeur du solveur ont été prises "telles que"). La dynamique du filtre est meilleure d'au moins 8 dB. Le réseau d'adaptation est constitué d'une capacité de 70 pf environ (47 // 22 pf) et d'une self de 5,3 µH (13 tours de fil 8/10eme sur tore Ferroxcube 4C6, taille TN 9/6/3)

Il suffit de cliquer sur chaque illustration pour obtenir un affichage plus détaillé

PWB-MCF Un PCB s’adaptant à différents types de filtres monolithiques peut être utilisé. Bien entendu, la fréquence centrale et la résolution dépend des caractéristiques de chaque filtre. Vous trouverez ci-après quelques SLIM qui utilisent ces filtres et qui sont décrits sur la page déjà mentionnée.

PWB-CLF-5. Ce PCB est étudié pour recevoir jusqu’à 5 quartz, dans le but de construire un filtre en échelle. La fréquence centrale et la bande passante est déterminée par celui qui construit le filtre. Ce design est particulièrement adapté aux filtres à bande très étroite (moins de 1 kHz). Cette page Web donne quelques exemples. Je devrais prochainement ajouter la description d’un filtre utilisant des quartz en cascade, achetés chez Digikey ou Mouser.

Test Unitaire

Pour effectuer la batterie de 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, selon option d’alimentation du C.A/N)
• Le module Détecteur Logarithmique
• L’Oscillateur Maître
• Le module DDS1
• Le filtre à quartz
• Le logiciel : spectrumanalyzer.tkn ou spectrumanalyzer.bas

Configuration de test :

Plan d'interconnexion du test du filtre à quartz (cliquez sur le document pour agrandir)

1. Vérifiez que les modules suivant sont effectivement alimentés par la carte de commande : Oscillateur Maître, DDS, Détecteur log, convertisseur A/N et éventuellement détecteur de phase

2. Connectez la sortie du DDS (J3) à l’entrée du filtre à Quartz

3. Connectez la sortie du filtre à quartz à l’entrée du détecteur log, J1

4. Connectez la sortie du détecteur log, J2, au convertisseur A/N, sur la prise J1, filtre vidéo commuté sur « mid »

5. Alimentez les modules

Test :

1. Lancer le logiciel MSA. La fenêtre principale va s’afficher, un balayage va se lancer en mode Analyseur de Spectre.

2. La position de la trace d’amplitude de signal n’a aucune importance.

3. Arrêtez le balayage. Ouvrez la fenêtre de paramètres de balayage. Changez la fréquence centrale(champ « Cent ») pour y inscrire celle de votre filtre. Modifiez la plage de balayage (Span) à environ 10 fois la largeur de bande estimée de votre filtre à quartz. Cliquez sur « OK », puis sur « Restart ».

4. Arrêtez le balayage. Ouvrez la fenêtre “Setup/Special Tests” et cliquez sur le bouton DDS1 Sweep ». Dans la fenêtre principale, cliquez ensuite sur le bouton « Continue ». La courbe d’amplitude doit afficher les caractéristiques de votre filtre à Quartz

5. La puissance d’entrée injectée dans le filtre est proche de -8dBm. La sortie du filtre donne le niveau d’amplitude, mais ne peut être pris pour argent comptant puisqu’il n’a été effectué qu’une calibration grossière du détecteur log (voir chapitre en question dans le paragraphe « det log »).

6. Cliquez sur « Restart », puis arrêtez le balayage

7. Dans la fenêtre des « Tests Spéciaux », cliquez sur le bouton « DDS1 Sweep »

8. Dans la fenêtre principale, cliquez sur « Continue »

9. Ma trace doit maintenant afficher les caractéristiques de votre filtre avec un peu plus d’exactitude en termes d’amplitude. La fréquence centrale a peu de chances d’être exacte puisqu’aucune calibration des horloges n’a été effectuée jusqu’à présent. Mesurez et notez le niveau d’amplitude à la fréquence centrale

10. Remplacez le filter à quartz par un câble coaxial pour déterminer le niveau de puissance effective à la sortie J3 du DDS

11. La perte d’insertion du filtre est donnée par la différence entre le niveau d’amplitude « sans filtre » et le niveau mesuré avec le filtre. Notez cette valeur, elle sera nécessaire par la suite.

12. Répétez cette opération pour chaque filtre que vous avez construit.