De la théorie à la pratique



DIRECT DIGITAL SYNTHESIZERS (DDS)

SYNTHETISEURS DIGITAUX A SYNTHESE DIRECTE

F6EHJ (4ème partie)


9. DE LA THEORIE A LA PRATIQUE :

Construction d'un générateur BF/HF:

Afin de mettre en pratique ce qui a été dit au début de cet article, nous allons décrire la réalisation d’une platine pouvant être utilisée soit comme un générateur BF/HF (10 Hz à 30 MHz), soit comme oscillateur local d’un récepteur amateur ou à couverture générale, soit enfin comme émetteur CW QRP (5mW) utilisable seul ou attaquant un amplificateur de puissance.

Les caractéristiques sont les suivantes :

- Fréquence : 1 kHz à 30 MHz
- Pas : 10 Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100 kHz
- Puissance de sortie : +5 dBm
- Fréquences présélectionnées : 1.8, 3.5, 7, 10, 14, 18, 21, 24, 28.5, 36 MHz et 500 kHz (autres selon programme)
- Alimentation : bloc secteur 12V 300 mA
- Affichage : LCD rétro éclairé - 2 lignes16 caractères : Fréquence, Pas, Indicatif
- Stabilité : : Horloge à quartz @ 80MHz
- Oscillateur : DDS AD9850
- Pilotage : PIC 16F84-04 @ 4MHz
- Dimensions : 55X125X155 (HxLxP)



9.1. Les schémas :

ILs sont au nombre de trois accessibles via les liens suivants :

Schéma principal
Afficheur LCD
Poussoirs

Ils prennent en compte le schéma initial auquel vient s’ajouter l’ensemble des modifications qui ont été décrites tout au long de l’article.

On remarque les points suivants :

la mise en place du codeur de variation de fréquence

Ce codeur cranté est mécanique et fournit vingt impulsions par tour ; son coût est modique vis à vis d’un codeur optique.
Les poussoirs de changement de pas et de bande.

Le poussoir de changement de pas permet à chaque pression d’obtenir le pas suivant par rotation circulaire. Les différents pas sont 10Hz (pas par défaut), 100Hz, 1kHz, 10 kHz et 100 kHz.
La valeur de ces quatre derniers pas est affichée sur le LCD.

Le poussoir de changement de bande permet le prépositionnement de la fréquence de sortie en début de chaque bande amateur (1.8…..28MHz).
La valeur par défaut est 10 000.00 kHz.
Toutes autres valeurs peuvent bien entendu être incluses pour des besoins spécifiques. Il sera cependant nécessaire de reprogrammer le PIC.
La connexion du codeur :

Bien qu’elle puisse se faire directement sur les bornes de sortie du codeur, ces dernières étant relativement fragile, une petite platine imprimé a été réalisée. Elle est directement soudée à l’arrière du codeur et permet de recevoir tris des fils de la nappe.
La connexion vers l’afficheur :

Plutôt que d’avoir recourt à un câblage par soudure, la liaison entre la platine et l’afficheur s’effectue par deux connecteurs16 broches.
Une petite platine d’interface est directement soudée sur l’afficheur et permet la liaison directe par un câble plat à 16 conducteurs.
Un potentiomètre de contraste (RV1) à été prévu sur la platine générateur ; par contre, l’éclairage arrière est fixé par la résistance R5.
Quartz du PIC :

Le PIC est un modèle 16F84-04, c’est à dire avec une fréquence d’horloge de 4 MHz.
Oscillateur DDS :

Comme il l’a été dit, la fréquence de l’oscillateur du DDS dépendra de la fréquence maximale à générer et de la pureté spectrale souhaitée.
Pour 30 MHz, un oscillateur à 100 MHz suffira, voire 80 MHz si on n’est plus regardant sur le porte-monnaie que sur le spectre.
L’utilisation d’un oscillateur à composant discret est également possible.
La programmation du PIC considère ici un oscillateur à 80 MHz. Toute autre valeur peut évidemment être prise en compte sur demande (ou par l’utilisateur).
- Circuit de sortie :

Un filtre passe-bas à trois cellules coupant à 40 MHz et suivi d’un amplificateur de sortie MAV11 alimenté sous12V, amène le signal à +5 dBm environ.
L’adjonction d’un atténuateur externe permettra d’obtenir le niveau nécessaire pour les mesures envisagées.



9.2. LES CIRCUITS IMPRIMES :

Les circuits sont au nombre de trois et sont fournis deux faces cuivre et face composants et sont accessibles à partir des liens suivants :


-la platine principale supportant l’essentiel des composants :

Platine principale composants
CI cuivre 1
CI cuivre 2 (600 dpi)

- la platine de l’afficheur :

LCD composants
LCD cuivre

- la platine de commande supportant les deux boutons poussoirs :

Poussoirs cuivre 1
Poussoirs cuivre 2

- la petite platine codeur n'a pas été dessinée.

Les dessins n'apparaîssent pas en vraie grandeur afin de disposer d'une haute résolution pour la reproduction, aussi :

- réduire la platine principale pour obtenir un calque de 110X100mm précisémment.
- réduire la platine LCD pour obtenir un calque de 45x32.5mm
- réduire la platine poussoir pour obtenir un calque de 45x25mm

9.2.1. La platine principale :

La platine sera avantageusement en époxy double face, bien que ce ne soit pas une contrainte absolue. Quelques straps évitant la réalisation d’un "vrai " circuit double face sont à câbler, ils seront réalisés en fil isolé pour éviter les courts-circuits avec la face supérieure du circuit imprimé.
Pour ceux que le double face ne rebute pas, ils s’éviteront la réalisation des straps en question.
Une fois développé, le circuit doit être véritablement propre et ne présenter aucune piste coupée ou en court-circuit : une vérification à l’ohmètre en cas de doute ne sera pas superflue.
Voir éventuellement "réalisation des circuits imprimés"


9.2.2. La platine de commande :

Elle supporte les deux boutons poussoirs et est reliée à la platine principale par un câble plat à 10 conducteur et deux connecteur H10. L’extrémité de la nappe coté platine de commande sera soudée (fils 8, 9 et 10 pour les deux poussoirs).
La petite platine codeur est solidaire de la platine poussoir, il suffira de scier le circuit pour les séparer.
Réalisée en époxy simple face, elle sont prévue pour se fixer directement sur la face avant du boîtier et sur le codeur.

Le codeur est directement fixé sur la face avant par son écrou de serrage. Le raccordement à la platine principale s’effectue par la même nappe que précédemment ; les fils 1, 4 et 5 sont à relier au trois bornes de la platine du codeur.

9.2.3. La platine de l’afficheur :

L’afficheur LCD requiert 16 fils de commande et d’alimentation. La platine LCD permet la liaison entre la platine principale et l’afficheur. Elle sont reliées entre elles par un câble plat à 16 conducteurs et deux connecteurs H16.
Elle est réalisée en époxy simple face. Deux straps sont à câbler. On veillera particulièrement au sens du connecteur HE16 ainsi que le connecteur SIL 16 pin qui sera directement soudé sur l’afficheur. Ce connecteur utilise une barrette sécable droite au pas de 2.54 mm qui permet de placer la platine derrière et parallèle à l’afficheur.

9.3. CABLAGE :

On commencera impérativement par câbler les straps puis les deux supports de CI ainsi que les deux connecteurs 10 et 16 broches.
Ensuite la partie alimentation (les 2 selfs, les 5 condensateur et les 2 régulateurs) sera mise en place, puis les 9 résistances et le potentiomètre RV1.
Le quartz 4 MHz et les deux condensateurs de 20 pF seront ensuite placés, puis ce sera au tour des 3 selfs de sortie et des 4 condensateurs associés.

Pour ceux qui disposent d’une embase Subclic pour CI, celle-ci sera montée, ceux qui préfèrent utiliser une BNC la fixeront sur la face arrière du boîtier.
Avant d’aller plus loin, on vérifiera que les tensions +12 et +5V sont bien présentes lorsque le circuit est alimenté sous 15 à 18V DC.
Si ce n’est pas le cas, inutile d’aller plus loin…Une tension légèrement inférieure à 12 V n’est pas critique, seule la puissance de sortie sera inférieure.
Franchie cette étape, il reste à placer l’AD9850. Ce n’est pas le plus facile mais ce n’est toutefois pas sorcier… !

Se munir d’une loupe ou mieux d’une paire de lunette grossissante X2 ou X3 que l’on trouve maintenant à peu près partout pour une somme modique. L’investissement en vaut la peine car le travail est grandement simplifié (mains libres) et des plus agréables. Eviter les optiques qui nécessitent de travailler très près du circuit car la position est inconfortable et la fatigue se ressent rapidement.

La procédure à suivre est la suivante :

1. Le circuit AD9850 se place côté cuivre du CI.

Le circuit imprimé se doit d'être impeccable…

2. Repérer le sens du boîtier :

Le point du boîtier doit se trouver vers le haut (le haut étant le connecteur du codeur et des poussoirs).


3. Présenter ensuite le 9850 pour bien évaluer sa position future : celle-ci doit épouser toutes les pins du circuit imprimé et le calage latéral doit laisser apparaître une longueur de pistes à peu près égale de part et d’autre du boîtier.
On recommencera l’opération plusieurs fois afin de se familiariser avec la taille du composant et la façon de le déplacer sur le CI.

4. Cette apprentissage effectué, on déposera une faible quantité de soudure sur les pistes 26, 27 et 28 (près de la traversée).

5. Positionner le boîtier tel que lors de l’essai. Si la soudure déposée fait obstacle au bon positionnement, en enlever avec la tresse à dessouder.

6. Tout en immobilisant le boîtier (avec un petit tournevis par exemple), souder les pins 26, 28 et 28 en chauffant ces 3 pins, rajouter un peu de soudure si nécessaire. Ces pins sont en l’air et ne sont pas fonctionnelles dans notre application.
Le boîtier doit alors être immobilisé et correctement positionné, à savoir que toutes les pins tombent en face des pistes. Si ce n’est pas le cas, recommencer.

7. Déposer de la soudure sur l’ensemble des pistes (et des pins) 1 à 14, c’est à dire le côté droit du boîtier sans se soucier des courts-circuits…
Cette opération doit être rapide (5 secondes) car la température ne doit pas détruire le circuit mais il y a de la marge.

Pas de panique….!!!

Si ce n’est pas réussi du premier coup, il vaut mieux s’y reprendre à plusieurs reprises en laissant le circuit se refroidir entre chaque opération.

8. A l’aide de la tresse à dessouder, enlever rapidement l’excédent de soudure, il ne doit alors subsister que ce qui est nécessaire pour la tenue du composant sur le circuit.

9. Renouveler les opérations 7 et 8 pour la partie gauche du CI.

10. Examiner minutieusement l’état des soudures et surtout l ‘éventuelle présence de " paquet " inter pins. Si nécessaire, reprendre la tresse et absorber les excédents.

11. FIN…. !

Travail terminé…



9.4. Vérification :

A ce stade, il est nécessaire de contrôler le travail qui vient d’être fait.

Pour ce faire, à l’aide de l’ohmètre muni d’une pointe de touche compatible avec la taille des pins du 9850 (un simple fil de 5/10 enroulé sur la pointe est suffisant), on contrôlera minutieusement à l’aide du schéma les 28 pins et leur connexion attendue (masse, +5D, +5A….).
Si tout est correct, on passe à la mise sous tension…. !
Insérer le PIC programmé ou compiler le fichier MPLAB en vue de sa programmation, le 74HC595, l’oscillateur à quartz 80 MHz et le connecteur de l’afficheur.
Alimenter la platine avec le bloc secteur. La consommation à ce stade est de l’ordre de 160 mA.
L’afficheur affiche sur la première ligne : 10000 kHz, sur la ligne inférieure : HAM Gene F6EHJ.
Le signal à 10 MHz est facilement audible dans un récepteur placé à proximité ; cette étape franchie, montre le bon fonctionnement de l’essentiel du générateur.
Si le résultat est négatif, c’est qu’il manque une connexion ou que deux ou plusieurs pistes sont en court-circuit ou que certaines soudures sur l’AD9850 manquantes ou imparfaites…Ne pas hésiter à tout re-chauffer si nécessaire.
En cas de difficulté, contacter l’auteur par E-mail de préférence à F6EHJ@wanadoo.fr



9.5. Suite et fin du câblage :

Souder alors l’amplificateur MAV11 côté cuivre également.. Le composant présente un point sur le boîtier : c’est la pin de sortie qu’il faut placer vers la droite. Cette patte et son opposée auront été préalablement coupées à 4 mm du boîtier avant soudure.

Relier ensuite par soudure la nappe issue du connecteur 10 pins au codeur (3 fils) et aux poussoirs (5 fils) et remettre sous tension. La consommation monte alors à 250 mA; ne pas s’inquiéter de l’appel de courant lors de la mise sous tension : celui-ci peut monter à 300/400mA pendant l’initialisation du DDS.

L’action sur l’un des deux poussoirs permet de changer de fréquence en se calant en début de chaque bande amateur. Arrivé à 28 500 kHz, une pression supplémentaire renvoie à 1.8MHz.
Le pas par défaut est de 10 Hz, le second poussoir permet le changement de pas vers 100 Hz, 1 kHz, 10 kHz et 100 kHz. Une pression supplémentaire renvoie à 10 Hz.
Le signal amplifié doit être reçu plus fort que lors de l’étape précédente de par la présence de l’amplificateur.
On se gardera cependant d’appliquer directement à l’entrée du récepteur (sauf mesure particulière), le niveau de sortie étant de +5 dBm environ.
Un atténuateur externe sera nécessaire si des mesures de sensibilité doivent être réaliser pour obtenir les niveaux adéquat.


9.6. Mise en coffret :



















Elle finira la réalisation et sera choisie au goût de chacun. Préférer un coffret métallique au tout plastique pour minimiser les rayonnements du générateur.
Il ne sera pas nécessaire de labeller les poussoirs en face avant : le repérage s’effectuant à l’usage sans danger de fausse manœuvre, l’afficheur LCD fournissant l’essentiel des informations requises à l’utilisation du générateur.




10. CONCLUSION


Si les DDS présentent un incontestable intérêt pour le monde amateur, il ne sont pas a priori très facile d’accès : leur taille qui d’emblée décourage, leur commande qui requiert un microcontrôleur et le logiciel associé. Malgré tout, leur mise en œuvre est possible, je viens de le prouver.
Je ne peux que souhaiter que vous en fassiez autant… !
Vos commentaires et remarques sont les bienvenues à F6EHJ@wanadoo.fr. ou sur le forum de la revue.

11. COMPOSANTS NECESSAIRES à LA REALISATION :

Bien qu’il soit peu nombreux il ne sont pas tous faciles à trouver, particulièrement le codeur, l’AD9850 et peut-être l’oscillateur à 80 MHz. Contacter l’auteur en cas de difficulté.

Aucun circuit ou kit de cette réalisation n'étant disponible, inutile de questionner l'auteur à ce sujet.

Le logiciel est téléchargeable ici

Fichier source (MPLAB)
Fichier exécutable

A vos fers… !

LISTE DES COMPOSANTS
===========================
Design: HAM GENERATOR
Doc. no.:
Revision: 1.0
Author: F6EHJ
Created: 13/05/00
Modified: 01/06/01

Partslist generated OK.

QTY PART-REFS VALUE
--- --------- -----
Resistors
---------
3 R1,R4,R6 1k
2 R2,R3 4.7k
1 R5 68
1 R11 50
1 R17 10k
1 R18 3900
2 R21,R25 100

Capacitors
----------
5 C1,C2,C3,C9,C10 100n
4 C4,C5,C6,C7 10nF_CHIP_CAP
3 C8,C22,C27 100nF
1 C11 1000ÁF/16V
2 C23,C24 150pF
2 C25,C26 82pF
2 C29,C30 20pF

Integrated Circuits
-------------------
1 U1 7805
1 U2 7812
1 U3 CODEUR
1 U4 XTAL_OSC
1 U5 74HC595
1 U8 PIC16F84
1 U14 AD9850
1 U15 MAV11

Diodes
------
1 D1 1N4007

Miscellaneous
-------------
4 J1,J2,SW2,SW3
1 J3 CONN-H16
2 J6,J7 CONN-H10
1 J10 SUBCLIC
2 L7,L9 0.26ÁH
1 L8 0.29Áh
2 L10,L11 100ÁH
1 RV1 4.7k
1 SW1 POUSSOIRS
1 X1 4MHz












 
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