Le bien mal-aimé filtre du module AD9850

Analyse

J’ai décidé d’écrire cet article suite à de nombreuses erreurs trouvées sur internet à propos de la sortie filtrée de ce module, plutôt populaire chez les radioamateurs qui bricolent en HF, tout en ayant apprivoisé les microcontrôleurs.

Module eBay

Ce module se commande pour moins de 10€ sur eBay et intègre les composants minimaux pour utiliser un AD9850, c’est à dire l’oscillateur  à 125Mhz nécessaire à son horloge et le filtre passe bas ( coupure à 70Mhz) indispensable pour atténuer les artefacts de discrétisation de l’AD9850.

On trouve donc en ligne des publications indiquant que la réponse en fréquence de ce filtre s’effondre dès que l’on s’aventure au delà de 10Mhz ( comme ici ), au point ou certains ne voient leur salut qu’a travers un amplificateur correcteur. D’ailleurs les vendeurs eux-même se montrent prudent la dessus sur la description du produit.

Le mieux avant de réfléchir aux remèdes, ou même de statuer sur la médiocrité du module, serait d’essayer de comprendre ce qu’il se passe.
La première étape est de récupérer le schéma du module en question, on le trouve ici

Après vérification sur la platine ( celle que j’ai photographié), le schéma est bon.

On extrait alors le schéma du filtre, que l’on re-crée dans une simulation LTSpice, ce qui donne ça

Filtre du module

On simule alors la réponse en fréquence, et ça donne ça:
Réponse du filtre idéal

Ceci est le filtre idéal, c’est à dire que les inductances n’ont aucune perte, ni ohmique, ni de matériaux, aucune dissipation électro-magnétique, et les condensateurs n’ont la aussi aucune perte.
Si on prend des composants réalistes ( Q des composants de l’ordre de 50) , ça ressemble plutôt a ça.

Avec des composants réalistes..

ça reste cependant très bon, surtout jusqu’a 40MHz, donc sans commune mesure avec ce qui est rapporté par ceux qui sont mesuré ce filtre.

Mesurer, c’est la le mot important, car si maintenant on simule le branchement d’une sonde d’oscilloscope 1 : 1 et bien voila ce que l’on mesure:

Avec sonde d'oscilloscope 1:1 115pF
Et la c’est le drame, cette horreur semble difficilement utilisable au delà de quelques MHz.
Et encore, je n’ai pas intégré l’influence de la bande passante de l’oscilloscope, qui est rarement négligeable quand on monte a quelques dizaines de MHz.
J’ai fais des mesures avec une sonde 1:1 et mes 12dB de perte à 40MHz (par rapport aux plus basses fréquences) collent très bien avec le résultat de cette simulation.

Ce qu’il se passe est donc assez simple.
Le filtre est déjà adapté en entrée et sortie ( 200 Ohms des deux cotés, via des résistances soudées sur la platine).
Quand nous rajoutons un instrument de mesure inadapté ( oscilloscope adapté sur 1MO en résistif et 100pF par mètre sur le câble de la sonde), nous perturbons sérieusement le filtre.
Pourquoi les concepteurs de ce module ont il fait ce genre de choses ?
Tout simplement car il ont besoin de la sortie filtrée sur la platine elle-même pour générer les sorties logiques.

Si on reprend leur schéma ( qui se trouve dans ce pdf ), on se rend compte que la sortie du filtre est renvoyée sur l’AD9850 via une résistance de 1k ( R12) afin de servir d’entrée de comparaison (avec une tension fixe réglable) pour générer la sortie en signaux carrés. Donc plus c’est lissé, plus le rapport cyclique sera stable.

Etant donné que le filtre est parfaitement adapté, il faudrait ne prélever aucun courant sur sa sortie ( ce qui n’est pas très pratique) pour conserver sa réponse en fréquence, on peut s’en approcher en insérant à la sortie un amplificateur en buffer de tension, par exemple avec un suiveur à base d’un jfet VHF comme le J310.

Projet de modification

L’idée est d’adapter la sortie sur 50 Ohms sans rajout d’éléments actifs.

Si on supprime la résistance de sortie de 200 Ohms ( en la dessoudant de la platine, ce qui est assez facile à faire) , et qu’on met un transformateur de rapport ( de tension ) 2 : 1 (par exemple avec une petite ferrite binoculaire en material 43 sur laquelle on aurait 2 fois plus de tours coté filtre que ce que l’on met coté sortie)  il suffira alors de charger la sortie en 50 Ohms pour avoir un filtre qui fonctionne au mieux.

Voila le montage correspondant:

Projet d'adaptation sous 50Ohms

La partie dans le cadre en pointillé modélise l’appareil de mesure, c’est à dire un appareil offrant 50 Ohms d’impédance d’entrée, que l’on connecte avec un coaxial 50 Ohms.

Et voila ce que donne la simulation:
Version modifiée pour sortie 50Ohms
On remarque qu’on à perdu 6dB de niveau de sortie ce qui est parfaitement logique vu que le rapport de transformation est de 2:1.

Alors bien sur avec cette modification on perd la sortie en signaux carrés, du moins si on ne prend pas soin de charger la sortie « analogique » en 50Ohms (ou en 200Ohms avant le transfo de sortie) , ce qui peut se faire en utilisant un commutateur.

La réalisation de cette modification fera l’objet d’un futur article.

A voir ici aussi une page intéressante ou l’auteur a lui aussi simulé le filtre, puis un ensemble de filtres de remplacement. Son approche est plus « destructrice » car elle consiste à supprimer le filtre d’origine.

 

 

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