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Mhz RADIO Réalisation d’un S-mètre
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Réalisation d’un S-mètre
par Mhz Sam 10 Aoû - 8:32
description d’un S-mètre pour récepteur à conversion directe.
Pour rappel, il s’agit de mesurer le niveau d’un signal à l’entrée d’un récepteur et de l’afficher de S1 à S9 + 50 dB.
Le tableau ci-dessous donne la correspondance entre la puissance du signal, sa tension efficace et le point S correspondant.
À noter que de S1 à S9 l’écart entre deux points S correspond à 6 dB, et au-delà de S9 le pas est de 10 dB.
Remarque :
En décamétrique, par convention, S1 correspond à -121 dBm, soit 0,20 µVeff sur 50 ohms.
Au-delà de 30 MHz, S1 correspond à -141 dBm, soit 20 nV sur 50 ohms.
Le rapport de tension entre S9 +50 et S1 étant de 80000, il est impossible d’afficher les différents niveaux sur une échelle linéaire.
C’est pour cela qu’on utilise une échelle logarithmique de près de 100 dB.
Réaliser un détecteur logarithmique avec une telle dynamique n’est pas chose aisée.
Heureusement, il existe des circuits intégrés permettant de réaliser cette fonction.
J’ai choisi l’AD8310 d’Analog Device dont la datasheet était très prometteuse et je vous encourage à la lire pour comprendre le fonctionnement de ce circuit.
Le montage de base préconisé dans la datasheet est le suivant :
Les premiers essais n’ont pas été concluants, en particulier pour les faibles signaux.
Ceci était dû au fait que l’AD8310 est sensible aux signaux jusqu’à 400 MHz. Et le moindre bout de fil récolte des µV qui faussent la mesure à bas niveau.
Or, dans le cas d’un récepteur à conversion directe, on mesure des signaux basses fréquences de 300 à 3000 Hz (en BLU) derrière le » Roofing Filter ».
Il a donc fallu revoir les composants autour du circuit pour aboutir au schéma suivant :
Les condensateurs sur les entrées seront de préférence au tantale.
Le condensateur de 1 nF filtre la HF vers la masse.
Le condensateur de 1 µF sur la broche 3 améliore la linéarité à très basse fréquence.
Le condensateur de 2,2 nF sur la broche 7 réduit l’influence du bruit en diminuant la bande passante.
L’alimentation doit être bien filtrée en HF et BF, raison des condensateurs de 10 nF et 100 µF et de la petite self FB (Ferrite Bead) qui peut être remplacée par une résistance de 4,7 à 10 ohms.
IMPORTANT :
L’AD8310 est livré en boîtier CMS avec un espacement des pins de 0,68 mm.
utiliser une platine intermédiaire pour souder le circuit intégré.
On trouve ces platines à tout petit prix (sur les sites asiatiques) pour tout type de boîtiers CMS.
Pour souder l’AD8310, utiliser une panne fine sans se soucier des courts circuits entre les broches, puis, retirer le surplus de soudure (et les courts circuits) avec de la tresse à dessouder.
Voici la maquette du S-mètre :
C’est encore un prototype, cette page sera mise à jour ultérieurement avec une version définitive (tracé et implantation du circuit imprimé avec composants CMS).
Les mesures sont réalisées avec un générateur BF et une série d’atténuateurs permettant une dynamique de 100 db.
Pour faire les mesures, injecter un signal de 0 dBV (soit 1 Veff ou 2,8 Vcc @ 1kHz), puis, jouer sur les atténuateurs du générateur s’il en comporte, sinon insérer plusieurs atténuateurs pour obtenir les mesures dans la plage désirée.
On peut monter jusqu’à 5 dBV environ ce qui donne quelques dB de dynamique en plus.
Sur la photo on remarque les atténuateurs 50 ohms achetés à bas prix (toujours sur les mêmes sites…). On peut les construire soi-même également.
La mesure de la tension de sortie s’effectue avec un voltmètre standard.
La tension continue varie de 0,38 V à 2,76 V pour plus de 100 dB de dynamique.
Les mesures sont les suivantes :
La linéarité est excellente (voir la courbe ci-dessous) et la pente de 24 mV/dB.
On peut vérifier qu’à d’autres fréquences entre 300 et 3000 Hz on obtient les mêmes résultats.
Pour rappel, il s’agit de mesurer le niveau d’un signal à l’entrée d’un récepteur et de l’afficher de S1 à S9 + 50 dB.
Le tableau ci-dessous donne la correspondance entre la puissance du signal, sa tension efficace et le point S correspondant.
À noter que de S1 à S9 l’écart entre deux points S correspond à 6 dB, et au-delà de S9 le pas est de 10 dB.
Remarque :
En décamétrique, par convention, S1 correspond à -121 dBm, soit 0,20 µVeff sur 50 ohms.
Au-delà de 30 MHz, S1 correspond à -141 dBm, soit 20 nV sur 50 ohms.
Le rapport de tension entre S9 +50 et S1 étant de 80000, il est impossible d’afficher les différents niveaux sur une échelle linéaire.
C’est pour cela qu’on utilise une échelle logarithmique de près de 100 dB.
Réaliser un détecteur logarithmique avec une telle dynamique n’est pas chose aisée.
Heureusement, il existe des circuits intégrés permettant de réaliser cette fonction.
J’ai choisi l’AD8310 d’Analog Device dont la datasheet était très prometteuse et je vous encourage à la lire pour comprendre le fonctionnement de ce circuit.
Le montage de base préconisé dans la datasheet est le suivant :
Les premiers essais n’ont pas été concluants, en particulier pour les faibles signaux.
Ceci était dû au fait que l’AD8310 est sensible aux signaux jusqu’à 400 MHz. Et le moindre bout de fil récolte des µV qui faussent la mesure à bas niveau.
Or, dans le cas d’un récepteur à conversion directe, on mesure des signaux basses fréquences de 300 à 3000 Hz (en BLU) derrière le » Roofing Filter ».
Il a donc fallu revoir les composants autour du circuit pour aboutir au schéma suivant :
Les condensateurs sur les entrées seront de préférence au tantale.
Le condensateur de 1 nF filtre la HF vers la masse.
Le condensateur de 1 µF sur la broche 3 améliore la linéarité à très basse fréquence.
Le condensateur de 2,2 nF sur la broche 7 réduit l’influence du bruit en diminuant la bande passante.
L’alimentation doit être bien filtrée en HF et BF, raison des condensateurs de 10 nF et 100 µF et de la petite self FB (Ferrite Bead) qui peut être remplacée par une résistance de 4,7 à 10 ohms.
IMPORTANT :
L’AD8310 est livré en boîtier CMS avec un espacement des pins de 0,68 mm.
utiliser une platine intermédiaire pour souder le circuit intégré.
On trouve ces platines à tout petit prix (sur les sites asiatiques) pour tout type de boîtiers CMS.
Pour souder l’AD8310, utiliser une panne fine sans se soucier des courts circuits entre les broches, puis, retirer le surplus de soudure (et les courts circuits) avec de la tresse à dessouder.
Voici la maquette du S-mètre :
C’est encore un prototype, cette page sera mise à jour ultérieurement avec une version définitive (tracé et implantation du circuit imprimé avec composants CMS).
Les mesures sont réalisées avec un générateur BF et une série d’atténuateurs permettant une dynamique de 100 db.
Pour faire les mesures, injecter un signal de 0 dBV (soit 1 Veff ou 2,8 Vcc @ 1kHz), puis, jouer sur les atténuateurs du générateur s’il en comporte, sinon insérer plusieurs atténuateurs pour obtenir les mesures dans la plage désirée.
On peut monter jusqu’à 5 dBV environ ce qui donne quelques dB de dynamique en plus.
Sur la photo on remarque les atténuateurs 50 ohms achetés à bas prix (toujours sur les mêmes sites…). On peut les construire soi-même également.
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La tension continue varie de 0,38 V à 2,76 V pour plus de 100 dB de dynamique.
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La linéarité est excellente (voir la courbe ci-dessous) et la pente de 24 mV/dB.
On peut vérifier qu’à d’autres fréquences entre 300 et 3000 Hz on obtient les mêmes résultats.
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