Le second DS du module EA pour le semestre 3 est programmé le lundi 5 nov 2012 et aura comme thématique principale les boucles à verrouillage de phase. Vous retrouverez donc les 2 applications principales d’une PLL : Démodulation de fréquence & Synthèse de fréquence. Des questions liées à la simulation des boucles à verrouillage de phase sur LTSpice seront proposées. Bien évidemment, l’ensemble des thèmes abordés depuis le début de votre formation sont indispensables mais une révision sur la thématique du changement de fréquence dans le cadre de la réception radio peut être profitable.

Bonnes révisions !

La démonstration des projets, réalisés par les étudiants au cours du S’4, s’est déroulée vendredi 26 octobre après midi sur la plateforme technique du département Geii1 de l’IUT de CACHAN en présence des étudiants des autres semestres et des enseignants de la formation. Cette séance qui a rencontré un joli succès clôture ainsi la formation du DUT Geii pour les étudiants des « semestres décalés » avant leur départ en stage.

La promotion S’4 2012


Je vous propose dans cet article d’utiliser le logiciel LTSpice pour effectuer la simulation d’une boucle à verrouillage de phase ou PLL (Phase Lock Loop). Le dimensionnement des éléments sera effectué en conformité avec le problème d’une PLL utilisé en démodulation de fréquence utilisée dans une commande pour un robot filoguidé.

Mise en œuvre du VCO

Contrairement aux autres simulateurs SPICE, LTspice possède une fonction VCO prête à l’emploi sous la forme d’un bloc fonctionnel Modulate ce qui est atout considérable ! (C’est un des éléments de choix de ce logiciel dans notre formation). Les paramètres de réglages sont saisis dans le champ Value lorsque l’on clique sur le bouton droit de la souris qui pointe sur ce composant. On définit alors 2 valeurs Mark et Space pour définir la caractéristique du VCO comme l’indique la caractéristique de transfert ci-dessous :

Télécharger le fichier de simulation suivant et configurer le bloc Modulate en fonction des valeurs du problème. Proposer une simulation permettant de vérifier le bon fonctionnement de ce dispositif.

Caractérisation du comparateur de phase

L’analyse du comparateur de phase peut être effectuée en lançant la simulation suivante prête à l’emploi. Justifier les configurations effectuées sur le schéma et vérifier le fonctionnement du comparateur de phase pour quelques valeurs du paramètre phi. Afin de relever la caractéristique de ce comparateur de phase on peut effectuer une analyse paramétrique en utilisant la directive Spice : .step param phi 0 180 20 Le paramètre phi est alors une grandeur qui varie de 0 à + 180 par pas de 20 (degré). En lançant la simulation (Transient Analysis), le calcul est effectué autant de fois que le paramètre phi  change. Afin d’observer en sortie des successions de niveaux continus, il est indispensable de ne pas afficher le régime transitoire. Comme on ne peut pas effectuer le tracé en fonction du paramètre phi il faut disposer sur le schéma d’une « tension image du déphasage ». Une autre méthode de caractérisation avec une variation de phase continue est proposée sur cette page du site.

Mise en œuvre de la PLL

Afin d’observer le fonctionnement de la PLL, on vous propose d’injecter sur l’entrée de la PLL un signal modulé FSK en utilisant comme donnée de modulation un signal pseudo aléatoire (nécessite la bibliothèque SP.lib) comme le montre le schéma ci-dessous :

Télécharger ici le fichier de simulation complet

Configurer les différents éléments et proposer une simulation permettant de vérifier le bon fonctionnement de votre PLL utilisée en démodulation de fréquence. Justifier les résultats obtenus à partir de l’étude menée sur la réponse indicielle de la boucle. En utilisant les infos disponibles sur la page LTSpice&PLL du site poujouly.net, proposer une simulation permettant de mesurer les plages de fonctionnement de la PLL. Afin de compléter l’étude de cette PLL, on vous propose de rajouter un comparateur à hystérésis en téléchargeant le fichier de simulation complet.

La méthode des 5/7 carreaux est une méthode simple, pratique et très rapide pour mesurer la bande passante d’un système linéaire. Elle tire son nom du constat que 5/7 = 0,714 ≈ 0,707 = -3dB

Pour appliquer cette méthode il convient de respecter les règles suivantes :

1) Il faut choisir dans un premier temps un signal d’entrée sinusoïdal et régler le niveau d’entrée afin de rester dans la zone linéaire du montage. (pas de saturation du signal de sortie par ex).

2) Si le niveau de l’entrée dans la bande passante du système à caractériser ne change pas ( un changement peut provenir des variations de l’impédance d’entrée ) on peut alors appliquer la méthode des 5 / 7 carreaux.

 Application dans le cas d’un filtre passe bas :

  • Pour une fréquence très basse devant la fréquence de coupure recherché, on visualise sur un oscilloscope la tension de sortie et en jouant sur les déviations verticales (on utilise le décalibrage) on positionne la totalité de la sinusoïde sur 7 carreaux.
  • Une fois le réglage effectué on ne touche plus l’oscilloscope et évidemment pas le niveau d’entrée. (Fig1)
  • On augmente la fréquence et l’on note la fréquence f lorsque la sinusoïde n’occupe plus que 5 carreaux. On se trouve alors à la fréquence de coupure fc du filtre passe bas. (Fig2)

NB : Pour les oscilloscopes numériques de la gamme TDS1000/2000 le « décalibrage » vertical s’obtient en appuyant sur le menu Volt/div : il faut alors choisir l’option de réglage « Fin »

Retrouvez le détail de cette méthode (avec le cas des filtres passe bande ) sur cette fiche pratique