Le montage proposé dans cet article est inspiré de la documentation constructeur de l’amplificateur opérationnel OPA620 (Texas Instrument). Il s’agit d’une structure originale à base d’un amplificateur opérationnel double qui permet d’obtenir un filtre passe bande dont on peut ajuster facilement le facteur de qualité Q à des valeurs importantes (Dans la doc Q=100 pour fo=1MHz).

highQ_bandpass_filterPour l’étude on suppose bien évidemment que les 2 amplificateurs opérationnels sont parfaits et fonctionnent en régime linéaire. Dans ces conditions le calcul de la fonction de transfert de ce filtre nous donne :Equation1_highQbandpass

Pour le détail du calcul je vous propose le document suivant : calcul_passebande_highQ.pdf
Ce résultat peut se mettre sous la forme d’une fonction de transfert passe bande du 2nd ordre :Equation2_highQbandpassComme le montre les équations précédentes, le dimensionnement de ce filtre est donc très simple puisque il convient de choisir le couple R2 C pour fixer la fréquence centrale en utilisant, par exemple, la petite application que je mets à disposition sur ce site. La résistance R1 est alors ajusté pour obtenir la bonne valeur du facteur de qualité Q.
Un exemple de réglage et du résultat de simulation est donné ci-dessous :

result_simul

Fichier de simulation LTSpice prêt à l’emploi : verif_pbande_HighQ.asc

Comme annoncé lors du précédent article, la nouvelle version du logiciel (XVII) de simulation LTSpice propose désormais une directive supplémentaire .machine permettant d’implanter une machine d’état arbitraire avec une description propre à LTSpice. Afin de compléter l’aide proposée dans le logiciel voici un exemple permettant de réaliser un diviseur de fréquence par 2 avec une remise à zéro. Sur le schéma on dépose les signaux d’horloge et de remise à zéro ainsi qu’un port (sur une résistance) permettant de visualiser l’état de la sortie.

schema_LTSpice_ASM

chronogramme_LTSpice_ASM

Télécharger le schéma de simulation prêt à l’emploi ici : exemple_ArbStateMachine.asc

La description de la machine d’état est rentrée sous la forme de directives (commençant par .) encadrées par les commandes .machine & .endmachine. Afin d’illustrer la description de cette machine d’état je vous propose une représentation sous la forme d’un diagramme d’état :

diagramme_etat

La nouvelle version du logiciel (XVII) de simulation LTSpice est désormais disponible en téléchargement sur le site du constructeur Linear Technology :ltspiceXVII

Cette version est compatible avec les systèmes d’exploitations (64bits) Windows 7,8 et 10 bien évidemment.

Concernant les nouveautés on peut noter l’introduction d’une directive permettant d’implanter des machines d’états et pour lequel je consacrerai un prochain article. Pour les utilisateurs assidus de la version LTSpiceIV, cette nouvelle version n’introduit pas un bouleversement majeur. Les autres petites nouveautés concernant les interfaces graphiques utilisateurs se révèlent plutôt agréable à l’utilisation.

Pour l’installation de la bibliothèque supplémentaire que je mets à disposition ici, il suffit de copier le fichier SP.lib dans le répertoire C:\Mes documents\LTSpiceXVII\lib\sub et copier l’ensemble du répertoire SPsymb regroupant tous les symboles dans le répertoire C:\Mes documents\LTSpiceXVII\lib\sym . Ces répertoires sont créés lors de l’installation du logiciel.

Un grand merci à Mike Engelhardt pour cette nouvelle version que je vais continuer à utiliser avec mes étudiants de l’IUT de Cachan !

Dans une chaîne de traitement numérique du signal, le signal délivré en sortie par le convertisseur numérique analogique est un signal de type échantillonné bloqué. Afin de retrouver les propriétés fréquentielles de ce signal et mettre ainsi en évidence l’effet d’un bloqueur d’ordre 0; le logiciel de simulation LTSpice se révèle une fois de plus comme un excellent support.

La création de ce signal peut être obtenu simplement en utilisant un interrupteur commandé dont l’utilisation est montré sur le schéma suivant.

Echantillonnage_blocage_LTSpice

En choisissant un signal de commande périodique avec une durée d’impulsion très petite et en effectuant un choix de condensateur et de résistance Ron adapté, le signal obtenu correspond correctement à la définition d’un signal échantillonné bloqué comme le montre le chronogramme suivant.

Chronogramme_LTSpice

Télécharger le fichier LTSpice : echant_blocage.asc

L’effet du bloqueur d’ordre 0 peut être vu comme un filtre dont la courbe de réponse est un sinus cardinal comme l’explique la figure synthétique suivante.

diapo_sig_ech_bloque

Afin de montrer ce résultat par simulation, il est possible d’effectuer une analyse FFT du signal échantillonné bloqué en prenant un signal résultant de la somme de 4 signaux sinusoïdaux dont les fréquences sont judicieusement choisie par rapport à la fréquence d’échantillonnage comme l’indique le schéma suivant.

4signaux_ech_bloq

Télécharger le fichier LTSpice : echant_blocage_4signaux.asc

L’analyse FFT montre alors clairement l’effet de filtrage équivalent du bloqueur d’ordre 0 sur les différentes composantes fréquentielles :

spectre_ech_bloqu

schema_filtre_notchDans le cadre de l’étude de systèmes électroniques biomédicaux, je propose l’étude du filtre réjecteur ou filtre notch centrée sur la composante 50Hz. Ce filtre permet de supprimer la composante secteur EDF tout en préservant le contenu fréquentiel des signaux de mesures (ECG, SPO2, etc..). Le schéma classique que l’on retrouve dans de nombreux équipements est représenté sur la figure ci-contre.

On montre que la fonction de transfert de ce montage peut s’écrire sous la forme :

equation_notch

La simulation LTSpice suivante avec le fichier notch_filter_AnalyseAC.asc permet de vérifier le bon fonctionnement de ce montage comme le montre le résultat suivant :

simul_notch

Pour la mise en œuvre de ce filtre il est possible d’utiliser les composants suivants R=47kΩ (précision 1%) et C=68nF (précision 1%).

Pour une caractérisation rapide et simple de ce filtre on propose d’effectuer un balayage en fréquence automatique avec le générateur AFG3022 (mode Sweep) dont on règle les paramètres suivants comme le montre la photo ci-dessous.

copie_AFG3022

Afin d’obtenir une représentation correcte sur l’oscilloscope, on utilise la sortie TTL du générateur comme signal de synchronisation que l’on visualise. On opte pour un mode de déclenchement normal en choisissant un déclenchement sur front descendant et en réglant le seuil du trigger à 2V. Bien évidemment la base de temps est choisie de telle sorte à observer la totalité du balayage soit ici 200ms/div. Le résultat traduit bien la réjection en fréquence de la composante 50Hz qui se situe bien au milieu de l’écran (balayage logarithmique).

caractérisation_notch