Forum Électro-Bidouilleur
Sections => Vos projets et Montages d'Électronique => Discussion démarrée par: papyblue le Avril 13, 2020, 01:15:28 pm
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Bonjour à tous,
Comme l'a démontré Bertrand dans la vidéo EB_#286 et suivantes , le SI5351 donne de meilleurs résultats quand il est piloté par une horloge externe de bonne qualité.
Malheureusement on ne trouve pas de petites plaquettes avec la version C du composant et nos amis Chinois n'ont pas encore copié le "design" Electro-Bidouilleur.
On trouve sur Aliexpress des OCXO d'occasion pour un prix abordable comparativement aux composants neufs, je me suis donc laissé tenter par la manip.
La première difficulté est de trouver le brochage de l'OCXO et la seconde s'appelle myopie, presbytie et astigmatisme.
La petite plaquette dispose d'une zone libre qui permet l'implantation d'un connecteur. Bien que le constructeur dise de prendre une fréquence de 25 ou 27 MHz,
il est tout à fait possible de sortir de ces deux valeurs. Mon OCXO est de 26MHz, après avoir passé quelques heures à le caler par rapport au GPS mon SI5351A a une source précise et stable.
Le logiciel de Bertrand reste compatible de la solution.
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Bien joué! Pourquoi ne pas en faire une plaquette? Vous pourriez partager la conception sur EasyEDA...
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Bonjour Bertrand et tout le forum,
La réalisation de circuit imprimé ne fait pas partie du plan dans mon projet. Ce projet consiste à regrouper diverses petites cartes autour d'un arduino pour faire une sorte de générateur "multifonctions".
Parmi ces cartes, il y a une AD9833, une ADF4351, AD9959 et SI5351A. L'horloge de référence (OCXO 26Mhz) sera commune et distribuée à ces cartes remplaçant leurs 25 MHz de base. Pour moi la difficulté majeure est d'intervenir sur des éléments extrêmement petits, je ne sais pas encore comment je vais faire le "mini" balun suggéré dans la documentation de l'AD9959.(toute idée est bienvenue)
PB
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Bonjour PB !
Pourquoi veux tu un balun sur ton DDS AD9959 ? En général les entrées symétriques des puces d'Analog Devices acceptent le mode asymétrique...
Quelle gamme de fréquences veux tu couvrir ?
Sinon, c'est pas trop dur à faire avec une ferrite binoculaire, une paire fil émaillé torsadée et un peu de soin (mais faut savoir torsader ta paire en 50 Ω... (nan, j'déconne... j'en ai fait pour la bande FM avec de la paire 120 Ω récupérée de câble LAN 10BaseT sans problème);
Si tu veux du tout fait, par ex. il y a des TDK (en 75 Ω mais ça ne va pas changer grand chose) chez RS particuliers (port gratos le week end, pas de montant min. de commande), commande min x5, ref: https://www.rs-particuliers.com/Search.aspx?Terms=831-9305&Page=0 à coût unitaire de 0.20€ (HT je crois), les datasheets sont dispos sur le site pro. (En cherchant un peu chez RS il y a sans doute même encore plus adapté à tes besoins).
Bon am
Yffig
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Bonjour Yffig,
Tout d'abord Félicitations pour le grade d'Amiral ;)
Merci pour la piste RS, voilà ce que je veux réaliser :
PB
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Il y a aussi Mini-Circuits qui offre ce genre de transformateur, et des merveilles d'autres petits produits. Le problème avec eux est l'obtention des pièces (commande minimale). J'ai déjà commandé directement d'eux en petite quantité en spécifiant que j'étais radioamateur. Je ne sais pas si cette approche fonctionne toujours...
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Bonsoir PB,
Avant de te répondre j'avais bien sûr jeté un oeil sur la DS de l'AD9959 et j'avais vu où était le Balun dont tu parles.
Ce Bal-Un 1:1 (qui est en fait un Un-Bal...) n'a pour rôle que de symétriser un signal asymétrique (la RefClock) pour attaquer l'entrée symétrique de l'AD9959. C'est un classique de chez Analog Devices qui, souvent, "s'assoit" sur cette attaque symétrique (cf l'AD8307, entre autres nombreux exemples). C'est sûr qu'attaquer une paire différentielle avec deux impédances de source égales c'est toujours plus "propre" (en matière de perfs) qu'en dissymétrique mais ils ne se privent pas de ne pas respecter cette règle...
Par contre, as tu vu qu'ils préconisent un transfo (*) "push-pull" 1:1 en sortie en sortie du DAC (figure 32)... Là , c'est plus intéressant car tu gagnes +6dB en niveau de tension et ça peut être utile pour attaquer un modulateur en anneau. Mais un petit Bal-Un peut te donner quasiment la même chose (je l'ai personnellement testé sur leur modulateur équilibré AD834 --> 500 MHz, je reste à ta disposition si tu souhaites plus d'infos...)
(*) un transfo large bande 20MHz ...800 MHz, ca ne se trouve pas sous le sabot d'un cheval ;)
J'avais eu l'occasion d'échanger avec Jean Louis sur les baluns et le pb d'achats chez MiniCircuits: je te renvoie à nos échanges sur le forum: http://forum.bidouilleur.ca/index.php?topic=597.msg3428#msg3428
Sinon, oui, MC fait des sacrés petits bijoux que j'aimerais avoir dans mon stock...(j'en ai quand même un peu) mais payer plus de 60€ pour un seul balun nécessaire (20x achetés en fait) alors que tu peux en avoir 5x sans frais de port à 1€ chez RS (et d'autres grands distributeurs, tu as les baluns de MA-Com entre autres), je n'hésite pas.
Q ?: C'est une carte toute faite ton DDS 9959 ?
PS: Plutôt Amiral d'eau douce, ( bin ouais, je ne navigue plus à cause de ma santé (= arthrose normale à mon âge)) ;).
Bonne soirée
Yffig
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Bonjour Yffig,
Merci pour ces précieux conseils.
Pour répondre à tes interrogations, voici le contexte :
J'ai acheté chez nos amis Chinois un tas de petites plaquettes pour expérimenter sans aucun but particulier. Je ne suis pas radioamateur, je n'ai aucun besoin réel.
Pour tester ces plaquettes, j'ai utilisé diverses cartes microcontrôleur et j'ai écrit ou adapté le code correspondant. Je me trouve donc maintenant avec un bazar (hard et soft) plutôt inutilisable, d’où l'idée de regrouper l'ensemble avec une carte Arduino à demeure et avec une IHM qui corresponde à ce que j'ai envie et que je puisse faire évoluer selon mes idées. Si j'arrive à trouver le courage et l'envie il y aura aussi une interface PC.
La carte AD9959 est celle du DDS :https://fr.aliexpress.com/item/32836138723.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.703e2d4b8bIxY9&algo_pvid=b9520a6d-e1e7-42dd-b20f-2164a2247d1d&algo_expid=b9520a6d-e1e7-42dd-b20f-2164a2247d1d-26&btsid=0b0a050b15869426309681930e9f5d&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_,searchweb201603_ (https://fr.aliexpress.com/item/32836138723.html?spm=a2g0o.productlist.0.0.703e2d4b8bIxY9&algo_pvid=b9520a6d-e1e7-42dd-b20f-2164a2247d1d&algo_expid=b9520a6d-e1e7-42dd-b20f-2164a2247d1d-26&btsid=0b0a050b15869426309681930e9f5d&ws_ab_test=searchweb0_0,searchweb201602_,searchweb201603_)
Je n'aime pas du tout l'IHM de ce truc et je n'ai trouvé aucune documentation sur la carte de pilotage pour pouvoir la modifier. La carte dispose amplificateurs de sortie, je n'ai pas besoin de m'interfacer directement avec le composant AD9959.
Je ne cherche pas à atteindre une quelconque performance, l'appareil terminé (si j'y arrive) ne servira sans doute à rien. Je fais cela juste pour le plaisir de bricoler. Je suis adepte du DIY à coût nul et j'imaginais faire le balun moi-même mais je vais prendre ta solution qui côtés prix et volume est parfaite.
MiniCircuit c'est sûrement très bien mais pas compatible de ma bourse.
PB
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Bonjour PB,
Du balun 1:1, même en 75Ω, à 0.20€ pièce à port 0€.... j'ai pas pu résister ! ;)
J'en ai donc pris un lot de 5x ce dimanche, reçus mercredi, j'ai fait ce matin un PCB FR4 , connecteurs SMA pour tester... (la datasheet le spécifie 50MHz...1.2 GHz, je voulais tester plus bas) sur un VNA en 50Ω..
Attention la bestiole est de la taille d'un SMD 0805 mais en plus avec 4 points de connexion... loupe ou microscope obligatoire !
Voici une photo du montage de test et les résultats: tests S11 et S21 de 1 MHz à 500 MHz avec marqueurs à chaque harmonique pour un signal carré en entrée. ..jusqu'à l'harmonique x19 de ton horloge = 494 MHz ) => les résultats sont largement éloquents !
Éventuellement, j'irais exhumer un vieux scope Lecroy 500MHz/50Ω pour regarder un carré à 25Mhz (je ne monte pas plus haut...) et je ferais un retour sur ce fil..
Bon AM
Yffig
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Bonjour Yffig,
J'ai passé la commande dimanche, le paquet est arrivé ce matin ( je ne l'ai pas encore ouvert, j'attends quelques heures avant de toucher). A voir la photo, je sens que cela ne va pas être une partie de plaisir ! Je préférais les composants à l'époque des tubes, et à cette époque j'avais une bonne vue !
Merci pour le retour, je publierai les photos quand j'aurai réussi.
PB
Je viens d'ouvrir le paquet, j'ai cru que le sachet était vide tellement c'est petit, j'ai bien peur de ne pas réussir à souder ces minuscules cms
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Voici une photo du montage de test et les résultats: tests S11 et S21 de 1 MHz à 500 MHz avec marqueurs à chaque harmonique pour un signal carré en entrée. ..jusqu'à l'harmonique x19 de ton horloge = 494 MHz ) => les résultats sont largement éloquents !
Yffig
Salut Yffig,
Je ne voudrais pas dégonfler ton ballon, mais je crois que tu n'as pas branché le balun de la bonne façon. Je parie que si tu mesures la continuité CC des signaux de gauche à droite, tu verras que c'est un court-circuit. En tout cas, c'est d'après la figure de la datasheet, et c'est franchement mal documenté. J'espère me tromper. Voir ci-bas, la fiche de la version 50 ohms, mais c'est certainement identique pour la version 75 ohms. Tiens-moi au courant, car ça m'intéresse ce balun!
Chao,
Bertrand
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Bonsoir Bertrand,
Que nenni, mon cher !
Tu penses bien qu'avant de tester au VNA, j'ai vérifié les continuités In+/Out+ (pins 1-4) et In-/Out- (pins 2-3) (numérotation des pins selon DS jointe), ne serait ce que pour m'assurer que mes broches étaient bien soudées. Le branchement correspond à BLN-1 du schéma joint.(*) (BLN-2 était une possibilité que je pensais aussi tester: le BLN est alors positionné à 90° pour me permettre de regarder la bande passante en tant que transfo (à condition de dessouder le BLN à l'air chaud et de le replacer). En fait je vais mettre une embase SMA à 90° pour regarder l'effet RF Choke d'un seul enroulement 1-4 ou 2-3 d'abord).
Bien évidemment les broches 2 et 3 ne sont pas reliées entre elles sur un ground plane... (c'est peut être ça l'objet de ton post ?): on le voit par transparence sur le PCB.
La mesure au Keysight 34461A me donne, (en 2 fils après Null) = 0.54Ω sur chaque enroulement (la DS est à 0.7Ω max) donc pas de CC...
Éventuellement, je reconnais que ma sortie n'est pas branchée très symétrique mais j'ai pas le matos qui me permettrait de le faire...
C'est ainsi que j'utilise mes Baluns 1:1 "Homemade" sur Binoc (PigNose) pour désymétriser mes dipôles λ/2 et ça marche sans pb... (même en émission à qq W)
Pour le prix que ça coûte chez RS... fais l'expérience (et une petite vidéo d'initiation sur les baluns 1:1 et 1:N si tu as le temps, j'ai mis tellement de temps à comprendre comment marchait un 1:1... je crois que je ne suis pas le seul à m'être gratté les neurones pour "comprendre").
(*) sur le schéma joint, dans le cas du BLN-1, les masses In et Out sont séparées contrairement à ce qu'il est dessiné (ça se voit sur le PCB)
Bonne soirée
A plus !
Yffig
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Bonsoir à tous,
Je sentais bien que ce serait une galère. J'ai récupéré un bout de vieux PCB dans lequel j'ai taillé des pistes au cutter.
Lors de la soudure du balun, en voulant le replacer, je l'ai cassé en deux (en plus d'être petit c'est hyper fragile), heureusement c'est vendu par 5.
D'un point de vue esthétique, c'est pas le top mais après correction des courts-circuits et des inversions ça marche.
PB
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@Yffig,
Oui, d'accord, tu veux t'en servir vraiment comme un balun, et pas comme un transformateur. C'est cette partie que j'avais loupée. C'était pourtant clair, mais la photo de ton PCB m'a induit en erreur. Désolé; je te regonfle ton ballon! :-[
Ceci dit, l'effet balun doit certainement disparaître à basses fréquences, considérant d'ailleurs qu'ils le spécifient à partir de 50 MHz. À plus basses fréquences, le balun n'est qu'un passe-droit.
Pas certain que c'est possible d'évaluer la performance de la transformation balancée/non-balancée tel que tu l'as branché sur le VNA, car tu n'attaques pas un des deux côtés en différentiel. Les deux côtés sont reliés à la même masse venant du VNA. Tel quel, ça ressemble plus à un transformateur en mode commun. Écoute, je te dis cela sous toute réserve, et je devrais relire mon bouquin sur les transformateurs de lignes de transmission...car il y a de quoi en perdre son latin! À toi de me corriger donc!
Il y aurait peut-être lieu d'impliquer mon ami Jacques; il est ferré en transformateurs et baluns RF.
Bertrand.
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Re,
Oui, je ne peux pas faire de mesures en vrai différentiel avec un VNA (je l'ai précisé dans mon précédent post)... C'est pas de ma faute... :(
La mesure faite aux "basses fréquences" (1MHz) est bien évidemment sujette à critiques: c'est pour cela que je vais mesurer l'effet RF Choke d'un enroulement seul. Mais, si "les masses 2-3 étaient mise en court-circuit" par le VNA lui même, il ne resterait dans mes mesures que la RFChoke entre 1 et 4, ce que le VNA ne montre pas...donc, je suis assez confiant malgré tout sur la validité de mes mesures en mode "balun" (UnUn plutôt) aux fréquences "moyennes et hautes"
Pour l'usage qu'en fait PapyBlue (symétrisation de sa RefClock à 26 MHz), ça devrait vraiment bien le faire... En plus il est arrivé à le mettre en place avec ses gros doigts ;)
Bonne soirée
PS: à Bertrand.... "ferré" en transformateur, cela va de soi.... de ce côté de l'Atlantique, on est plutôt féru ce qui ne veut pas dire rouillé ;) !
Yffig
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Pourquoi pas monter deux transfos en dos-à -dos? Et tu divises les résultats S21 (scalaires) par 2.
Bien ferré comme un cheval! Ici on dit surtout ferré, mais j'ai aussi entendu féru, et aussi bolé et aussi calé...
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Bonjour !
Pourquoi pas monter deux transfos en dos-à -dos?
Merci Bertrand pour ta suggestion que je comprends de la manière suivante: un 1er "Balun" fait Un-to-Bal puis derrière, un second "Balun" fait Bal-to-Un, comme cela c'est un bloc Un-to-Un que je peux tester en toute confiance et en déduire les perfs pour un seul, c'est cela ? Cela éliminerait donc l'effet" masse commune du VNA" puisque la sortie du 1er balun serait alors "flottante". Ça vaut le coup de voir si ça marche mais j'ai pas d'urgence là dessus...: . De plus il faudra monter les 2 baluns à angle droit pour réduire le couplage entre eux, ou les éloigner et les relier par µstrip, ou blinder chacun...
En fait j'ai acheté ces petits baluns pour m'amuser avec et, éventuellement, les utiliser...( par ex. sur un dipôle 433 MHz en montage Yagi). Ce que j'ai voulu faire, c'est regarder si je pouvais descendre plus bas que la spec de TDK, compte tenu que les charts de la DS sont "illisibles" en dessous de 50 MHz (cf PJ extraite de la DS) et renseigner PapyBlue sur l'adéquation de ces baluns à son besoin à 26 MHz (où la sortie Bal est flottante sur les entrées différentielles du DDS AD9959). Par contre, effectivement, je ne retrouve pas le comportement donné par les charts et ça, ça laisse un doute certain....
Quand j'ai (eu) besoin de symétriseur qui descende bas, j'ai plein de ferrites binoc, de tores Iron powder et même quelques transfos T13-1T de Mini-Circuits (300 Khz- 120 Mhz achetés d'occase, les derniers du vieux stock de chez Férisol après fermeture), donc je sais faire baluns 1:1 (voire 1:N) et même transfo à point milieu sans pb, si j'en ai le besoin.
J'essaierai de finir mes tests dans les jours qui viennent et j'envisagerai ton protocole de test plus tard. En tout cas merci pour ta suggestion.
Bon réveil !
Yffig
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Salut Yffig,
Exact. C'est bien ce que j'avais en tête. Tout l'effort que tu y mets pourra servir aux autres, y compris à moi! ;) À ce prix là , ça vaut la peine de les caractériser. L'autre application qui m'intéresserait beaucoup est son utilisation en configuration transformateur d'isolement 1:1, particulièrement le paramètre S21 (pertes de transmission, pour ceux qui se demandent). Je crois comprendre cependant qu'ils sont assez fragiles, et donc tu ne peux pas dessouder et resouder les mêmes unités...
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Bonjour Bertrand,
OK !, j'avais donc bien pigé ton protocole de test, (j'avais fait ainsi pour des transfos T13-1T pour mesurer la Bande Passante en 50Ω-50Ω au VNA) mais je préférais être sûr que c'était bien la même idée. Je le ferai dès que j'aurais terminé tous mes autres tests. (nota: je n'y mets pas d'efforts, je m'amuse et ça m'enrichit, peut être même que ça préserve d'Alzheimer ;) mais ça prend un peu de temps).
Je posterai plus longuement ce soir avec des mesures nouvelles et intéressantes car positives pour lesquelles j'aimerais avoir l'avis éclairé du forum.
Fragiles..., pas particulièrement mais c'est un petit bout de ferrite, ça casse facile.... je pense retourner à 90° celui que j'ai monté en UnBal pour faire le transfo 1:1 simplement à l'air chaud. C'est sûr que si tu essaies de le dessouder au fer à souder, il va se casser dès lors que tu forces dessus et qu'il a encore un plot soudé.
A tout à l'heure!
Yffig
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Bonsoir à toutes et tous,
Les résultats que j'ai publiés hier paraissent "trop bons"... quid ?
Ce matin, j'ai trouvé le temps d'ajouter une 3° embase SMA à mon PCB Balun 1:1 (du côté "froid" question de facilité de connexion) afin de me permettre de mesurer les caractéristiques d'un seul enroulement du balun: je voudrais connaître la valeur de la self et sa valeur résistive (la RF Choke qui isole en RF l'entrée et la sortie du Balun): cf photo en PJ.
Ceci étant fait, j'ai vérifié le bon fonctionnement du balun : voir la pièce jointe" Balun TDK 75R (w add. SMA Socket ) 1MHz to 500 MHz" :
C'est conforme à ce que j'ai publié hier, et j'ai, sur les graphes de ce jour, remplacé la courbe VSWR par celle de la self série vue à l'entrée du balun,= grosso modo 10 nH, valeur que je n'avais pas fournie hier, me contentant d'affirmer que le VNA ne voyait pas de RF Choke entre 1 et 4. En fait le Smith chart montre bien qu'il y a résistance et petite self, j'avais simplement omis de donner sa valeur...
C'est donc 10nH en série avec 50 à 60 Ω... Qu'est- ce donc que 10 nH ? et bin, tout simplement un bout de fil droit de diamètre de qq 1/10 de mm et de longueur 1.5 cm dans l'air. Or la ligne de transmission qui constitue le balun fait sans doute environ les 15 mm MAIS, elle est enroulée autour d'une ferrite...il y a donc self inductance augmentée (par effet solénoïde d'une part) mais surtout par la perméabilité relative de la ferrite... donc " le VNA ne voit pas la RF Choke de l'enroulement 1-4 seul" . Ce qu'il mesure paraît donc bien être le balun lui même. Sans déflorer d'autres résultats que je publierais sans doute demain, la self mesurée de la RF Choke 2-3 est de l'ordre de 1 µH soit 100x plus...!.
Pour comparer, j'ai fait les mesures avec un simple raccord direct (cf PJ "Raccord Thru 1MHz to 500 MHz"): y a pas photo... le VNA voit bien autre chose qu'une liaison directe quand je branche le balun... (nota: pour l'ensemble des mesures, le VNA avait été préalablement calibré en SOLT, avec 2 raccords en RG316 (je crois) de 15 cm).
Ensuite, on se contente souvent de caractériser la transmission par le module du S21, c'est à dire la valeur en dB du gain ou de l'atténuation.. mais S21 c'est un vecteur.
Dans le cas de PapyBlue où il s'agit de transmettre un signal d'horloge "carré", la phase du S21 doit absolument être prise en compte: tout déphasage intempestif entre les différentes composantes harmoniques déformerait le signal. J'ai donc réalisé un jeu de mesures sur la phase, le ratio phase/pulsation et le temps de propagation de groupe:
PJ "Balun TDK 75R (S21 analysis) 1MHz to 500 MHz":
La phase du S21 est étonnamment linéaire.... le temps de propagation de groupe est très faible (le bruit est dû à la quantification de la mesure de la phase) => TROP BEAU POUR être VRAI ????
Je ne sais pas pour l'instant expliquer ces résultats trop parfaits.. Il est tout à fait probable que la méthodologie de mesure d'un Balun mise en oeuvre en soit la cause.
A bientôt pour de nouvelles expérimentations...
Yffig
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Bien fait tout cela. Intéressant de voir l'effet balun, donc annulation de la self série en transmission. Bien sûr, si on forçait un débalancement quelconque, on perdrait cet effet, et il y aurait atténuation, un peu à la manière d'un transformateur en mode commun qui atténue les signaux arrivant en commun...
N'est-ce pas normal que la phase réponde linéairement? La ligne de transmission que représente le transfo semble bien bonne, donc la phase varie proportionnellement en rapport à la longueur d'onde. Non ?
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Bonjour Bertrand et à celles & ceux qui sont intéressé(e)s par ce sujet,
Quand j'écris que "La phase du S21 est étonnamment linéaire.... ", c'est parce que je m'attendais à voir au moins un peu de distorsion/décrochage sur la mesure de la phase, mon set up de test est assez propre mais loin d'être parfait: la LT du balun n'est pas sans pertes: il y a une RDC de 0.54Ω mesurés, plus de l'effet de peau, un peu de stray capacitance sur mon PCB, des bouts de liaisons sans impédance contrôlée, etc...
Oui, en théorie, la phase doit être absolument linéaire, la LT se comportant comme une simple ligne à retard de valeur = - angle de phase du S21 divisé par ω, d'ailleurs faisons un petit calcul:
La LT du balun doit avoir une vitesse de propagation de valeur classique de 2/3 de c, soit 2.108m/s. Pour 1 cm de LT, le retard serait donc de:
10-2/ 2.108 secondes par cm = 50 ps/cm.
Mon VNA me donne T ≅ 250 ps, soit une longueur équivalente de 5 cm. En estimant la distance entre les 2 plans de référence de mesure à 2 ou 3cm, la longueur de la ligne du balun serait alors de 3 à 2 cm, ce qui est plutôt cohérent.
Et quand je fais une recherche sur Google "VNA Balun measure" et que j'obtiens les papiers des "grands de ce monde" par ex. R&S, Anritsu, Agilent et ARRL:
https://cdn.rohde-schwarz.com/pws/dl_downloads/dl_application/application_notes/1ez53/1EZ53_0E.pdf
https://www.ieee.li/pdf/viewgraphs/application_vna_balanced_transmission_line.pdf
https://www.keysight.com/upload/cmc_upload/All/EPSG084733.pdf
http://www.arrl.org/files/file/QEX_Next_Issue/Nov-Dec_2010/Skelton_QEX_Nov-Dec.pdf
je me dis que, ce n'est pas moi, avec mes petits bras, mon arthrose et ma bidouille vite fait sur le gaz qui peut rivaliser avec les "grands".
Des résultats de mesures aussi bons peuvent, bien sûr être dus à un "méchant coup de bol", mais j'aurais quand même, par simple modestie, tendance à penser comme Boris Vian : "Y a quelque chose qui cloche là 'dans, j'y retourne immédiatement" (dans la "Java des bombes atomiques").
En tout état de cause, je voudrais rassurer les lecteurs: je suis certain que ce minuscule balun marche parfaitement lorsqu'il est utilisé dans le cadre de ses specs.
Bonne journée et à ce soir pour la suite...
Yffig
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Bonsoir à toutes et à tous !
Voici venu le moment de présenter les résultats d'un test qui m'intéressait particulièrement:
"On" sait que les baluns sont fréquemment réalisés avec une ligne de transmission (LT), ( pouvant être un coax.), enroulée autour d'un matériau ferro-magnétique. Ce faisant on réalise 2 RF Chokes essentielles au fonctionnement du balun. Ces RF Chokes (en bon françoué Selfs de Choc, voire même Bobines d'arrêt, cf PJ de source radio-tsf.org avec la célèbre National R100...). Aujourd'hui ces RF Chokes sont omniprésentes dans les équipements tout particulièrement pour le filtrage EMI (voir les épais catalogues de TDK, Murata, etc.).
Ces RF Chokes sont un simple bobinage enroulé autour d'une ferrite aux propriétés particulières qui leur confère un comportement assez curieux et pas intuitif du tout: elle ne sont pas qu'une simple self mais aussi une résistance dépendant de la fréquence: cette résistance est souvent de l'ordre de qq 100-aines d'Ω, pouvant dépasser le KΩ à 100 MHz(! je parle bien de résistance dépendant de la fréquence, pas de réactance de la self elle même !).
Par quelle "black magic" cela peut il se produire ? En fait, on a l'habitude de considérer la perméabilité relative μR comme une grandeur scalaire, ce qui n'est pas toujours vrai: dans le cas des ferrites utilisées pour les RF Chokes, μR est un vecteur et c'est sa composante imaginaire (et négative), qui, dans le calcul de l'impédance jLω, fournira un terme résistif R(ω) positif. (Je sais... c'est pas très "physique"comme explication mais c'est ainsi: ceux qui voudraient en savoir plus pourront regarder sur YT la très bonne vidéo en anglais d'un universitaire israélien: https://www.youtube.com/watch?v=F-wSu162tCo).
Un enroulement de RF Choke présente ainsi une impédance R(ω)+jLω élevée aux hautes fréquences (celles pour lesquelles elles sont spécifiées), et quasiment pas de résistance/impédance aux basses fréquences et en CC. Ce sont ces caractéristiques d'un enroulement de la LT d'un balun que je souhaite mesurer puisque c'est cette caractéristique qui va permettre d'"isoler" l'entrée et la sortie d'un balun et de lui conférer ses propriétés.
Pour cela, j'ai donc ajouté une 3° embase SMA (cf photo jointe) qui me donne accès direct à un enroulement du balun, accès sur lequel je vais réaliser une mesure du S11.
Auparavant un petit mot sur la représentation choisie: on a l'habitude de représenter le dipôle d'un RF Choke par un dipôle série, j'ai préféré le faire avec la self en // car les mesures sont ainsi plus parlantes (en particulier sur la valeur de la self)
Voici donc les mesures réalisées: PJ "Balun TDK 75R (Single winding S11 analysis) 1MHz to 500 MHz".
Première remarque: la self de l'enroulement résonne joliment vers 280 MHz ! Rien de bien grave, c'est dû au set up et au mode de représentation en self // (ce phénomène est quasi invisible en mode self série, par contre sa valeur est plus aléatoire) et comme les mesures qui m'intéressent sont en bas de la plage de fréquences, on pourra totalement ignorer la moitié haute du balayage.
Oui, ce qui m'intéresse c'est de savoir quelle est la valeur de la self de l'enroulement et son comportement en RF Choke, rien de plus...
La self // mesurée ( pour des fréquences < 200 Mhz) est de l'ordre d'1 µH, bien ! Voilà déjà une donnée intéressante ! D'autant plus que si l'on calcule avec cette valeur d'1µH, la capacité qui la fait résonner vers 280 MHz, on obtient 0.3 pF, valeur de capacité parasite du set up tout à fait plausible.
Ensuite, en synthèse, on peut constater que jusqu'à environ 200 MHz la partie résistive domine la réactance.
Je m'arrêterai simplement sur quelques points de mesures:
- à 50 MHz, fréquence minimale spécifiée: R(ω) vaut ~125Ω pour un module d'impédance total de ~250Ω, soit la moitié
- à 26 MHz, fréquence de la RefClock de PapyBlue, R(ω) vaut ~50Ω pour un module d'impédance total de ~150Ω, soit le tiers: ça me paraît encore acceptable pour un système "sous 50Ω"
- à 10 MHz, R(ω) vaut ~10Ω pour un module d'impédance total de ~65Ω, là , je pense qu'on n'est plus dans les clous... l'effet RF Choke "s'évanouit", l'isolation In/Out du balun me paraît bien trop faible .
Voilà donc ce que je voulais savoir. Ça c'est fait !, étape suivante: regarder une horloge 25 MHz sur scope (500 MHz / 50Ω) en sortie du balun (pour mon dimanche).
Ensuite, regarder le mode transfo 1:1. (*)
[(*)commentaire ajouté ce matin: Je vais donc supposer que l'inductance de magnétisation du transfo est de 1µH, et, avant de démonter le balun pour le placer orthogonalement au PCB, mesurer l'inductance de fuite, afin d'obtenir par calcul la valeur du coefficient de couplage entre enroulements en mode transfo 1/1. J'avoue que, à priori, je ne suis finalement pas très confiant dans ce mode de fonctionnement, à cause justement de cette résistance R(ω) qui apparaîtra tant au primaire qu'au secondaire... mais l'expérience mérite d'être réalisée.]
Bonne lecture et bonne nuit !
Yffig
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Bonjour Yffig,
Je suis impressionné ! et loin de me douter quand j'ai posé la question que cela déclencherait tout ça !
J'ai tenté d'observer au scope le signal à l'entrée du 9959, il semble carré, mais il est difficile de s'isoler complètement (me faudrait une sonde active ;) )
En tout cas les premiers essais montrent que le DDS fonctionne comme avant mais avec une fréquence plus précise ce qui était le but recherché.
PB
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Bonjour PB !
Je fais cela parce que ça m'intéresse énormément aussi, tu penses bien...
En fait c'est un pb très intéressant parce que mes mesures n'ont rien d'académiques (d'où les doutes que j'exprime): les mesures devraient être faites avec un max de matos que je n'ai pas, donc je regarde avec les moyens du bord.
J'ai fait ce matin le test avec un "carré" à 25 MHz sur scope LeCroy,(je les publierai ce soir)....ils sont (bien sûr) très bons mais c'est toujours la même interrogation: sont ils vraiment valides ?
Bon appétit et bon AM !
Yffig
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Bonsoir,
Voici les résultats du jour dans un test beaucoup plus classique: la réponse à un signal carré de 26 MHz.
L'interprétation en sera d'autant plus facile pour les lecteurs qui ne sont pas familiers avec l'Analyse Vectorielle des précédents tests.
La source du signal carré est un GPS-DO équipé de la multi-PLL Si5351C, le niveau de sortie sous 50 Ω pour attaquer soit le scope en direct soit via le balun est de +7.7 dBm, le temps de montée / descente est ~ <2 ns. Le scope est un Lecroy 9354A, 10 GS/s, 500 MHz, entrée 50 Ω. Avec ça, on doit pouvoir visualiser au moins les 10 premiers harmoniques du signal carré....
J'ai un moment pensé que ce test était inutile, vu les mesures que j'avais faites sur la transmission du balun (paramètre S21). MAIS, ce test présente une différence importante avec une mesure au VNA. En effet lors de la mesure au VNA, sortie du signal de test et entrée du signal transmis ne sont pas totalement isolés puisque le VNA "finit par les réunir par une masse commune", ce qui peut "court circuiter la RF Choke du balun côté "froid". Les tests au VNA semblent montrer que non mais le présent test va beaucoup plus loin:
Le GPS-DO est alimenté par le port USB et a pour référence 0V la masse du PC qui l'alimente. ce PC est relié au secteur par une prise 2 pôles + terre, appelons-la la prise A. Le scope qui va recevoir le signal est volontairement alimenté lui par une rallonge de 25 m sur une prise secteur 2 pôles + terre prise B qui est totalement différente de la prise A. Bien sûr tout cela fini par se rejoindre au tableau de distribution EDF mais le "court-circuit par la masse" représente dans ce cas au moins 30 m.
Voilà en PJ les photos du signal: Direct et via Balun. Difficile de distinguer l'une de l'autre sauf au niveau de tension Vpp mesuré par le scope.
Conclusion: le Balun transmet "parfaitement" l'horloge carrée à 26 MHz..
Demain , je passe au test en mode transfo 1:1. Auparavant, j'ai essayé de dessouder à l'air chaud le Balun..... C'est le capot de ferrite qui s'est décollé ! Inenvisageable de le recoller, même à la "Goop" ;) => je l'ai remplacé tout simplement après destruction à la pince coupante et vérifié le bon fonctionnement du nouveau balun (les tests ici présentés ont d'ailleurs été effectués sur ce nouveau balun, demain il y aura encore une victime innocente pour récupérer l'emplacement du tranfo).
Bonne soirée
Yffig
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Bonjour !
Voici les résultats du test du Balun TDK 75Ω monté en transformateur 1:1 et mesuré sous 50 Ω.
Auparavant j'ai mesuré l'inductance de fuite à 20 nH. Avec les 1µH d'inductance de magnétisation, cela donnerait un coefficient de couplage de 0,99...(Encore une fois trop beau pour être vrai ?).
J'ai fait deux PJ afin d'afficher toutes les données intéressantes (le soft du VNWA-3 ne peut en afficher que 6 sur le même relevé).
Les résultats sont ....pas mal ! ... pertes d'insertion < 2 dB sur 10 MHz -500 MHz, phase plutôt linéaire.
Le seul pb est le creux vers 180 MHz qui est dans le gabarit ± 1dB mais que je n'arrive pas à expliquer (pour l'instant ?)
Sinon, un peu d'infos complémentaires. Radio Spares vend à un prix supérieur (mais je pense que c'est le Balun TDK qui n'a pas été "pricé" correctement sur leur site mais il est bien vendu à 20 cts ...j'en ai repris ce dimanche) le balun quasi-équivalent de chez un autre excellent fabricant japonais: Murata. La datasheet de celui de Murata est en pièce jointe de ce post pour ceux qui voudraient plus d 'infos intéressantes sur ces baluns 1:1.
Bonne journée
Yffig
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Bonjour !
En complément aux mesures faites hier en régime harmonique sur le balun 75 Ω 1:1 monté en transfo 1:1, voici les copies d'écran réalisées en réponse à un signal carré à 10 MHz, 26 MHz, 50 MHz et 75 MHz. Le signal d'entré du transfo est celui du GPS-DO utilisé avant hier aux mêmes conditions.
Ces mesures sont motivées par l'utilisation du transfo en isolation galvanique sur un signal d'horloge de référence de 10 MHz. Le niveau d'entrée a été volontairement limité à +7.7 dBm (un peu plus que 1 Vpp) en l'absence de données du constructeur TDK dans sa datasheeet. Mais le balun équivalent chez Murata (cf la datasheet fournie hier) est spécifié +27 dBm (soit au moins 10Vpp) ce qui laisse espérer qu'il devrait "passer" du CMOS en 3.3V sans pb.
Le mode transfo supprime la composante continue du signal d'entrée bien sûr et les "plateaux" sont, à 10 Mhz, "différentiés" par l'effet passe haut du transfo. Les fronts raides du signal 10 Mhz passent très bien et une remise en forme par un trigger de Schmidt genre 74HC14 devrait remettre cela d'équerre si besoin était.
Bonne journée !
Yffig
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Salut Yffig,
Quel beau travail. Très intéressant de constater les résultats en mode 1:1 transfo d'isolement. On devait bien s'attendre à ce que les performances se dégradent sous les 50 Mhz; le fabricant ne va jamais aussi bas dans ses chiffres. Mais c'est tout de même utilisable à 10 MHz, particulièrement pour un signal sinusoïdal.
Mon petit secret pour l'obtention d'un transfo d'isolement à ces fréquences est de choisir (et de récupérer) les transfos ethernet 10/100 Mb/s pour cartes réseau et les commutateurs ethernet. Ils fonctionnent très bien en 1:1 pour les signaux de référence 10 MHz. Et ils sont faciles à trouver. En plus ils ont une réponse "broadband" (à large bande). Les prix s'étalent beaucoup cependant. Faut bien chercher.
Encore une fois, merci de partager ce travail avec nous. Très précieux! :)
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Bonsoir d'ici, Bertrand,
C'est une excellente idée que de récupérer des transfos d'isolation sur des vieilles cartes 10BaseT, le niveau d'isolation galvanique doit être élevé (genre 600V..1000V) ce qui n'est pas le cas du balun TDK en mode transfo (50V...). Maintenant, faut réussir à les démonter sans dégâts...
Aurais tu le temps d'en tester la bande passante sous 50Ω (sans doute l'as tu déjà fait) ? J'ai deux interrogations:
- la paire torsadée du 10Base T est de Zc ~ 100/120Ω, c'est sans doute plus gênant que 75 vs 50, non ?
- la bande passante nécessaire, pour autant que je me souvienne (à confirmer) , en 10Base T n'est pas si élevée que cela: le codage Manchester utilisé a une distribution spectrale "utile" de seulement 2 fois la fréquence d'horloge. Donc...
[ajouté le 04/05: par contre ils doivent descendre suffisamment en dessous de la fréquence d'horloge.... Si un jour j'ai le temps je ferais un test de codage Manchester avec un signal binaire aléatoire pour une visu de la densité spectrale en puissance, mais bon, c'est pas urgent]
Merci si tu as le temps de répondre à ces questions.
Yffig
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Très bien, je vais m'exécuter quand j'aurai deux minutes. j'en ai justement un de monté avec deux BNC isolés.
Souvent ces transfos ont une attache centrale, donc c'est possible de les utiliser en impédance plus basse, à moitié de leur enroulement. Mais ça ne donnerait que 25 ohms, si ma mémoire de la théorie est toujours bonne. Je ne me rappelle plus où je m'attache sur ce transfo À suivre...
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Voici la mesure du transfo ethernet 10BaseT de marque YCL, modèle 16PT-005A. La compagnie a fait patate, donc impossible de trouver la datasheet. Le signal est attaqué sur les broches Rx+ et Rx- et récupéré sur les broches PRX+ et PRX-. D'après un dessin d'application, il me semble bien que j'utilise les pleins enroulements.
Les résultats sont ceux du NanoVNA (trop pressé et trop paresseux pour mettre en marche et configurer le HP 8753C...). Je n'ai pas très confiance en l'exactitude des résultats pour toutes sortes de raisons, dont le fait que je devais toucher les connecteurs BNC des deux côtés du transformateur, sinon un creux de réponse apparaissait vers 75 MHz. J'imagine que le VNA n'aime pas l'isolation galvanique, et que le fait de toucher les deux boîtiers VNC permet le passage des courants de masse via couplage capacitif...
Mais tout de même, ça donne une bonne indication de la performance. C'est bien raisonnable comme réponse jusqu'à 100 MHz, mais pas plus haut en fréquence. À 10 MHz, c'est même bien, ce qui me réconforte. Point de vue impédance, le transfo est vu comme plutôt transparent, et c'est ce qu'on recherche. L'impédance annoncée est celle pour laquelle la performance du transfo est optimisée, mais il répond assez bien à d'autres impédances, car il transfert bien en amont l'impédance de la charge. La lecture de S11 / VSWR a du sens quand on varie la charge à 25, 37.5, 50, 75 et 100 Ohms (pas montré ici).
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bonjour
si ça peu aider :)
BR
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Merci pour vos deux réponses !
@ F11JZG: Bravo d'avoir trouvé les données techniques qui correspondent parfaitement au transfo de Bertrand et à celles que j'avais obtenues pour un autre transfo 10BaseT (cf 1ère PJ).
@ Bertrand: il y a deux choses très intéressantes dans tes résultats:
- la bande passante s'étend bien en dessous des 10 MHz. Cela paraît confirmer mes "souvenirs" du codage Manchester: à savoir ce codage "ligne" permet de "descendre" l'occupation spectrale du signal Ethernet vers les fréquences < 10 MHz.
- le petit creux que tu visualises vers 340 MHz sur S11 et S21... Je l'avais mesuré vers 180 MHz. D'après tes tests, ils sont apparus d'abord vers 75 MHz puis vers 340... Je ne sais pas à quoi il est dû, une piste potentielle peut être? le NanoVNA est un clone hardware du VNWA-3 que j'ai utilisé pour mes mesures, mais je n'avais jamais constaté ce petit décrochage dans toutes les mesures que j'ai faites avec.
Ce qu'il y a d'intéressant dans les données techniques de ces transfos, c'est l'inductance des 2 enroulements: 100 µH, ce qui paraît beaucoup pour un primaire de transfo destiné à passer du 10 MHz et plus (le primaire du balun TDK que j'ai testé n'est que de 1µH...). Cette valeur d'inductance dite de magnétisation est une donnée essentielle pour la fréquence de coupure basse d'un transfo. Je me suis alors amusé avec les données techniques fournies à simuler le comportement d'un tel transfo:
- inductance de magnétisation: 100 µH
- inductance de fuite : 0.3µH ce qui donne par calcul un coefficient de couplage primaire:secondaire k de 0.9985
- j'ai mis des capas au primaire, au secondaire, et entre primaire et secondaire de 10 pF, donnée des 2 datasheets (c'est pas très académique comme modèle mais j'ai pas mieux dans mes connaissances)
Cela me donne le schéma utilisé dans ma simulation... Les vieux radio-bidouilleurs reconnaîtront un filtre de bande entre deux circuits accordés vers 5 MHz mais particulièrement sauvagement amortis par les résistances de 50 Ω (nota: le couplage entre primaire et secondaire est tellement élevé que la capa de 10 pF entre circuits accordés n'a pour autre rôle que d'empêcher LT-Spice de" brailler que ma matrice est singulière et qu'il ne peut la résoudre"... une résistance de 100 MΩ aurait tout aussi bien fait l'affaire).
La simulation et le fichier .asc sont en PJ.
Le graphe de la bande passante montre bien que les performances du transfo en matière de bande passante descendent bien en dessous du MHz. Pourquoi ? Le graphe du temps de propagation de groupe montre qu'il est alors à peu près constant (3.5 ns à 10 MHz) de 4 MHz à 30 MHz ce qui est nécessaire pour transmettre correctement des signaux numériques alors que des signaux analogiques n'auraient pas eu besoin d'autant de bande passante.
Conclusion: une belle leçon de transmission de modulation numérique !
Cela a été pour moi une très intéressante découverte: deux besoins que l'on pense à priori quasiment identiques: isoler galvaniquement pour transmettre un signal d'horloge de référence à 10 MHz ou un signal numérique à 10 Mb/s ont en fait deux solutions dont les caractéristiques sont différentes.
Bonne soirée !
Yffig
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Félicitations pour ton analyse approfondie, Yffig. Impressionnant que tu saisisses toutes les subtilités de la sorte.
Pour ce qui est du creux à 340 MHz, ce pourrait être une forme de résonance parallèle, ou c'est carrément le NanoVNA. Moi j'opte pour une forme de résonance quelconque. Ceci dit, faut pas oublier que si j'enlève ma main des connecteurs BNC, il y a un creux vers 70MHz qui apparaît. As-tu essayé de ton côté de faire ce pont "manuel"?
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Bonjour Bertrand,
Merci pour ces compliments , mais je reste modeste: ce n'est qu'une analyse avec des hypothèses, pas une démonstration imparable.
Sinon voici les résultats avec index et majeur de la même main sur chaque connecteur SMA => Plus de résonance du tout mais quid de l'isolation galvanique ? alors que ton transfo (plus que mon balun détourné) devrait être parfaitement isolé.
Quand j'ai rebranché mon transfo, j'ai serré les connecteurs à la clé dynamométrique et le 1er test sans les doigts m'a donné une résonance bien plus faible toujours vers 180 MHz. Donc:
- la qualité de la connexion est sans doute la cause principale de cette petite résonance,
- qu'importe cette résonance de niveau faible, surtout à 340 MHz dans ton cas, puisqu'il s'agit à priori de transmettre un codage de 10BaseT qui n'a pas besoin de tant de bande passante aux HF, puisque c'est la constance du temps de propagation de groupe qui est le paramètre essentiel.
Au plaisir
Yffig