Comprendre une démodulation ASK

[eric29]

Bonjour,

Je suis en train de travailler sur la liaison "téléinformation" des compteurs EDF (électroniques et autres linky).
On trouve pas mal de choses sur le net et j'ai d'ailleurs trouvé un démodulateur dont le schéma est joint.

Les trames transmises par ce compteur sont modulées avec une modulation ASK, et une porteuse à  50KHz.
Les choses se passent plutôt bien car je suis en mesure de lire ces données en micropython (sur ESP32).
Ma question porte seulement sur le fonctionnement de ce démodulateur, au strict niveau de l'électronique.
Sur les deux premières copies d'écran de l'oscilloscope, le signal en jaune est celui pris sur la borne 4 du 4N35 et le signal mauve est pris en I1 et I2 avec une sonde différentielle (I1 et I2 étant la sortie télé information du compteur). La deuxième copie d'écran n'est qu'un zoom de la première.

Ce que je ne parviens pas à  comprendre c'est ce qui se passe réellement pour qu'à  partir du signal modulé, on obtienne, en sortie de l'opto-coupleur, ces créneaux avec un début de front montant "progressif" puis des ondulations dans la partie haute et enfin, une pente progressive elle aussi à  la fin du signal à  50KHz.

Je serais donc bien intéressé de comprendre ces traces et, éventuellement, d'avoir quelques pistes pour d'autres montages expérimentaux qui me permettraient de reproduire et analyser autrement ces comportements.

Merci d'avance pour vos éclaircissement !
Eric

[papyblue]

Bonjour Eric,
Si je vois bien vos relevés, le signal sortant du compteur est constitué de trains de tension alternative. L'optocoupleur ne conduira que quand la tension est positive (et de valeur suffisante). La bande passante d'un optocoupleur utilisé dans ces conditions est faible ce qui explique les courbes jaunes. Pour exploiter correctement le signal, il faut faire un circuit de détection ( redressement + filtrage) suivi d'un détecteur de seuil (comparateur).L'isolation galvanique peut être obtenue par un petit transformateur si besoin.

PB

[SHIBA 94]

Bonjour eric29,
J'aimerais savoir pourquoi utilisez-vous pour Q3 un transistor MOsfet, est-ce qu'un transistor bipolaire classique ne suffirait pas?
J'ai l'intuition que la capacité d'entrée de ce transistor se charge sur des impulsions qui font conduire le transistor de l'opto mais semble avoir du mal à  se décharger ensuite au vu de la résistance de 10K, d'où ces intégrations de front raides en sortie d'émetteur de l'opto.
Je pense également que les optocoupleurs n'ont pas une bande passante suffisante pour cet application là  à  50Khz.
Je ne les ais jamais vu utilisés dans mon métier que comme régulation d'alimentation ou application en base fréquence.
Bernard

[eric29]

Merci à  Bernard et à  papyblue pour vos réponses !
Il y a un point sur lequel je n'ai pas été assez clair : ce circuit fonctionne. Alimenté en 5V et la sortie étant connectée directement à  un UART d'un ESP32, je peux décoder les trames de données exactement tel que c'est décrit dans le document d'ENEDIS (https://www.enedis.fr/media/2035/download). Je joins donc une autre copie d'écran du signal de sortie pris sur Out qui montre les signaux carrés que je trouve plutôt "propres".

Le but du jeu, pour moi, c'est uniquement de comprendre les différentes étapes de cette démodulation... mais avec vos réponses, vous titillez un peu plus ma curiosité...

Juste aussi pour repréciser : je suis loin (très loin) d'être expert en électronique et j'ai trouvé ce circuit sur ce site https://sarakha63-domotique.fr/nodemcu-teleinformation-wifi
ce n'est donc pas moi qui ai fait le choix du MOSFET. Je vais donc aussi tenter de faire le montage avec un BJT "ordinaire".

Si je comprends un peu vos explications, les oscillations que l'on observe sur la broche 4 de l'opto seraient dues principalement à  la bande passante de cet opto qui est faible. Il y a aussi un déphasage très net entre les crêtes hautes des signaux d'entrée de l'opto-coupleur et les signaux en sortie, déphasage de 6 micro-secondes (sur les 20 de la période de 50KHz) que j'ai du mal à  m'expliquer... et un déphase très faible (moins de 1 uS) pour les crêtes basses. Un effet capacitif quelque part ?

D'autre part, si je retire le MOSFET, le signal sur la broche 4 de l'opto est exactement le même, ce qui l'en rend indépendant.

Voilà , et je suis preneur d'autres commentaires et/ou idées,... juste pour comprendre... !
Merci d'avance,
Eric

[papyblue]

Bonjour Eric,
Ce n'est pas parce que c'est sur internet que c'est bon ou que c'est adapté à  l'usage auquel on le destine.( même si c'est rédigé par un docteur...)
Si votre montage fonctionne c'est parce qu'il exploite les défauts des composants et donc est très dépendant de leurs caractéristiques ce qui me fait dire que c'est une très mauvaise solution.
Le montage convient pour isoler une commande par impulsion mais certainement pas pour traiter une porteuse telle que spécifiée dans le document d'Enedis que vous citez. Pour respecter la spécification, il faut faire une détection d'enveloppe suivie d'une détection de seuil avec les valeurs indiquées.
Vous avez raison de vous poser des questions, j'approuve à  200% votre démarche.

PB

[SHIBA 94]

Bonjour Eric et papyblue,
Moi non plus je ne suis pas un expert en électronique, j'étais juste un dépanneur de télévision à  la retraite maintenant, mais j'aimais beaucoup mon métier.
On trouve toujours moins ou plus fort que soi et on apprends à  tout âge.
C'est une très bonne idée d'avoir fait un test en enlevant le mosfet, on constate deux choses:
1) le signal est devenu très propre, il n'y a plus de dents de scie sur le palier haut.
2) les fronts de commutation sont très raides et propres par rapport a ceux du premier relevé.
Je pense que le concepteur du schéma ne cherchait pas un fonctionnement en linéaire, mais un signal en tout ou rien et comme le transistor de l'opto ne peut débiter un courant suffisant, il a choisi un transistor à  grande impédance d'entrée et cela fonctionne. Mais la curiosité de l'esprit n'est pas satisfaite :)
je ne sais pas pourquoi, mais cela me rappelle un défaut des premiers transistors de puissance utilisés dans les alimentations à  découpage des téléviseurs entre autres.
Les transistors étaient des S2000, ils claquaient sans raisons apparentes jusqu'à  ce l'on se rende compte que la capacité émetteur base n'avait pas le temps de se décharger complètement pendant une phase de non conduction et lors de l'envoi d'une nouvelle impulsion de commande de conduction du C.I de commande, la jonction était suralimenté par le courant de commande plus les charges positives résiduelles stockées dans la base, le transistor claquait.
La solution a été d'inclure dans le transistor devenu S2000A, une résistance de 200 ohms entre émetteur et base, donnant le temps aux charges résiduelles de s'écouler à  la masse.
Du coup, je pense qu'il serait intéressant de mettre la base du transistor de l'opto à  la masse via une résistance, peut-être une de 100KOhms pour voir quitte à  varier la valeur de celle-ci avec un potentiomètre, il est possible qu'un phénomène semblable dû à  la capacité de base de l'opto qui pourrait contenir des charges ne pouvant s'écouler à  la masse et perturber la conduction du transistor.
La résistance d'entrée et surtout sa capacité entre Gate et Source venant rajouter au problème.
Voilà  ce que je peux proposer comme nouvelle piste d'investigation.
Bernard

[eric29]

Re-bonjour à  vous deux !
Avant de voir le dernier message de Bernard et sur les remarques de papyblue, je me suis un peu convaincu qu'il n'était, en effet, pas très judicieux de baser un circuit sur les défauts et/ou limitations de certains composants (en particulier ici l'opto-coupleur).
Je me suis donc orienté vers une "tentative" de réalisation d'un "vrai" démodulateur ASK et après diverses lectures, je me suis lancé dans une simulation LTSpice.
D'abord, ll m'a fallu trouver la méthode pour avoir une source qui émule un signal modulé ASK. Ensuite, j'ai fait quelques essais de valeurs pour R1 et C1, et je pense arriver à  quelque chose plutôt encourageant... dans les jours qui viennent, je vais certainement me lancer dans la mise en pratique de tout ça, mais je suis évidemment prenneur de tous commentaires.
Je joins un schéma du circuit, une trace de la simulation et le fichier .asc correspondant.
Merci encore,
Eric

[papyblue]

Bonjour Eric,
Bravo, vous êtes sur la bonne voie. Rien de tel qu'une simulation pour comprendre le fonctionnement d'un montage.
Vous pouvez faire un redressement double alternance ce qui permettra de limiter le filtrage et ses effets indésirables.
Vous pouvez peut être également conserver l'opto-coupleur en ajoutant une diode pour faire le comparateur, etc...
bref, amusez vous !

PB

[SHIBA 94]

Bonjour Eric et papyblue,
Je trouve le montage intéressant également et l'idée de papyblue est bonne de doubler le redressement pour atténuer la "ronflette" sur le palier haut.
Mais si on revient sur l'idée première du concepteur du montage, c'est qu'il a probablement voulu s'affranchir de relier la masse de son montage à  la sortie du signal du compteur.
Donc l'idée de rajouter la partie opto du montage à  la simulation est bonne.
Vous êtes sur la bonne voie.

Bernard :)