Station d'émission-réception expérimentale           F6CRP   IN96KE        46°11'02" N  - 1°09'57" W


Un VFO DDS de 0,1 à 20 MHz

 


Version 02 - 13/05/2009

 


 

1 - Présentation

Où le syndrome de l’OL ! Tous les constructeurs le savent, quand on veut concevoir un émetteur-récepteur décamétrique fonctionnant sur plusieurs bandes, la difficulté majeure réside dans l’élaboration de l’oscillateur local. Aux temps héroïques, on recourait à des systèmes à mélange et filtrage, puis sont apparus les boucles à verrouillage de phase, pas forcément simple à mettre en œuvre et enfin est arrivé le DDS.
Exceptionnellement, c’est d’un kit dont nous allons parler; ce montage, par ses qualités et son coût très abordable (65 €) nous a semblé intéressant à décrire, il pourra constituer le premier maillon d’un transceiver ou être utilisé comme générateur HF.



 

2 - Qu’est-ce qu’un DDS ?

Avant d’aborder la description de ce montage, il convient de comprendre ce qu’est un DDS et en quoi il se différencie si radicalement de ce que nous connaissons en matière de production de fréquence.
Pour répondre à la question posée, on peut dire qu’un DDS est une technique numérique visant à créer une sinusoïde à partir d’une fréquence d’horloge fixe. Voyons l’architecture interne présentée figure 1.


Fig 1

Le DDS se décompose en plusieurs blocs fonctionnels. On note la présence d’une horloge, dans le cas de notre kit, pour faire fonctionner le circuit DDS AD9834, celle-ci aura une fréquence de 50 MHz et comme nous sommes dans des techniques numériques, les théorèmes de C. Shannon et H. Nyquist s’appliquent, la fréquence générée par le DDS vaudra au maximum la fréquence d’horloge divisée par deux.
Nous allons étudier cet ensemble en commençant par la sortie. On y trouve le convertisseur numérique analogique. Le principe est simple, en fonction du mot binaire de « n » bits, placé en entrée, la sortie fournira un signal d’amplitude proportionnelle, cette valeur pourra évoluer au coup d’ horloge suivant.

En avant de ce dispositif se trouve le convertisseur phase amplitude. Sous ce terme un peu ésotérique, se cache une banale mémoire, sa richesse vient de ce qu’elle contient. En effet, cette mémoire contient toute la description de la relation qui existe entre phase et amplitude sur un cycle, ou une période si vous préférez. La figure 2 est plus explicite .

Fig 2

Elle décrit, pour un cycle complet, mais de manière très succincte avec seulement 8 points de mesure, la valeur de l’amplitude d’une sinusoïde parfaite pour une phase évoluant de 45° en 45°. Bien entendu, plus on aura de points de mesure, donc un écart de phase faible, plus la précision sera importante. C’est le rôle du convertisseur Phase / Amplitude. Comme la symétrie est parfaite sur une sinusoïde, on pourra même se contenter de ne stocker qu’un quart de cyle puisqu’on peut lire la mémoire à l’envers si besoin est.

Vous devez commencer à intuitivement percevoir le fonctionnement du DDS. Si l’on balaye cycliquement cette mémoire, on peut produire des séquences numériques de 1 et de 0 qui seront l’image de la valeur de l’amplitude de la sinusoïde, il ne restera plus qu’à convertir ces 1 et 0 en analogique pour retrouver en sortie le signal souhaité. Intuitivement, on peut penser aussi qu’en faisant varier la fréquence d’horloge on peut faire varier la fréquence de sortie, plus on adresse rapidement la mémoire, plus la fréquence de sortie croît. Le raisonnement est juste mais ce n’est pas la solution retenue sur les circuits DDS, et c’est justement le rôle de l’accumulateur de phase que nous allons étudier.

Nous venons d’examiner une des possibilités pour faire changer la fréquence d’un DDS mais cette dernière est techniquement difficile à mettre en œuvre et n’a pas la souplesse souhaitée. Comment a donc été traité le problème ? Assez simplement puisqu’on constate qu’il suffit, pour augmenter la fréquence de sortie de ne pas adresser toute la mémoire mais littéralement de « sauter des cases ». Si l’on ne retient qu’une valeur sur deux de la mémoire, on mettra deux fois moins de temps pour la balayer, on aura bien doublé la fréquence de sortie. Alors quid de l’accumulateur de phase ?
L’accumulateur est un simple additionneur. On lui indique en entrée la valeur d’écart de phase souhaité et à chaque coup d’horloge il additionnera cette valeur au résultat précédent, jusqu’au moment où il atteindra da valeur maximale et qu’il repartira pour un cycle. C’est en indiquant ce mot de réglage à l’accumulateur que l’on détermine la fréquence de sortie. La sortie de l’accumulateur adressera la mémoire du convertisseur phase/amplitude.




3 - Avantages et inconvénients du DDS

 

Le DDS est un système large bande, la génération de fréquence peut couvrir un large spectre. Le bruit de phase est faible, la stabilité exceptionnelle, uniquement dépendante de la stabilité de l’horloge. Si l’horloge dérive de 10 ppm, la sortie dérivera de 10 ppm. Pour mémoire ppm est l’acronyme de Partie Par Million, un oscillateur 100 MHz ayant dérivé de 1 ppm aura vu sa fréquence évoluer de 100 Hz. La résolution du pas peut être très faible (0,01 Hz).

En contrepartie la sortie du DDS fait état de nombreuses raies parasites qu’il conviendra de filtrer avant toute utilisation. La figure 3 en donne une représentation. Pour chaque harmonique de la fréquence d’horloge on aura deux raies qui seront Fs- Fo et Fs + Fo


Fig 3



4 - Le kit du Norcal QRP Club

 

Le Norcal pour North California Club est un groupement informel de radioamateurs, essentiellement américains, pratiquant le QRP et tirant plaisir à faire de la radio, c’est la profession de foi affichée sur le site du club (http://www.norcalqrp.org/). Outre cet engagement le club offre régulièrement des kits à des prix très abordables et actuellement soutenu par un cours du dollar étant extrêmement favorable aux européens vivant dans la zone euro.

Le kit DDS se compose de deux modules appelés FCC1 et FCC2. Le FCC1 est un fréquencemètre 40 MHz articulé autour d’un PIC tandis que le FCC2 est le module de génération de fréquence. Autant le FCC1 est indépendant et peut vivre sa vie seul, autant le FCC2 ne peut fonctionner qu’en couple avec le FCC1. Le coût total de cet ensemble est 100 dollars ce qui ramené en euros avec un cours voisin de 1,5 fixe le prix à 65 euros.

Le module fréquencemètre FCC1

Le kit se présente sous la forme présentée figure 4, en composants à piquer. La documentation est disponible sous forme de fichiers sur le site du Norcal, elle est superbement réalisée avec de nombreuses illustrations. En suivant rigoureusement la notice de montage, le kit doit fonctionner du premier coup et vous donner ce qu’indique la figure 5 en moins de deux heures de montage. Vous pouvez utiliser ce module comme fréquencemètre pur ou comme fréquencemètre prépositionnable, trois boutons poussoirs vous permettront d’entrer vos paramètres.

Fig 4

Fig 5

 


5 - Le module FCC2
 
Nous entrons dans un autre monde car le FCC2 fait appel à des composants CMS. Je sais combien ces composants sont mal aimés et combien leur réputation est mauvaise. Cela étant, avec une loupe, un fer de dimensions raisonnables et de la méthode, ils n’offrent pas plus de difficultés que les autres à souder.

Le kit se présente sous la forme de plusieurs sachets contenant les résistances, les condensateurs et les composants actifs, voir figure 6.

 

Fig 6
Fig 7

 

La première chose à faire et d’ouvrir ces sachets et de les répartir dans des conteneurs à bords hauts (figure 7). Un condensateur CMS qui tombe au sol sera, du fait de sa taille, difficile à retrouver (figure 8). Le marquage des condensateurs fait appel à un système de couleurs assez astucieux et mis au point par le Norcal. Il suffira de mettre le condensateur vert, bleu ou jaune à la place indiquée. Les résistances sont marquées en clair, pour les semi-conducteurs l’identification parfois exotique est parfaitement explicitée dans la documentation.

Fig 8

 

Il ne vous reste plus qu’à suivre la notice, assembler des deux modules et mettre sous tension. Le résultat devrait être identique à celui de la figure 9.

Fig 9

 

Concernant le soudage du DDS, le pas des connexions est de 0,6 mm, la meilleure solution consiste à utiliser la méthode décrite dans MHz Magazine par F6EHJ. Pour mémoire, vous soudez les broches, en appliquant un cordon de soudures, elle doivent être en court-circuit. Vous enlevez ensuite le surplus de soudure à la tresse à déssouder. Le fini est parfait et la connexion efficace.

SI tout s’est normalement déroulé pendant le montage vous devriez obtenir le montage des figues 10 et 11

Fig 10
Fig 11

 

 


6 - Applications
 

Le module complet peut être utilisé comme instrument de laboratoire à deux fonctions à savoir comme générateur 0,01 - 21 MHz et comme fréquencemètre 40 MHz. La sortie du générateur peut évoluer entre + 5 dBm et + 14 dBm, le niveau s’ajuste par le biais d’une résistance ajustable. Sur la sortie basse impédance, cette dernière est de 50 ohms. La sortie haute impédance, typiquement 600 ohms est dédiée à des usages BF
Mais ce kit a surtout été développé comme Oscillateur local ou VFO pour un émetteur, un récepteur ou un transceiver. Les bandes amateurs sont pré-programmées (jusqu’au 2 m), il est possible, par bande de programmer une valeur de FI en plus ou en moins (c’est très pratique) en émission comme en réception, on dispose de deux VFO, dix mémoires. Quatre boutons poussoir permettent d’entrer les ordres ou données « utilisateur », le quatrième se trouve sur l’encodeur optique lui-même. Naturellement le pas du VFO est réglable entre 1 Hz et 10 MHz. On peut utiliser ce DDS pour fabriquer de la CW, quand la ligne Key est mise à la masse. Il existe d’innombrables possibilités d’utilisation, le mieux pour en faire le tour est certainement de télécharger la documentation disponible sur le site du Norcal à cette adresse http://www.norcalqrp.org/files/FCC2_manual_V2.pdf

 


7 - Quelques éléments pratiques
 
Si vous souhaitez acquérir ce kit, il faut commander par le biais du site en utilisant Paypal. La procédure est extrêmement simple et le kit vous sera délivré en deux semaines.
Comme indiqué plus haut, il convient de filtrer la sortie, un filtre passe-bas ayant une féquence de coupure de 25 MHz est indispensable. La figure 13 présente la sortie du DDS entre 20 et 120 MHz non filtrée tandis que la figure 14 représente cette même sortie équipée d’un filtre-passe-bas.

 

Fig 13
Fig 14

 

 
 

8 - En conclusion

 

 
C’est assurément un montage qui demande du soin et un peu d’expérience pour être mené à son terme. Pour la somme de 65 € (variable en fonction de la parité euro/dollar), vous disposerez d’un générateur 0,01 – 21 MHz stable, précis et dont le niveau peut être ajusté finement. Cet appareil pourra ainsi constituer le socle d’un petit labo, ou l’oscillateur local d’un récepteur ou émetteur-récepteur de fabrication maison. Moyennant un filtrage en sortie, vous obtiendrez un montage bien plus aisé à démarrer qu’un PLL et stable comme un quartz. Bonne réalisation.

 

 


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