Mini-projet Electronique

Mini-projet Electronique
Decryptel
Professeur responsable :
Etudiants I1 :
Alain LE DUFF
FRANÇOIS Sébastien
BARON Julien
Projet Decryptel
Sommaire
1. Introduction
3
2. But
3
3. Schéma fonctionnel du crypteur
3
4. Etude du décrypteur
3
1)
Synoptique du décrypteur
5. Description
4
4
1)
Bloc A2 : la boucle à verrouillage de phase
4
2)
Bloc A3 : le filtre
6
3)
Script Matlab utilisé
7
4)
Bloc A1 : le multiplicateur
8
6. Modélisation du montage
1)
Le multiplieur (bloc A1)
2)
La boucle à verrouillage de phase (bloc A2)
7. Tests
9
9
10
11
1)
Test du filtre (bloc A3)
11
2)
Réponses en fréquence théorique et expérimentale
11
8. Réalisation
12
1)
Schéma complet du montage
12
2)
Implantation des composants
13
3)
Typon
13
4)
Liste des composants
14
9. Conclusion
15
2
Projet Decryptel
1. Introduction
L’année de I1 comporte un mini-projet en électronique, le but de ce mini-projet est de concevoir un
système électronique puis de réaliser un prototype et de s’assurer qu’il fonctionne correctement.
Le sujet qui nous a été proposé consistait à mettre au point une maquette permettant de décrypter un
signal audio (transmis, par exemple, par un téléphone). Le signal reçu est crypté par une simple
inversion de spectre et comporte une fréquence pilote pour aider à sa décryption.
2. But
Etude et réalisation d’un système de décryptage de signal audiofréquence téléphonique
correspondant à une bande de 300Hz à 3400Hz.
3. Schéma fonctionnel du crypteur
4. Etude du décrypteur
Le signal reçu en entrée est à un signal crypté, ce signal est spectralement l’inverse exact du signal
d’origine.
Nous procèderons par démodulation synchrone, en nous aidant d’une fréquence pilote placée dans
le signal crypté.
Exemple de signal :
S1(F)
-3400
-300
+300
+3400
F(Hz)
3
Projet Decryptel
1) Synoptique du décrypteur
s1
s3
A1
s4
A3
s2
300-3400 Hz
PLL
A2
3700 Hz
Le signal S1 n’a pas besoin d’être filtré, il l’a été au niveau du dernier étage du crypteur.
S1(F)
-3700
-3400
-300
+300
+3400 +3700
F(Hz)
5. Description
1) Bloc A2 : la boucle à verrouillage de phase
Ce bloc est constitué d’une boucle à verrouillage de phase calée sur 3700Hz. Elle nous permet de
reconstituer le signal pilote en phase et ce, malgré des variations de fréquence.
S2(F)
-3700
-3400
-300
+300
+3400 +3700
F(Hz)
4
Projet Decryptel
S3(F)
(Temporelle)
-5400
-3700
+3700
+5400
F(Hz)
En multipliant le signal crypté par le signal pilote reconstitué, on obtient le signal crypté en
doublant la fréquence du signal pilote. Ensuite, on peut récupérer le signal par simple filtrage
(d’ordre suffisant pour atténuer le spectre supérieur et la fréquence pilote).
Notre PLL fournissant en sortie un signal carré, on obtient les différences suivantes :
S2(F)
-18,5k
-11,1k
Spectre de la porteuse carrée
-3,7k
+3,7k
+11,1k
+18,5k
F(Hz)
5
Projet Decryptel
S3(F)
-18,5k
-3,7k
-11,1k
+3,7k
+11,1k
+18,5k
F(Hz)
La multiplication du signal crypté par un carré provoque donc un étalement spectral, mais le bloc
A3 effectuant un filtrage passe bande (300-3400Hz), on obtient en sortie directement le signal
décrypté.
2) Bloc A3 : le filtre
Filtre passe bande, constitué :
•
•
d’un filtre passe-haut du 1er ordre coupant à 130Hz
d’un filtre passe-bas du 8ème ordre, de type Butterworth, coupant à 3720Hz.
La caractéristique de ce filtre devra respecter celle d’un filtre CCITT avis G132.
Nous utiliserons un script Matlab pour calculer la valeur des différents composants normalisés à
employer pour le réaliser selon une structure de type Sallen-Key.
Les composants employés seront des capacités et résistances de précision, afin d’assurer une
caractéristique fidèle.
S4(F)
-3,72k
-130 +130
+3,72k
6
Projet Decryptel
3) Script Matlab utilisé
clear all;
%%RAZ
%%%% Intervalle de fréquences
F = [100:1:10000];
Wm = 2*pi*F;
%%%%
X1 =
Y1 =
g1 =
Gabarit
[300 301 3000 3001 3400 3401];
[ 30 0.5 0.5
1
1
30];
interp1(X1,Y1,F,'linear');
% interpolation linéaire pour relier les points
X2 = [0 200 201 3400 3401 4600 4601 5000];
Y2 = [0
0 -0.5 -0.5
0
0
25
25];
g2 = interp1(X2,Y2,F,'linear');
% interpolation linéaire pour relier les points
%%%% Filtre Passe - haut
fc1 = 130;
Wn1 = 2*pi*fc1;
[N1,D1] = butter(2,Wn1,'high','s');
% calcule les coefficients du numérateur et du dénominateur d'un filtre
% de type Butterworth passe bas en fréquence réduite
%%%% Filtre Passe - bas
fc2 = 3720;
Wn2 = 2*pi*fc2;
[N2,D2] = butter(8,Wn2,'s');
% calcule les coefficients du numérateur et du dénominateur d'un filtre
% de type Butterworth passe bas en fréquence réduite
%%%% Domaine fréquentiel
sys1 = tf(N1,D1);
% créé une fonction de transfert à partir des coefficients
[module1,phase1] = bode(sys1,Wm);
% calcule la réponse en fréquence, module et phase
sys2 = tf(N2,D2);
[module2,phase2] = bode(sys2,Wm);
figure(1);
plot(F,-20*log10(module2(1,:))-20*log10(module1(1,:)),'g',F,g1,'b',F,g2,'r');
hold on;
axis([0 5000 -1 26]);
%%%% filtre réel %%%%
f = [50 80 100 125 160 200 500 1000 1540 2000 2500 3000 3500 3630 3850 4000
4170
4350
5000]'; %4545
4761
a = [-8.5 -5.5 -4.2 -3 -2.1 -1.6 -0.3 -0.05 0 0 0 -.4 -1.5 -2.2 -4 -6 -7 -10.5 20.5]'; %-3.4 -5.7
plot(f,-a,'-om');
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
grid
xlabel('Fréquence (Hz)');
ylabel('Atténuation (dB)');
title('Filtre CCITT - avis G132 - Gabarit');
7
Projet Decryptel
4) Bloc A1 : le multiplicateur
Le multiplicateur est l’élément principal du décrypteur.
En multipliant le signal crypté par la porteuse reconstituée, on convolue le spectre du signal crypté
par celui de la porteuse, on récupère ainsi le signal originel.
On peut le réaliser de différentes manières :
Multiplicateur Analogique
Avantages :
On démodule en utilisant une sinusoïde
sans étalement de spectre
A0
Inconvénient :
Prix élevé > 40
A1
Multiplicateur Analogique à transistors
Non réalisable en composants discrets
(variation de température à compenser
etc…).
Nécessite deux AOP (suiveur et inverseur)
et un multiplexeur analogique pour
aiguiller le signal direct ou son opposé.
Multiplexeur Analogique
Ve
Structure à AOP et FET
Cette structure nous permet simplement de
multiplier le signal crypté par -1 ou +1 au
rythme de la porteuse.
Ve
Porteuse
reconstituée
Nous retiendrons la structure à AOP et FET, pour sa simplicité de mise en œuvre et son faible coût.
Le FET utilisé est un BF245 (canal N)
Commande du FET
bloqué
<-5v
saturé
0v
8
Projet Decryptel
6. Modélisation du montage
1) Le multiplieur (bloc A1)
V− =
Ve
R
+
2
R
V+ =V−
RDS
V
1
Ve
−
= s
R + RDS 2
2
Vs
R
=
Ve + Vs
2
V + = Ve
Ve
RDS
R + RDS
2 RDS − R − RDS Vs
=
2(R + RDS )
2
Vs RDS − R
=
Ve RDS + R
Donc, lorsque RDS est infinie (FET bloqué), Vs/Ve = 1
et lorsque RDS est faible Vs/Ve = -1.
D’après la documentation du BF245B, caractéristique de RDS
La porteuse sera reconstituée par une boucle à verrouillage de phase NE567 calée sur la fréquence
de la porteuse.
Celle-ci nous fournit à sa sortie un signal carré en phase avec la porteuse du signal crypté.
La sortie a un retard de /2 sur la porteuse. Il nous faut interfacer la PLL avec le FET au moyen
d’un AOP inverseur avec un décalage :
Sortie de la PLL
5v
0v
Etat du FET
bloqué
<-5v
saturé
>0v
9
Projet Decryptel
2) La boucle à verrouillage de phase (bloc A2)
Fonctionnement de la boucle à verrouillage de phase NE567 :
La PLL nous fournit en sortie (broche 8) un signal carré oscillant à la fréquence de la porteuse, à
partir d’un oscillateur local de fréquence proche de la fréquence pilote.
L’oscillateur intégré utilise le couple R1C1.
La documentation nous permet de déterminer leurs valeurs :
1
f0 =
= 3,7 kHz avec 2kΩ < R1 < 20kΩ
1,1 * R1C1
Soit R1 = 5750Ω et C1 = 47nF
Dans la pratique, nous avons utilisé une résistance talon de 4.7k en série avec une résistance
variable de 4.7k , pour permettre un réglage de la fréquence de l’oscillateur de la PLL.
La résistance R2 fixe le palier de tension en entrée pour laquelle la sortie est nulle, nous utiliserons
la valeur recommandée :
R2 = 130kΩ
D’après la documentation de la NE567, C2 permet de fixer la bande passante dans laquelle la PLL
se synchronise :
D’après la figure 4 pour BP = 4% f 0
f 0 .C2 = 16.103 soit
C2 = 4,7 µF
C3 est fixé à sa valeur typique :
C3 = 2 * C2 ≈ 10µF
10
Projet Decryptel
7. Tests
1) Test du filtre (bloc A3)
Après câblage et test individuel de chacune des cellules du filtre passe-bas du 8ème ordre, nous
avons relevé à l’aide d’un décibel-mètre la réponse en fréquence du filtre complet (filtre passe-haut
suivi du filtre passe-bas :
F(Hz)
A(dB)
50
8.5
80
5.5
100
4.2
125
3
160
2.1
200
1.6
500
0.3
1000
0.05
1540
0
F(Hz)
A(dB)
2500
0
3000
0.4
3500
1.5
3630
2.2
3850
4
4000
6
4170
7
4350
10.5
5000
20.5
2000
0
2) Réponses en fréquence théorique et expérimentale
Légende :
Mesures expérimentales
Prévisions
11
8. Réalisation
Projet Decryptel
1) Schéma complet du montage
12
2) Implantation des composants
Projet Decryptel
3) Typon
13
Projet Decryptel
4) Liste des composants
Quantité
1
1
2
5
1
1
1
2
1
2
1
2
1
1
1
1
2
1
1
1
7
4
1
1
1
2
2
2
1
1
2
2
3
1
2
1
2
2
1
Valeur
1.5n
1K
1N4148
1n
2.2k
2.2n
3.3n
4.7n
4.7u
10k
10u
15n
22k
47
47n
47n
47n
100K
100n
100n
100n
130k
1000
1000u
1580
1780
4700
7805T
9090
16200
BAN
BF245
CONBNC
NE567N
TL081P
TL082P
TL084P
Boitier
C025-025X050
LED3MM
E15-5
0204/5
DO35-10
E15-5
0204/5
E15-5
E15-5
E15-5
E2-5
0204/5
E2-5
E22-6
0204/5
0204/5
C025-025X050
E2-5
E22-6
0204/5
C025-024X044
C025-025X050
C050-075X075
0204/5
0204/5
E3,5-10
0204/7
0204/7
0204/5
TO220H
0204/7
0204/7
BANANE_FIN
TO92
CON-BNC
DIL08
DIL08
DIL08
DIL14
Identifiant du composant
C10
U$2
C23, C25
R1, R2, R3, R8, R10
D1
C24
R22
C19, C29
C20
C26, C30
C1
R5, R21
C11
C28
R12
R11
C21, C22
C12
C18
R4
C3, C4, C5, C8, C9, C16, C27
C2, C13, C14, C15
C17
R7
R9
C6, C7
R15, R16
R13, R14
R6
IC3
R19, R20
R17, R18
U$1, U$3, U$4
Q1
U$5, U$6
IC2
IC1, IC5
IC4, IC7
IC6
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Projet Decryptel
9. Conclusion
Au cours de ce mini projet, nous avons pu éclaircir mais aussi revoir par la pratique ce que nous
avions appris en cours concernant la représentation fréquentielle d’un signal. Ce projet nous a aussi
permis de mieux cerner quel pouvait être l’emploi d’une boucle à verrouillage de phase pour
reconstituer une porteuse.
Nous avons pu aussi acquérir des astuces de réalisation, comme pour la mise en place du
multiplicateur à amplificateur opérationnel et transistor à effet de champ.
La partie qui a été à nos yeux la plus importante fut la modélisation du système, d’abord dans la
phase d’étude, lorsqu’à l’aide de Matlab nous avons pu calculer les valeurs des composants discrets
à employer pour notre filtre, mais aussi lorsque nous avons exprimé le modèle du multiplicateur.
Ce projet nous a donc intéressés par l’ensemble des domaines auquel il faisait appel. Nous
regrettons cependant que la carte ne soit plus utilisable en l’absence d’un crypteur.
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