Electronique > Réalisations > Interfaces > Interface tension courant 001
Dernière mise à jour : 09/05/2010Présentation
Cette interface permet de transmettre des informations numériques d'un point à un autre sur des distances assez grandes avec une simple liaison bifilaire (paire torsadée téléphone par exemple). Elle fait appel à une boucle de courant et se compose de deux parties distinctes :- un récepteur doté d'une alimentation secteur, qui reçoit les informations numériques transmises par l'émetteur et qui les restitue au format TTL (0 V ou +5 V).
- un émetteur qui tire son alimentation au travers de la liaison, et qui envoie les données qu'on lui présente sous forme TTL (0 V ou +5 V).
Un état logique bas (0 V) à l'entrée de l'émetteur se traduit par un état logique bas en sortie du récepteur. Un état logique haut (+5 V) à l'entrée de l'émetteur se traduit par un état logique haut en sortie du récepteur. Une LED située sur le récepteur fait office de double témoin de bon fonctionnement. Au repos (sans transmission d'information), la LED est allumée et indique la présence de la tension d'alimentation. Lors d'un transfert de données, la LED clignote au rythme des données reçues et indique le bon fonctionnement de la transmission. Côté récepteur et émetteur, une alimentation abaissée et stabilisée à +5 V permet de fournir l'énergie nécessaire au circuit fournissant les données à transmettre et au circuit les réceptionnant. La consommation globale de l'interface seule est de l'ordre de 5 mA au repos et est comprise entre 15 et 20 mA en moyenne lors de la transmission des données (courant crête dans la boucle compris entre 30 mA et 40 mA).
Schéma
Le voici au complet, avec son alimentation secteur. Il a a moyen de faire plus simple avec des circuits intégrés spécialisés, mais je ne les maîtrise pas.
Alimentation
L'alimentation secteur est tout à fait traditionnelle, il n'y a pas de piège. Au niveau du circuit récepteur, on dispose de deux tensions distinctes :- une tension de +12 V par rapport à la masse, qui va servir pour la boucle de courant. Cette tension de +12 V servira aussi au niveau de l'émetteur pour générer un +5 V local;
- une tension de +5 V par rapport à la masse, qui va servir pour le circuit réceptionnant les données.
Côté récepteur
La tension de +12 V est obtenue avec un régulateur de tension fixe positif de type 7812 (U1) qui fait suite à un redressement bi-alternance par diodes et filtrage par condensateur. La valeur de cette tension n'est guère critique. On peut très bien utiliser une tension comprise entre 8 V et 15 V, mais je conseille toutefois de rester dans la plage 10 V à 12 V. En dessous de 10 V et avec un très grand câble de faible section, on risque de ne plus avoir assez de tension à l'arrivée pour alimenter de façon sûre le circuit fournissant les données à transmettre. Au dessus de 12 V et avec un câble court, la dissipation de puissance du régulateur de tension +5 V situé sur l'émetteur risque de provoquer un échauffement excessif si le circuit qui envoie les données consomme pas mal de courant (ce qui toutefois est déconseillé comme on le verra plus loin). Le régulateur de tension +5 V modèle 78L05 (U2) ne peut pas fournir plus de 100 mA. C'est en effet la version "miniature" de son grand frère 7805 capable de fournir 1 A. Si le circuit qui réceptionne les données transmises consomme plus de 80 mA, je vous conseille de remplacer le 78L05 par un 7805 (attention dans ce cas aux numéros des broches qui sont inversées, entre entrée et sortie desdits régulateurs).
Côté émetteur
Le circuit émetteur dispose d'un avantage de taille : point besoin de lui apporter une tension d'alimentation annexe, il profite de la tension présente entre les deux fils de la liaison. Cette tension étant de +12 V, un second régulateur de type 78L05 est mis à contribution pour disposer d'un +5 V local. Comme la tension continue de +12 V disponible ici n'est pas très propre au moment où ont lieu les transmissions des données, un découplage additionnel est effectué par le trio de choc D8 / C8 / C9, juste avant le régulateur de tension 5 V.
Très important : la consommation du circuit qui transmet les données et qui profite de ce +5 V ne doit pas dépasser 10 mA au grand maximum ! Une consommation supérieure (par exemple de 50 mA) ne poserait pas de problème au niveau du régulateur de tension lui-même, mais le courant min de la boucle dépasserait alors la valeur normalement présente en absence de transmission de données, et le récepteur croirait qu'il y a transmission permanente d'une information "positive" (état logique haut en permanence). Bref, ça ne fonctionnerait plus du tout.
Liaison en courant
Pour bien voir ce qui se passe au niveau de la liaison durant le transfert des données, il convient de regarder "en même temps" le circuit émetteur et le circuit récepteur. Pour faciliter les choses, nous allons d'abord voir ce qui se passe quand l'entrée du circuit émetteur est à l'état logique bas. Ensuite, nous verrons ce qui se passe quand l'entrée du circuit émetteur est à l'état logique haut.Entrée émetteur à l'état logique bas (0 V)
Le transistor Q3 reçoit une tension nulle sur sa base, ce qui le place à l'état bloqué (non conduction entre ses broches émetteur et collecteur, on a là un interrupteur ouvert). Le courant qui circule dans la boucle est donc relativement faible, de l'ordre de quelques mA. Cette consommation minimale est liée à la présence du régulateur de tension +5 V (côté émetteur) et du circuit qui est branché derrière, qui passent "en parallèle" sur le transistor Q3. Côté recepteur, les deux point A et B présentent donc un lieu de passage faible et les diodes D5 et D6 ne conduisent pas assez pour que la tension développée à leurs bornes soit suffisante pour faire conduire le transistor Q1 (au travers de la résistance de base R2). Pour donner un ordre de grandeur, cette tension (entre anode de D5 et masse) est de quelque 450 mV quand le courant dans la ligne est de 10 mA. Q1 étant bloqué, on trouve une tension sur son collecteur qui est suffisante pour faire conduire le transistor Q2. Q2 étant conducteur, la LED D7 s'allume et la sortie Out se trouve à l'état logique bas (environ +0,2 V).
Entrée émetteur à l'état logique haut (+5 V)
Le transistor Q3 reçoit une tension positive sur sa base au travers de la résistance R6, ce qui le place à l'état saturé (ou passant, conduction entre ses broches émetteur et collecteur, on a là un interrupteur fermé). Le courant qui circule dans la boucle augmente et vaut alors quelques dizaines de mA. La valeur exacte de ce courant dépend comme tout à l'heure du régulateur +5 V et du circuit qui profite de lui, mais aussi de la valeur des résistances R1 et R7 qui sont désormais mises en circuit grâce à Q3. J'ai failli oublier la résistance R8 et sa LED D9, également sous tension elles aussi. Le courant de boucle est donc désormais d'environ 30 mA. Cette fois la tension présente aux bornes de R1 et des deux diodes D5 et D6 est suffisante pour faire conduire le transistor Q1. Ce dernier se saturant, la tension au collecteur chute à environ +0,2 V, ce qui a pour effet de bloquer le transistor Q2. Il est donc tout à fait naturel que la tension présente au point de sortie Out monte d'un coup puisque le courant traversant R4 devient alors quasiment nul. La LED D7 en profite pour se reposer et s'éteindre.
Vitesse maximale de transmission
La vitesse maximale de transmission dépend principalement de la longueur du câble qui relie l'émetteur au récepteur. Elle dépend aussi de la valeur donnée aux composants R2 et C7 qui forment un filtre passe-bas rudimentaire mais normalement suffisant. Si les deux modules émetteur et récepteur sont côte à côte, une vitesse de plusieurs centaines de kHz est tout à fait possible. A partir de quelques dizaines de mètres, il est tout de même plus raisonnable de se limiter à quelques dizaines de kHz. Ce module ayant été conçu pour ma télécommande 002 qui envoie et reçoit des données à la vitesse de 9600 bauds, cela convient tout à fait. Au dela, et si de grandes longueurs de câble sont utilisées, il faudra procéder à des essais sérieux, surtout si une grande fiabilité est requise.Choix du câble : on travaille ici en courant et non pas en tension. Il est inutile (et même déconseillé) de prendre du câble coaxial blindé (style câble pour liaison BF), qui présente une capacité parasite élevée et qui donnerait au final des résultats moins bons que ceux que l'on peut attendre avec une simple paire torsadée téléphonique.