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Electronique > Réalisations > Phasemètre (corrélateur de phase) 002 - Pro

Dernière mise à jour : 30/01/2022

Présentation

Ce phasemètre (corrélateur de phase) permet d'évaluer le taux de déphasage entre deux voies G et D d'un signal audio stéréo. Il s'agit d'une évolution du phasemètre 001, qui offre une plage de mesure plus étendue et une détection d'absence de modulation.

Le circuit d'affichage est basé sur un PIC 16F88, et permet une étendue de mesure sur 31 LED au maximum, pour un pas de 6 degrés.
L'affichage peut se faire en mode "point" ou en mode "barre".

Deux versions ont été réalisées :
- schéma 002 : version du 18/03/2018
- schéma 002b : version du 05/05/2019 (détail des modifications au paragraphe Historique)
- schéma 002bb : version du 30/01/2022 (détail des modifications au paragraphe Historique)

Les caractéristiques principales sont identiques pour les trois versions.

Avertissement

Un phasemètre (ou corrélateur de phase) n'est pas un indicateur de défaut de phase fiable à 100%. Il analyse en effet le signal audio dans sa globalité, incluant l'ensemble des fréquences du spectre audio (20 Hz à 20 kHz). Si dans le signal audio analysé il se trouve une grande composante de graves "en phase" avec une petite composante d'aigus "en opposition de phase", le corrélateur de phase ne montrera pas le problème situé dans les aigus, car le "gros signal" de basses aura le dessus. Il est donc important d'associer un second outil au corrélateur de phase : une paire d'oreilles. Remarque : j'ai développé une solution technique qui rend le corrélateur de phase très fiable, mais comme il n'habitue pas l'opérateur du son débutant à faire travailler ses oreilles, je garde l'idée pour moi ;)

Schéma 002

Partie supérieure du schéma pour la conversion phase/tension et régulation d'alimentation, et partie inférieure pour l'affichage LED.

La technique de mesure de déphasage reste la même que celle adoptée pour le phasemètre 001. Seul le module d'affichage a été revu pour permettre une plage de mesure plus étendue : 15 points, 21 points, 25 points ou 31 points. Le comportement de l'affichage dépend du mode d'affichage (décrit en détail plus loin) mais répond globalement au descriptif ci-après :

Absence audio sur voies G et D : allumage fixe LED jaune centrale
Présence audio sur voie G seule : allumage LED jaune centrale avec de temps en temps allumage de la ou des LED voisines
Présence audio sur voie D seule : allumage fixe LED jaune centrale
Présence signal stéréo "normal" : allumage d'une ou plusieurs LED vertes (rouges occasionnellement)
Présence signal stéréo "hors phase" : allumage d'une ou plusieurs LED rouges
Présence signal mono "en phase" (G = D) : allumage première LED verte en fixe
Présence signal mono "hors phase" (G = -D) : allumage dernière LED rouge en fixe (ou de toutes les LED)

Bien entendu, l'intérêt de cet appareil de contrôle est très limité en cas d'absence audio sur l'une des deux voies...

Principe de fonctionnement

Le convertisseur phase/tension est axé sur les comparateurs de tension U1:A et U1:B (contenus dans un même boîtier LM393) et sur les deux portes logiques OU exclusif U2:B et U2:C (les portes U2:A et U2:D ne sont pas utilisées). Le résultat de la "conversion logique" est un signal numérique composé d'une suite d'états logiques haut et bas dont les durées dépendent des signaux audio appliqués sur les entrées G et D. Ce signal passe ensuite dans le filtre passe-bas intégrateur R9/C4, lui-même suivi de l'atténuateur résistif R10/R11. Ce dernier a pour but de réduire l'amplitude de la tension représentative de la phase car le circuit d'entrée est alimenté en 12 V, alors que le PIC qui va recevoir cette tension "de phase" est alimenté en 5 V.

En résumé, on dispose au point noté Vph, d'une tension "continue" dont la valeur dépend du déphasage entre les voies G et D. Plus le déphasage entre voies gauche et droite est élevé, et plus la tension Vph est élevée.

Détection présence audio

En absence de signal audio sur l'entrée gauche, la LED centrale jaune s'allume en permanence. Dès qu'un signal audio est appliqué sur les entrées audio, l'affichage évolue en fonction des différences de phase entre les deux voies gauche et droite. La détection de présence audio ne s'opère que sur la voie gauche, car si on applique un signal stéréo contenant un signal mono avec les deux voies en parfaite opposition de phase, le signal résultant de la sommation est nul. Et dans ce cas, l'afficheur indique absence audio au lieu d'indiquer un déphasage à 180 degrés.

Le signal de la voie d'entrée gauche est appliqué à l'entrée RA1/AN1 après avoir subi un décalage (offset) de 2,4 V environ, tension ajustable via RV1. Le logiciel du PIC analyse en permanence la tension sur RA1/AN1, et en déduit si oui ou non il y a présence d'un signal audio (avec moyennage glissant sur les 50 dernières mesures).

Principe d'affichage et modes d'affichage

L'affichage est de type multiplexé, la fréquence de rafraichissement est de l'ordre de 1000 Hz. La procédure d'affichage est réalisée en deux étapes totalement distinctes, mais évidemment "reliées" entre elles :

- détermination des LED à afficher, valeurs individuelles (binaires) stockées dans un seul mot long (32 bits, 4 octets)
- affichage en mode multiplexé, en 4 groupes de 8 LED

En procédant ainsi, et selon le mode d'affichage sélectionné (modes décrits ci-après), on peut avoir entre 1 et 8 LED allumées simultanément.

Remarque : afin de permettre l'utilisation de LED standard, un buffer en courant est requis pour chaque liaison B1-C1 à B4-C4. Il est en effet hors de question de demander à ces lignes de débiter plus de 20 mA.

Deux possibilités donc :

- utilisation de LED standards / 20 mA -> buffer obligatoire et résistances série LED R17 à R24 de 100 ohms minimum.
- utilisation de LED haute luminosité / 1 mA -> pas de buffer (comme sur le schéma et résistances série R17 à R24 de 1 kO à 4,7 kO.

Dans le second cas, les lignes qui pilotent les anodes communes ne débitent pas plus de 8 mA, et la différence de luminosité entre 1 LED allumée et 8 LED allumées sur un même groupe se fait peu sentir.

Huit modes d'affichages sont proposés : modes Point ou Barre avec 15, 21, 25 ou 31 LED.

La sélection du mode se fait en pressant le bouton-poussoir SW1. La première et la dernière LED de la zone active dépendent du mode sélectionné :

Mode 1 : mode point sur 15 LED (7 LED vertes, 1 LED jaune, 7 LED rouges) - LED9 à LED23
Mode 2 : mode point sur 21 LED (10 LED vertes, 1 LED jaune, 10 LED rouges) - LED6 à LED26
Mode 3 : mode point sur 25 LED (12 LED vertes, 1 LED jaune, 12 LED rouges) - LED4 à LED28
Mode 4 : mode point sur 31 LED (15 LED vertes, 1 LED jaune, 15 LED rouges) - LED1 à LED31
Mode 5 : mode barre sur 15 LED (7 LED vertes, 1 LED jaune, 7 LED rouges) - LED9 à LED23
Mode 6 : mode barre sur 21 LED (10 LED vertes, 1 LED jaune, 10 LED rouges) - LED6 à LED26
Mode 7 : mode barre sur 25 LED (12 LED vertes, 1 LED jaune, 12 LED rouges) - LED4 à LED28
Mode 8 : mode barre sur 31 LED (15 LED vertes, 1 LED jaune, 15 LED rouges) - LED1 à LED31

A chaque pression sur SW1, l'affichage indique pendant environ 1 seconde, le mode d'affichage en cours en allumant les LED extrêmes. Par exemple si le mode actuellement sélectionné est le mode 3 (affichage sur 25 LED), les LED N°4 et N°28 s'allument pour montrer l'étendue de la plage de mesure. Remarque : avec la version LE disponible en libre service, seul le mode 1 est disponible.

Le fait de garder la LED jaune centrale en position "LED16" quel que soit le mode d'affichage choisi offre l'avantage de conserver les 31 LED en place, même si on ne les utilise pas toutes, avec l'idée que le mode désiré peut ultérieurement changer.

Schéma 002b

Système amélioré par rapport au schéma 002 (ajout de composants et changement de valeurs).

Schéma volontairement embrouillé

Cette version 002b permet :

- un affichage avec n'importe quel type de LED jusqu'à 20 mA (par LED), même en mode ruban.
- un ajustage précis pour l'éclairage de la LED 180 degrés (D31).

Prototypes

Réalisés conformément aux dessin du circuit imprimé (PCB) ci-après, version 002b (-Rev1 et -Rev2), avec LED rectangulaires.

Prototype 002b-Rev1

Cette version 002b-Rev1 comportait des erreurs qui ont été corrigées dans la version 002b-Rev2. Elle est 100% fonctionnelle, mais la luminosité est moindre en utilisant des LED normales (le buffer en courant ne pouvait pas être implanté, à cause d'une bête erreur de routage provoquant un affichage erroné).

A gauche, déphasage de 90 degrés entre L et R (jaune). A droite, déphasage de 135 degrés (rouge).

L'étalonnage a été réalisé avec des signaux 1 kHz / 100 mV délivrés par un générateur de labo possédant deux sorties dont chacune peut être ajustée en phase au millidegré près. Je me suis contenté du degré près ;)

Prototype 002b-Rev2

PCB corrigé, cette fois tout est conforme à ce que j'avais prévu au départ et le circuit est (toujours) fonctionnel.

Encore bien du temps passé pour essayer d'aligner correctement les LED...

La encore, l'étalonnage a été réalisé avec des signaux 1 kHz / 100 mV délivrés par mon générateur de labo.

Circuits imprimés (PCB)

Les deux versions ont été finalisées.

Version 002

Version initiale et fonctionnelle... mais dans laquelle j'avais oublié la connexion du bouton-poussoir permettant de changer le mode d'affichage.

Les LED peuvent être câblées sur la face "composants" (Top) ou sur la face "cuivre" (Bottom), selon qu'on désire avoir l'information "Déphasage 180 degrés / -1" à gauche ou à droite (généralement, c'est à gauche).

Version 002b-Rev1

Non détaillé ici (erreur sur PCB imposant l'utilisation de LED haute luminosité).

Version 002b-Rev2

Les LED ont subi une rotation de 90 degrés, le tracé des pistes a donc été un peu modifié. Bien entendu, j'ai profité de cette mise à jour pour inclure le bouton-poussoir permettant de changer le mode d'affichage, que j'avais oublié dans la V002.

Version 002bb

Uniquement changement de régulateur de tension (version CMS au lieu de TO220). Tout le reste (matériel et logiciel) est inchangé.

Modes Normal et Programmation

Les cavaliers JP1 et JP2 permettent de configurer le système dans le mode Normal ou Programmation (du PIC).

Logiciel du PIC

Le logiciel pro dispose des 8 modes d'affichage. Le logiciel allégé (LE) disponible en libre téléchargement ici ne propose que le mode d'affichage N°1 (mode "point" sur 15 LED, LED9 à LED23).

Phasemètre 002 - PIC 16F88 - LE (18/03/2018)
pro Phasemètre 002b - PIC 16F88 (05/05/2019) - Non disponible
pro Phasemètre 002bb - PIC 16F88 (30/01/2022) - Non disponible

Si vous souhaitez recevoir par la poste un PIC préprogrammé et prêt à utiliser, merci de consulter la page PIC - Sources.

Historique

30/01/2022
- Remplacement du régulateur de tension TO220 par une version CMS dans le but de réduire la hauteur totale (version PCB 002bb). Le boîtier TO220 pouvait certes être incliné, mais ce n'était pas le top. Aucun changement pour le reste.

13/12/2020
- Ajout photos prototype 002b-Rev2 (logiciel PIC inchangé).

05/05/2019 (version 002b-Rev2)
- Modification logiciel PIC (amélioration du système de détection absence audio).
- Ajout d'un réglage fin pour la valeur "phase 180 degrés".
- PCB : rotation des LED de 90 degrés pour les placer "à plat" sur le circuit.
- PCB : ajout connecteur pour bouton-poussoir du mode d'affichage SW1 (oublié dans la première version).

18/03/2018
- Première mise à disposition.