1	Caractéristiques

Voici les caractéristiques principales du récepteur :

• récepteur mono canal, testé entre 15 kHz et 80 kHz
• amplificateur d'antenne intégré
• filtre passe-bande actif d'ordre 4 (bande passante inférieure à 200Hz pour les stations en dessous de 30 kHz)
• mesure de l'amplitude RMS
• sortie linéaire, réglage d'offset
• numérisation sur 12 bits
• interface USB
• alimentation intégrée

1	Synoptique

The basic principle of the SID receiver is to measure the amplitude of a VLF station and to convert it to digital data.

The signal from the antenna (usually a loop antenna) is filtered out to limit the signals to the frequencies of interest in the VLF and lower-LF frequency range.

The RF pre-amplifier section is built around one non-inverting amplifier with a gain of 21 and two inverting amplifier stages with gains adjustable between 0 and 25.

The signal is then filtered in the tuning section. The MAX275 is a continuous-time 4th-order active filter. The MAC275 is configured as a bandpass filter; center frequency, gain and Q are adjusted by resistors.

The following section is the RF post amplifier. It has a gain adjustable between 0 and 10. A buffer provides an optional carrier output with a 50Ω impedance.

Then, a full-wave rectifier and peak detector is used as a linear detector converting the RMS value of the VLF station to a DC voltage level. This level is averaged (default time constant around 1 minute) to produce a signal strength value.

DC offset can be applied to the signal strength value, before further amplification in the output amplifier section (selectable gains of x3.25, x4 and x10).

Finally, the analog to digital conversion is performed by the 12-bits ADC MAX187.

The interface between the MAX187 and the computer is done though an USB port.

Le design du récepteur a été inspiré du récepteur du Stanford Solar Center. Voir Stanford SID monitor.

Vous trouverez ci-dessous les schémas du récepteur SID, ainsi que la liste des composants :

Schéma du récepteur SID v1.1		(application/pdf, 116Kb, 05 Mar 2011)
Schéma de l'alimentation du récepteur		(application/pdf, 20Kb, 05 Mar 2011)
Liste des Composants du récepteur		(application/pdf, 88Kb, 10 Apr 2011)
Valeurs des résistances de réglage de la fréquence		(application/pdf, 45Kb, 17 Mar 2011)
Manual de construction du récepteur		(application/pdf, 15609Kb, 12 Jul 2011)

Pour visualiser ces fichiers, vous pouvez utiliser un logiciel tel que SumatraPDF (Windows) :  ou Adobe® Reader® (Windows, Mac, Linux) : 

1	Circuit Imprimé

Une petite quantité de cartes ont été réalisées par un fabriquant professionel de circuits imprimés.
L'auteur propose ces cartes au prix de 30 euros plus frais de port et d'emballage.
Merci de me contacter pour connaître les disponibilités.

Le stock de cartes est épuisé. Il n'est pas prévu de lancer la production d'un autre lot.

Voici une photo de la carte :

1

Réglages

Le réglage du récepteur impose l'utilisation d'un générateur de signaux et d'un analyseur de spectre ou d'un oscilloscope. Heureusement, les faibles fréquences utilisées permettent de s'appuyer sur une simple carte son... Pourvu que la fréquence d'échantillonnage soit de 96kHz ou 192kHz, une carte permet pour quelques dizaines d'euros de remplacer tout un labo d'électronique...
Téléchargez ensuite Spectrum Lab, un analyseur de spectre audio qui offre toutes les fonctionnalités dont nous avons besoin et plus encore. Les principes de réglage décrits ci-dessous supposent que le lecteur sait manipuler Spectrum Lab.

Tout d'abord, déconnectez JP1 et JP3 pour isoler la section 'Tuning'
Réglez le générateur de signaux de Spectrum Lab en génerateur de bruit d'un niveau de -72dB. La fonction s'appelle 'Test Tone Generators' dans le menu View/Windows.
Réglez Spectrum Lab de sorte qu'un canal de l'analyseur soit associé à la sortie du générateur de signaux(canal gauche par exemple) et l'autre relié à un canal d'acquisition de la carte son. Pour cela, utilisez la fonction 'Spectrum Lab Components' dans le menu View/Windows.

Connectez le signal généré au point de test IN.
Reliez le point MID à l'entrée de l'analyseur de fréquence.
Réglez R102A3 de sorte que le pic du filtre passe-bande corresponde à la fréquence souhaitée.
L'image suivante illustre cette étape pour une fréquence de 23.4kHz. La partie gauche du graphe montre le niveau de bruit. La partie droite est la sortie du premier filtre du MAX275.

Reliez le point OUT à l'entrée de l'analyseur de fréquence.
Réglez R102B3 de sorte que le pic du filtre passe-bande corresponde à la fréquence souhaitée.
L'image suivante illustre cette étape pour une fréquence de 23.4kHz. La partie gauche du graphe montre le niveau de bruit. La partie droite est la sortie du second filtre du MAX275.

Enfin, déconnectez le générateur et reconnectez JP1. Reliez le cable d'antenne et une entrée de l'analyseur de fréquence (canal gauche) à IN. Reliez l'autre entrée (canal droit) à OUT. Vérifiez que la station choisie est effectivement sélectionnée.
Voir l'exemple ci-dessous pour une fréquence de 23.4kHz. La partie gauche correspond au signal reçu à la sortie du préampli RF. Plusieurs stations VLF sont visibles. La partie droite correspond à la sortie du filtre avec seulement la station sélectionnée. Cette image montre la très bonne réjection des canaux adjacents.

Les dernières étapes consistent à régler le gain RF (R007, R010), ainsi que le gain final (R203, JP4/JP5) et l'offset (R504) de manière à utiliser pleinement la plage de tension du convertisseur ADC. En l'absence de signal, la sortie doit être proche de zéro (quelques centaines de mV au plus). Au milieu de la journée, la tension doit être entre 1.5 et 2V.

0	Assemblage final

1	Protocole de Transfert de données

Voici quelques précisions sur le protocole de tranfert de données entre le MAX187 et l'interface RS-232.

Les signaux du MAX187 sont affectés ainsi aux broches RS-232 :

• /CS ↔ RTS
• SCLK ↔ DTR
• DSR ↔ DOUT

Le standard RS-232 définit une tension positive comme correspondant à un niveau logique zero et une tension négative comme un niveau logique 1.

Le protocole de communication est détaillé dans les documents suivants :

•  Datasheet du MAX187
•  Application note Maxim n°827. Cette note contient un code C à titre d'exemple.

La séquence globale est la suivante :

• Mettre RTS à '0' (RTS=-5V; /CS='1') pour désélectionner le MAX187
• Mettre DTR à '1' (DTR=+5V; SCLK='0')
• Mettre RTS à '1' (RTS=+5V; /CS='0') to selectionner le MAX187. Cela initie la conversion.
• Attendre que la conversion soit complète (DOUT doit être à '1'; DSR=-5V)
• Créer 12 bits d'horloge et récupérer les bits. Les bits de poids fort sont les premiers disponibles :
  • Mettre DTR à '0' (DTR=-5V; SCLK='1')
  • Mettre DTR à '1' (DTR=+5V; SCLK='0')
  • Lire un bit (signal DOUT, DSR)
• Rajouter un 13^ième front descendant :
  • Mettre DTR à '0' (DTR=-5V; SCLK='1')
  • Mettre DTR à '1' (DTR=+5V; SCLK='0')
• Mettre RTS à '0' (RTS=-5V; /CS='1') pour déselectionner le MAX187
• Mettre DTR à '0' (DTR=-5V; SCLK='1')