L 19624 - 336 - F: 5,95 €

Nº 336 JUIN 2006

mensuel(B) 6,55 € • (CH) 11,30 FS (CAN) 8,35 $Can.DOM surface 7,00 € • DOM avion 8,75 €

ISSN 0181-7450www.elektor.fr

La RFID !Notre futur antérieur ?Le hasard fait bien les choses 8-))), nousavions prévu comme thèmes de cenuméro de juin 2006, la technologieRFID et la mesure et que décide laFIFA ? De doter les tickets de la Coupedu Monde de Football d’une puce RFID.Soyons honnêtes, nous le savions déjà.Un coup d’oeil au sommaire de cenuméro et à son contenu suffira à vousconvaincre que nous avons respecténotre contrat. Près de 60% de l’espacerédactionnel est consacré à ces2 thèmes. Il est très peu probable quevous fassiez partie de ceux qui ont puobtenir un ticket pour la Coupe duMonde de Foot 2006, raison de plus delire l’article Football High-Tech qui vousdévoilera les derniers bruits de coursivesur les technologies utilisées. Les e-pas-seports sont l’une des dernièresconquêtes (victimes) de la RFID, unetechnologie à puce venant remplacer lescodes à barres introduits il y a quelquesannées à peine à grand renfort de scan-ners en tous genres. Un dernier article,RFID & sécurité fait le point sur la situa-tion délicate dans laquelle se trouveRFID face aux attaques potentielles devirus. Les premiers ont été testés…Le second thème sur lequel repose cenuméro est celui de la Mesure. Nousavons pensé qu’il était intéressant defaire un petit test comparatif dequelques Scopemètres du marché. Nousen avons examiné 10 de manière àpouvoir nous faire une idée de ce quiexiste et ainsi vous donner quelquesrepères utiles lors d’un achat éventuel.Nous vous proposons ensuite une tri-plette d’instruments de mesure allantd’un détecteur de court-circuit sans fil àun émetteur de test stéréo en passantpar un contrôleur de câbles réseau. Dequoi donner envie de réaliser à diffé-rentes catégories de lecteurs, du dépan-neur occasionnel au responsable deréseaux informatiques en passant par leradioamateur. Les habitués d’Elektor retrouvent les dif-férentes séries d’articles démarrées endébut d’année, le cours FPGA, Moddezavec Jeroen qui cette fois utilise une car-touche d’imprimante à jet d’encre à unetoute autre fin que celle à laquelle elleest destinée à l’origine… Nous n’allonspas tout vous dévoiler ici…, la mise enoeuvre de E-blocks, et bien sûr notreHexadoku qui nous permet de recevoirplus de courriers féminins que jamaisauparavant…Puisque nous en sommes à parler dufutur, n’oubliez pas que d’ici un moisvous pourrez vous attaquer à notrenuméro double d’été.

Guy Raedersdorf Rédacteur en chef

3030

La Coupe du Monde de Football constituele podium idéal pour la présentation aupublic le plus nombreux de la télévision à

Haute Définition (TVHD).C’est aussi la premièrefois, pour un événementinternational de cette enver-gure, que les tickets sontdotés de puces RFID. Laballe à puce, ça c’est pourplus tard ! Intéressons-nousau rôle de l’électroniquedans cette opération multi-média(tique).

Ce petit projet degénérateur réservedes surprises : soncircuit raffinéengendre un sinus àtrès faible distorsionharmonique, un signal intermédiairemultiplexé et un signal stéréo FM..

16 Football Hi-Tech

L’objectif primaire d’un scopemètre est d’êtremobile. Comme les oscilloscopes USB, nombred’entre eux sont des instruments de mesure multi-fonctions. S’il en existe quelques-uns qui sont de pursoscillos, la plupart peut également faire office, parexemple, de multimètre ou d’analyseur FFT. Nousallons vous en présenter quelques-uns.

Tout en mainTout en main

52 Émetteur test stéréo

elektorelektorl’électronique imaginative

Les nouveaux e-passeports introduits dans différents pays européenssont équipés d’une étiquette RFID permettant aux services de sur-veillance des frontières de vous connaître sous toutes les coutures. Ilest espérer qu’il n’y ait pas d’oreille indiscrète dans les parages…

22 Passeport à puce

29e annéeJuin 2006Nº 336

SOMMAIRE

16 Football Hi-Tech

22 Passeport à puce

70 E-blocks et protocole X10

76 Bruits de labo – Masse en étoile

40 Cherchez l’erreur

46 Contrôleur de câbles réseaux

52 Émetteur test stéréo

58 Cours de FPGA – 3e partie :coeurs et systèmes enfouis

64 Cartouche d’inkjet en tampon électronique

69 Secrets du concepteur

9 Projets de lecteur

51 RétroniqueElektorscope (1976/1977)

75 Hexadoku

28 RFID & sécuritéLes virus menacent-ils les étiquettesRFID ?

6 Ours

8 Courrier

12 Infos & Actualités

30 Scopemètres – Tout en main

79 Aides à la réalisation

84 Avant-première deJuillet/Août

théorie

pratique

technologie

info & marché

récréation

elektor - 6/20066

29ème année, N° 336 juin 2006

ISSN 0181-7450Commission paritaire N° 1004U8313

ELEKTOR / SEGMENT B.V.

c/o Regus Roissy CDG1, rue de la Haye • BP 12910

95731 Roissy CDG CedexTél. : (+33) 01.49.19.26.19Fax : (+33) 01.49.19.22.37

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Elektor désire être une sourced’inspiration pour ses lecteurs, lesintéresser à l’électronique, par ladescription de projets à faire soi-même, et les tenir au courant desdéveloppements en électroniqueet en micro-informatique.

Elektor paraît 11 fois, le numéro dejuillet/août est un numéro double.

Il existe, sous le nom Elektor, des éditions

anglaises, allemande et française, et sous

celui d’Elektuur, une édition néerlandaise.

Elektor est vendu dans plus de 50 pays.

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Rédacteur en chef France :Guy Raedersdorf(redaction@elektor.fr)

Rédactions : Harry Baggen, Thijs Beckers, Jan Buiting, Ernst Krempelsauer,Jens Nickel

Secrétariat de rédaction : Hedwig Hennekens

Rédaction technique :Karel Walraven (concepteur)Ton Giesberts (concepteur)Paul Goossens (concepteur) Luc Lemmens (concepteur)

Maquette et graphisme : Ton Gulikers, Giel Dols

Directeur/éditeur : Paul Snakkers

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incorporées (Loi du 11 mars 1957 -art. 40 et 41 et Code Pénal art. 425).Certains circuits, dispositifs, compo-sants, etc. décrits dans cette revuepeuvent bénéficier de droits propresaux brevets; la Société éditrice n’ac-cepte aucune responsabilité du faitde l’absence de mention à ce sujet.Conformément à l’art. 30 de la Loisur les Brevets, les circuits et sché-mas publiés dans Elektor ne peuventêtre réalisés que dans des buts pri-vés ou scientifiques et non commer-ciaux. L’utilisation des schémas n’im-plique aucune responsabilité de lapart de la Société éditrice. La Sociétééditrice n’est pas tenue de renvoyerdes articles qui lui parviennent sansdemande de sa part et qu’elle n’ac-cepte pas pour publication. Si laSociété éditrice accepte pour publi-cation un article qui lui est envoyé,elle est en droit de l’amender et/oude le faire amender à ses frais; laSociété éditrice est de même en droitde traduire et/ou de faire traduire unarticle et de l’utiliser pour ses autreséditions et activités, contre la rému-nération en usage chez elle.

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Sous réserve de modification de prix.

Four à refusion1) En me refaisant le typon dufour à refusion (il tient sur uneplaque europe - 160 x 100simple face et n’a que 8 pontsde câblage) j’ai remarqué l’a-nomalie suivante :Il y a une différence entre leshéma et le typon entre leconnecteur du thermocoupleet l’entrée du MAX6675.Le branchement correctdevrait être + du thermocou-ple connecté sur T+ duMAX6675 (PIN 3 - CHRO-MEL) et - du thermocoupleconnecté sur T- du MAX6675(PIN 2 - ALUMEL).En outre on voit que le - duthermocouple est à la massece qui est conforme aux spé-

elektor - 6/20068

INFO & MARCHÉ COURRIER

cifications de la doc deMaxim en page 4 du datas-heet (tableau Pin Description)sauf que la PIN concernéedoit être la numéro 2.Alors qu’en règle généralec’est le shéma qui doit détenirla vérité ici c’est le typon quisemble correct. 2) Les modèles de SSR utiliséssont avec SNUBBER maisquelle en est la véritable uti-lité puisque la charge des élé-ments chauffants est presqueexclusivement ohmique ? Meséléments chauffants serontprobablement 2 x 1100 W etje souhaite utiliser des modè-les S216S02 (16 A rms et600 V drm) sans SNUBBERmais je compte y ajouter enparallèle une diode TRANSIL1.5KE350C (300 V rm 332à 368 V br) Est-ce vraiment utile ?Yves Masquelier

Vous avez parfaitement raison, leschéma comporte une erreur auniveau de K1. Le + du thermocou-ple doit être relié à l’entrée T+ deIC1, sa broche 3, la masse l’étantà T- (broche 2). Le dessin de pla-tine est OK. Je dois vous détrom-per, quant à la bible faisant foichez Elektor... Comme nous tes-tons nos réalisations à platine,c’est dans 99% des cas la platinequi a raison.

Les seuls doutes que l’on peutavoir est en cas de différenceentre le schéma et la liste descomposants, auquel cas, dans98% 8-))) des cas c’est le schémaqui a raison...2) En ce qui concerne les SSR àsnubber intégrés, nous les avons

utilisés au cas où lesé l é m e n t schauf fants

auraient unecomposante

inductive(élé-

mentsen spi-

rale...)...Il ne saurait

être question,me dit Mr

Goossens, l’au-teur de ce projet,

d’ajouter une diodequi ne serait conductrice qu’à mi-temps et qui ne peut que poserdes problèmes de fonctionnement.Un no-go cette diode m’a-t-il dit...

Où trouver les dessinsde pistes absents sur leCD-ROM 2005Bonjour, j’ai acheté le CDd’Elektor 2005, mais je n’ar-rive pas à trouver les dessinsdes circuits imprimés.Merci de me donner la solu-tion pour pouvoir les retro-uver pour les imprimer. Sincè-res salutations.Alain Ribes

Merci d’avoir posé cette question,elle nous permettra de donnerune réponse générale à ce sujet.

Normalement, si l’article publiédans le magazine (et donc celuiprésent sur le CD-ROM qui estune copie conforme de l’articlepublié dans le magazine) necomporte pas le dessin des pistes,celui-ci doit être disponible, sauferreur ou oubli de notre part, surla page correspondant à l’articleen question. Si donc vous cher-chez le dessin des pistes de l’ar-ticle Diffuseur téléphonique dunuméro de février 2005, il voussuffit d’entrer le numéro de l’arti-cle (donné dans le bas duschéma, 030379) dans la fenêtrede recherche en haut à droite dela page d’accueil de notre sitewww.elektor.fr pour voir la pagede l’article correspondant.Vous devriez trouver à cet endroitune mention du genre Dessin(s)de PCB gratuit(s) (030379-PCB.pdf) qu’il vous suffit de cli-quer pour ouvrir (sous le Readerd’Acrobat) ou télécharger...S’il devait manquer un dessin depistes absent de l’article surnotre site, n’hésitez pas à nousle faire savoir et nous remédie-ront à cet oubli.

Selfs du petit analyseurde piles/accusJe me réfère à l’article petitanalyseur de piles/accus dela page 58 du numéro d’avril.Pouvez-vous me dire où jepeux trouver les inductancesde Murata BLM21P221SGou existe-t-il une alternative ?Merci.Werner Kurzbauer

Digikey (www.digi-key.com) a cescomposants en stock (mais ne lesvend que par milliers. Il sembleraitque ce type ait été remplacé parle BLM21PG221SN1, que l’onpeut trouver, entre autres, chezSchuricht (www.schricht.com).

??Où trouver Elektor

Il y a désormais sur le site d’Elektor une page qui permet à nos lec-teurs de trouver les points de vente d’Elektor en France métropo-litaine à l’aide du code postal.

Il y en environ 4 750 :www.elektor.fr/

Default.aspx?tabid=123

Pour y accéder, il y a plusieurs liens :

dernière ligne de Plan du site :www.elektor.fr/

Default.aspx?tabid=110nouvelle FAQ : www.elektor.fr/

Default.aspx?tabid=45lien sur la page de l’ours :www.elektor.fr/

Default.aspx?tabid=60

6/2006 - elektor 9

Projets de lecteursSous ce titre, nous avons l’intention de publier des projets intéressantsproposés par l’un de nos lecteurs et que, pour une raison ou une autre(manque de place en particulier), nous avons décidé de ne pas reprendre,voire des idées de montages n’ayant pas encore été finalisés.

Téléphone nostalgique SFJ’ai lui avec grand plaisir l’article du mois de janvier intitulé« Téléphone antique en GSM » de janvier 2006. Le montagea cependant l’inconvénient de nécessiter plusieurs compo-sants spéciaux, qu’il n’est peut-être pas évident de trouver.On peut utiliser, au lieu d’un module GSM qui n’est sansdoute pas bon marché, un téléphone portable ordinaire. Lesportables, exception faite ceux des toutes premières généra-tions, possèdent une interface sérielle par le biais de laquelleil est possible de les commander à l’aide d’instructions AT.Les capsules de l’écouteur et du micro peuvent être bran-chées sous forme de combiné.Lors de la conversion d’un vieux téléphone décrite ci-après,je me suis trouvé confronté au problème de piloter la sonne-rie du téléphone, d’une façon ou d’une autre à l’aide de latension de pile disponible. Comme mon tiroir de pièces derécupération ne cachait pas de convertisseur boost, j’ai tentéma chance à l’aide du circuit ci-dessous, à base de NE555et de MAX232.La sonnerie du téléphone est connectée à la sortie RS-232 duMAX232, dont il existe à l’évidence également une variante3,3 V. Le NE555 fournir à sa broche 3 un signal rectangulairede 26 Hz environ, qui attaque directement l’une des entrées decommande du MAX232 et, après inversion par un transistor, saseconde entrée de commande (les entrées de commande duMAX232 comportent des résistances pull-up internes).Il naît ainsi entre les 2 sorties de commande une tension dequelque 25 à 30 V (à vide) dont la polarité ne cesse dechanger. Elle suffit à permettre à la sonnerie de fonctionnercorrectement et fiablement. Je l’ai essayé sur tous mes vieuxtéléphones.Ma variante du projet Elektor n’utilise pas de portable GSMmais repose sur le téléphone sans fil Gigaset 2010 de Sie-mens. Le coeur de l’électronique additionnelles est un PIC quiinterprète les impulsions du numérateur du cadran, le décro-chage et la remise du combiné sur la fourche, tout en coor-donnant le basculement entre l’écouteur et le headsetexterne. Le microcontrôleur pilote une paire de multiplexeursanalogiques (4051 et 4052) qui se trouvent reliés directe-ment à la matrice de touches du clavier de la platine duGigaset simulant ainsi l’action sur les touches,Les chiffres du cadran remplissent une double fonction. Norma-lement ils correspondent aux touches numériques du téléphonesans fil. De plus, chaque chiffre constitue une touche spéciale(répétition de numéro, raccourcis, etc.). Pour passer dans cesecond mode il faut, lors de l’entrée du numéro, maintenirsimultanément le bouton rouge enfoncé. Dans ces conditions, ildevient possible de commander le téléphone sans fil par lebiais du cadran. La commande des touches « décrochage etraccrochage » se fait par le biais de la fourche ou encore parla fonction « touches spéciales » du cadran.Sur le côté droit du téléphone (à l’opposé de l’embase deconnexion) se trouve une embase RJ45. On peut y connecterun headset ou un chargeur.

Il faut au téléphone 4 piles ou accus mignon pour fonction-ner, piles placées dans un compartiment disposé sur le fonddu téléphone. L’électronique additionnelle ne requiert aurepos (sonnerie non active et PIC en mode sommeil) quequelques ÌA de courant.Markus Köchy

Il existe d’autres photos de ce téléphone sans fil antique à téléchar-ger sur www.elektor.fr (magazine 05/06, titre « Courrier »).

Méthode du toner directBonjour, je suis abonnédepuis nombre d’années(1985 pour autant que jem’en souvienne) et continuede trouver votre magazineintéressant et utile. J’ai cepen-dant une suggestion concer-nant la fabrication des plati-nes (PCB). N’habitant pasdans un pays où vous avezdes points de vente, j’ai tou-jours de problèmes pouravoir vos circuits imprimés,les commandes à l’étrangerétant loin d’être une sinécuredans mon pays (OK, il paraîtque nous faisons partie del’Europe, ce qui n’empêchepas que...).

Récemment, j’ai découvertune technologie de réalisa-tion de mes propres PCB à lafois rapide et efficace : latechnique de transfert detoner. Vous en avez peut-êtredéjà entendu parler. Voilàcomment les choses se pas-sent : on imprime le dessin dePCB sur du papier photo enutilisant une imprimante laser,transfère le toner vers la pla-

tine de cuivre à l’aide d’unfer à repasser ou d’une plasti-fieuse, graver et voilà ! Il estvrai que le choix du bonpapier est délicat, mais unefois que vous avez résolu cetaspect, il vous faut moins de10 mn pour faire un PCB. Jepense que cette informationpourrait intéresser d’autreslecteurs et pourquoi ne paspublier un article complet àce sujet ? Un lien concernantcette méthode :www.fullnet.com/u/tomg/gooteepc.htmIl y a également un groupedédié sur Yahoo :http://groups.yahoo.com/group/Homebrew_PCBsPour votre information ! Pavel Veider (Slovenie)

Merci Pavel pour cet E-mail inté-ressant que nous reproduisonsavec plaisir dans ce numéro à l’in-tention d’autres lecteurs que lesujet ne manque pas d’intéresseret qui constituera, nous l’espérons,le premier de toute une série, fai-sant suite aux réactions dunuméro de mai dont l’un des thè-mes était tout ce qui avait trait auxcircuits imprimés. |A vos E-mails !

Quartz et oscillateur à quartzJe viens juste de me mettreaux microcontrôleurs et n’aipas encore la moindre notionde leur programmation. Je neveux pas voir trop grand audépart et aimerai réaliserquelques circuits de base. J’aiacheté à cet effet unATmega8L-8PI, quelquesaccessoires et trouvé les sché-mas dont j’avais besoin. J’ai-merai bien tout comprendre,ce qui m’amène à me (à vous)poser quelques questions :Pourquoi, selon le schémaconcerné, un oscillateur àquartz est-il une fois connectéuniquement à XTAL1 et d’aut-res à XTAL1 et XTAL2 ? On yutilise, ou pas, de façon toutealéatoire me semble-t-il, descondensateurs. D’autres cir-cuits utilisent un oscillateurcéramique à 3 broches. Oùse situe la différence entre

ces circuits ? Un oscillateur àquartz coûte plus cher qu’unoscillateur céramique. Pour-quoi utilise-t-on quand mêmeun oscillateur à quartz ?Dufy

La précision d’un oscillateur àquartz est supérieure à celle d’unoscillateur à résonateur céra-mique. Il est fréquent que lesmicrocontrôleurs haut de gammefassent appel à un circuit d’os-cillateur constitué de 2 condensa-teurs externes de 12 à 33 pF.Dans certains cas, ces condensa-teurs se trouvent déjà intégrésdans le microcontrôleur ce quipermet de se passer de conden-sateurs externes. Il existe égale-ment des oscillateurs céramiquepossédant des condensateursintégrés. Ils possèdent alors 3 pat-tes. Il est extrêmement rare detrouver un oscillateur à quartz àcondensateurs intégrés ne possé-dant que 3 contacts.On utilisera donc, normalement,un oscillateur à quartz épaulé parune paire de condensateurs. Leplus souvent, on n’utilisera d’os-cillateur à quartz (à condensa-teurs intégrés donc) que lorsquele signal qu’il fournit est égale-ment utilisé dans d’autres partiesdu montage.

Revitaliseurs d’accuJe suis en train de réaliser les2 montages de revitalisationd’accu, « Jouvence pouraccu » (10/2001) et « Stimu-lateur d’accu » (11/2004).Je rencon-tre cenpan-dant unproblèmesur chacunde ces mon-tages. Le stimu-lateur semblefonctionner. AvecC1 = 100 nF laLED clignote. Si j’u-tilise un condo stan-dard j’ai laséquence de clignote-ment suivante : extinc-tion 90 s, allumage20 s et ainsi de suite(quel que soit l’état de labatterie). Est-ce normal ?

Je pensais que la LED nedevait s’allumer que briève-ment.Avec une batterie neuve, lestimulateur affiche : vert.Avec des batteries d’un cer-tain âge aucune LED ne s’al-lume. Si je connecte un adap-tateur secteur au point « A »c’est la LED jaune qui s’al-lume en fonctionnement. Laself L1 possède une résistanceohmique de quelque 4 W.Est-ce trop ? Je ne trouve nullepart des selfs possédant unerésistance moindre.Akku-Peter (via le Forum)

Il est exact que la LED a un cyclede clignotement de 90/20 tel quevous le décrivez. Le texte de l’ar-ticle n’était pas suffisamment clairà ce sujet. Il est vrai qu’il seraitplus parlant d’avoir l’allumagepermanent d’une LED mais celaprésente des inconvénients quantà la consommation de courant. Sil’on donne à R1 une valeur de150 kW, le cycle passe à 90/1,la LED ne s’allumant qu’uneseconde pour 90 s d’extinction. Sil’on veut réduire la consommationde courant il faut que la LED nes’allume pas trop longtemps.Il circule, à travers la self L1, uncourant moyen de très faiblevaleur, 1 mA environ. Dans cesconditions, la résistance internede la self n’a pas une grandeimportance, elle peut mêmedépasser quelque peu les 4 Wque vous mentionnez. Cepen-dant, si vous connectez un adap-tateur secteur au point « A » pour

elektor - 2/200610

INFO & MARCHÉ COURRIER

6/2006 - elektor 11

Règles du jeu

– Publication de la correspondance de lec-teurs à la discrétion du Rédacteur en chef

– Les points de vue et opinions exprimées parles correspondants ne sont pas nécessairement

ceux du Rédacteur en chef ou de l’Éditeur.– La correspondance pourra, le cas échéant,

être traduite ou éditée en longueur, clarté et style.

– En cas de réponse à COURRIER, veuillezS.V.P. indiquer le numéro concerné.

– Veuillez S.V.P. adresser votre correspondan-ce : redaction@elektor.fr ou

Rédacteur en chef ElektorChez W.W.S.

38, Rue la Condamine75017 Paris - France

recharger la batterie, le courantde charge de cette dernière tra-verse la self de sorte que la résis-tance de la self limite le courantde charge. La durée nécessairepour la charge s’allonge un rien.Plus la charge de la batterieavance, plus le courant de chargediminue de sorte que la résistancede la self perd progressivementson effet. La résistance de la selfn’a d’effet que lors de la chargeet encore en début de chargeseulement.Karel Walraven (Labo Elektor)

Bits et octetsÀ vous lire, la carte FPGAdécrite dans le numéro demars devrait posséder 8 Moc-tets de SRAM. Sur le schémaje découvre une paire deVY7C1041CV33, une SRAMde 256 K x 16. La capacitéde mémoire totale n’est doncque de 1 Moctets (ou8 Mbits). Il en va de mêmeen ce qui concerne lamémoire Flash. Vous utilisezlà une mémoire de128 K x 8. Votre mémoire ne

fait donc que128 Koctets. Lamémoire deconfigurationdevrait avoir unecapcité de4 Moctet ?128 K x 36 bitsne fait jamais4 Moctets...Que s’est-ilpassé ?

Andreas Hellinger

Vous avez bien évidemment par-faitement raison en ce quiconcerne les capacités demémoire. Le AT29BV010A estune mémoire de 1 Mbit et les2 puces de RAM « valent » cha-cune 4 Mbits (ce que dit d’ailleursle texte de l’article). Les erreurstiennent à l’utilisation de MB(MegaByte) au lieu de Mb (mega-bit) dans le texte original, cf. :www.dewassoc.com/perfor-mance/memory/MS vs Mb.htm.La rédaction n’a malheureuse-ment pas relevé cette erreur àtemps pour la corriger.

Programmer le Combi-C-mètreCela fait un moment que jem’escrime sur ce projet. Mal-heureusement mon affichagene sait rien afficher d’autreque 2 barres noires. Je n’ar-rive pas non plus à découvrirde paramétrage des bits deconfiguration. Quelqu’unpeut-il m’aider ?Mandi3325

La programmation des contrô-leurs PIC nécessite d’une part unfichier .hex et de l’autre un para-métrage correct des bits de confi-guration. Ces bits peuvent êtreintégrés dans le fichier .hex lui-même, malheureusement chaqueprogrammateur a sa propre

façon de les traiter. C’est pour-quoi, nous vous proposons (ànouveau) les paramètres des2 contrôleurs PIC (il faudra voirdans le manuel de votre pro-grammateur comment faire pourparamétrer les bits dans son casparticulier).EPS 040259-41 PIC16F877 :Code Protection : OffIn-Circuit Debugger : DisableFLASH Program Write : EnableData EE Memory Code Protec-tion : OffLow Voltage Programming : Dis-ableBrow Out Reset : EnablePower-Up Timer : EnableWatchdog Timer : DisableOscillator : HighSpeed oscillatorLe mot de configuration résultantest 3F72EPS 040259-42 PIC16F84 :Program Memory Code Protec-tion : OffPower-Up Timer : EnableWatchdog Timer : DisableOscillator : HighSpeed oscillatorLe mot de configuration résultantest 3FF2

HexadokuPetit florilège des réactionsreçues au cours de ces der-nières semaines.

• Bonjour, voici (aprèsde longues heures derecherche) ma solutiondu Hexadoku de Mars2006 : CDA48 Salutations.

• Bonjour, je suis un fidèle lecteur d’Elektor, j’ai trouvé lasolution du troisième hexadoku que vous avez publié.J’ai trouvé : CDA48.

• Mon résultat d’Hexadoku pour le mois d’avril (n°334)est CDA48 .Au revoir et rendez-vous pour les résultats de Mai.

• Passe temps en famille, veuillez noter ma réponseconcernant l’hexadoku du n°334 de avril 2006 d’Elek-tor : CDA48 En pièce jointe, la grille complète

• La voilà la bonne réponse!Super idée l’hexadoku. Mais la résolution est assezfacile, y’en a pas des plus durs?

• Concernant l’hexadoku, la réponse est : CDA48.Voilà, je me remet au travail pour le suivant :) à bientot

• Bonjour, voici, je pense, une solution possible :CDA48. Merci, au mois prochain

• Passionne toute la famille, bravo• En janvier, j’ai passé plusieurs jours à résoudre l’Hexa-

doku. En février, j’ai procédé à l’analyse de la grillepuis passé environ 4 heures réparties sur quelquesjours pour la compléter. J’ai sauté le mois de mars quia résisté à toutes mes tentatives. Ce mois-ci, j’airamené le temps à moins d’une heure, sans la moindrepause.

• Cette recréation est une bonne idée à poursuivre• Passe temps d’une soirée pendant nos vacances,

veuillez noter ma réponse concernant l’hexadoku dun°334 d’avril 2006 d’Elektor : CDA48. En piècejointe, la grille complète

Comme vous pouvez le voir dans ce numéro, nous en avons unnouveau. Nous ne sommes guère surpris de voir le nombre deréponses féminines, les femmes ayant semble-t-il un esprit plusanalogique pour ce genre d’exercices.

elektor - 6/200612

INFO & MARCHÉ INFO & ACTUALITÉS

La production en série de pro-cesseurs et d’autres pucesbasées sur le 45 nm débutera en2007.Intel vient de produire les pre-miers circuits intégrés cobaye pro-duits en technologie 45 nm. Il s’a-git en l’occurrence de mémoiresde RAM statiques d’une capacitésupérieure à 150 Mbits. Chacunedes puces comporte plus d’unmilliard de transistors sur une sur-face qui ne dépasse pas celle despuces de SRAM d’une capacitéde 18 Mbits produite en techno-logie 130 nm qui avait vu le jouren 2000.Bien qu’il ne s’agisse là que deproduits expérimentaux, il n’ens’agit pas moins d’une étapeimportante pour Intel, ce fabri-cant prouvant ainsi la faisabilitéde voie 65 nm et aussi qu’ilrespectait le plan de route prévupour le proche avenir. Tous les2 ans, les fabricants de puces

arrivent (toujours encore, mais laloi de Moore n’est plus loin deperdre son droit d’existence) àréduire la taille des transistorsmontés sur leurs substrats, ce quise traduit par une densité plusimportante, une consommationd’énergie plus faible et un coûtde fabrication sensiblementmoindre.Intel s’attend à pouvoir fournir, àpartir du second semestre de2007, des processeurs, desmémoires Flash et d’autres pucescomplexes produits en technolo-gie 45 nanomètres.

Pour en savoir plus :www.intel.com/pressroom/archive/releases/20060125comp.htm

(067133-1)

La photo (source Intel) est celle d’unepuce de test sur galette Intel® 45 nm

avec 153 bits de SRAM et les circuits detest de logique

Intel présente les premiers circuits en technologie 45 nm

Ce que l’on pourrait croire êtreun gadget pour le camping estpeut-être le remède idéal contrel’un des plus grands maux del’homo erectus bureauticus, lestroubles musculosquelettiques,connus plus couramment sous ladénomination de RSI (RepetitiveStrain Injury). Mais c’est aussiune arme anti-stress efficace...

En effet, avec le Manual PowerEurope non seulement vousdonnez de l’exercice à vosmuscles des bras, renforçantvos poignets et luttant ainsicontre les risques de RSI, mais,en outre, vous produisez de l’é-nergie. L’énergie produite parles mouvements divers est stoc-kée dans l’accu de l’appareil.

Vous pourrez vous en servirpour alimenter une lampe depoche intégrée dans l’appareillui-même ou encore pour rechar-ger l’accu de votre téléphoneportable par le biais d’un adap-

tateur spécifique fourni lors del’achat de l’appareil.

À noter que cet appareil consti-tue également, pour l’hommemoderne assis à son bureau etexposé à tant de dangers desanté potentiels, une arme anti-stress très efficace : vous avezbeau le serrer aussi fort que vousle pouvez, vous ne risquez pasde le voir craquer sous vosefforts répétés.

www.manualpower-europe.com/EN/homepage.php

Pour en savoir plus sur RSI:

http://en.wikipedia.org/wiki/Repetitive_strain_injury

http://fr.wikipedia.org/wiki/Troubles_musculosquelettiques

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Rechargez votre téléphone portableaprès avoir combattu les Troubles Musculosquelettiques

6/2006 - elektor 13

S’il faut en croire l’avis de nom-bre d’experts, les affichagesOLED (Organic Light EmittingDiodes, c’est-à-dire des LED àbase de matériau organique) trèsfins, présentant un contraste trèsélevé et auto-éclairés ont l’avenirdevant eux en tous cas en ce quiconcerne les petits formats. Jus-qu’à présent, leurs domaines d’u-tilisation étaient les téléphonesmobiles, les lecteurs MP3 et autrespetits appareils. Depuis peu, onles voit apparaître dans desinstruments de mesure et dansl’automobile. Osram Opto Semi-conductors a mis sur le marchéun kit de développement destinéaux concepteurs souhaitant utili-ser des affichages OLED. Le kit de conception de référence

Pictiva comporte une platinedotée d’un affichage OLED (réso-lution 128 x 64 pixels, luminositéde 100 Cd/m2), un microcontrô-leur de la série 8051 et unemémoire embarquée sérielle.Avec le logiciel accompagnantce kit et l’interface PC, il devientpossible de programmer graphi-quement le progiciel et une GUI(Graphic User Interface) avantde transférer le programme. Lekit comporte de nombreux docu-ments (fiches de caractéristiquesdes pilotes, schémas, fichiersGerber) et tout ce peut avoirbesoin un concepteur.

www.osram-os.com/pictiva-oled-displays/development_tools.php

Kit de développement OLED

Sur le marché, on trouve desdataloggers (systèmes d’acquisi-tion de données) de toutes for-mes et couleurs, mais ils coûtentsouvent encore cher. L’anglaisLascar vient de mettre sur le mar-ché 2 appareils relativement bonmarché permettant de mesurerdes tensions et des courants. Ilssont particulièrement intéressantspour, par exemple, identifier desproblèmes ne se manifestant quede temps en temps dans des cir-cuits.Le EL-USB-3 peut acquérir destensions allant de 0 à 30 V, le

EL-USB-4 permettantlui de saisir descourants allant de 4à 20 mA. Les systè-mes d’acquisitionEL-USB-xx sont desappareils demesure « autono-mes » que l’on com-mence par pro-grammer par le biais d’un PCavant de les relier à l’ap-pareil dont on veut sur-veiller la tension ou lecourant. Une paire deconducteurs reliés au log-

Datalogger USB de Lascar

ger sert à le connecter à lasource de courant ou à l’insérerdans la boucle de courant.La pile intégrée dans le EL-USB-xx permet la saisie d’un maxi-mum de 32 000 échantillons dela tension ou du courant auxvaleurs paramétrées, échan-tillons stockés dans la mémoireinterne du logger. Une fois lapériode de mesure prévue termi-née, il suffit de reconnecter le El-USB-xx au port USB du PC pouren lire les données à l’aide dulogiciel qui accompagne ce pro-

duit. Celles-ci peuvent être visua-lisées sous forme de graphiqueou exportées vers une autreapplication.Les loggers sont dotés de câblessouples dont l’une extrémité vients’enficher dans l’appareil, l’autreétant dotée de pinces crocodilequi viennent se connecter pour lamesure d’une tension ou s’inter-caler pour celle d’un courant.

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www.lascarelectronics.com

elektor - 6/200614

INFO & MARCHÉ INFO & ACTUALITÉS

Il existe, depuis peu, pour le pro-gramme de CAO populaireEAGLE (qui se trouvait sur notreDVD de logiciels de CAO dunuméro de novembre) un pro-gramme de simulation qui s’intè-gre parfaitement aux versions lesplus récentes d’EAGLE. D’aprèsson distributeur, la nouvelle ver-sion du programme de simula-tion B2 Spice, sa version V5,met à disposition des possibilitésde simulation très puissantes qui,auparavant, n’existaient que surdes programmes de simulationbeaucoup plus chers. Certainesdes possibilités offertes n’existentdans quelque autre logiciel desimulation que ce soit.S’il faut en croire les descrip-tions, B2 Spice V5 est le pro-gramme Spice du marché le plusfacile à utiliser et le plus conforta-ble d’utilisation. L’un des aspectsles plus intéressants deB2 Spice V5 est qu’il s’intègreintimement avec le logiciel dedessin de platines EAGLE. Inté-

ressons-nous à quelques-uns desdomaines de collaboration entreEAGLE et B2 Spice V5 :•Importation d’un schémaEAGLE existant dans Workshop•Dessiner un Schéma dansEAGLE et l’exporter verB2 Spice A/D v4 en vue de lesimuler•Réexporter un circuit créédans Workshop vers le pro-gramme de saisie de schémad’EAGLE•Exporter un circuit Workshopvers EAGLE PCBIl va sans dire qu’il faut, pourdisposer de ces fonctions, quetoutes les bibliothèques EAGLEet ULP standard soient déjà pré-sents dans les dossiers requis.B2 Spice V5 collabore avecEAGLE 4.0 et 4.1. Chacune deces 2 versions possède ses ULPspécifiques. Le programme estfourni avec l’ULP la plus récente,mais si vous travaillez encoreavec EAGLE 4.0, le distributeurde B2 Spice V5 met à disposi-

B2 Spice V5 travaille de concert avec EAGLE

tion l’ULP pour la version 4.0par le biais de sa page de sup-port technique. B2 Spice V5existe en version Standard etProfessional pour 249 et399 euros (hors-TVA). Il existeune version de démonstrationgratuite.

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www.beigebag.com

Pour télécharger une version Lite deB2 Spice, la V4.2.14www.download.com/B2-Spice-A-D-Lite/3000-6677_4-10377439.html

Pour la démo de B2 Spice V5www.beigebag.com/demos.htm

Le LEA-4A est le module GPS leplus récent du fabricant suisseU-Blox. (Ne regardez pas lataille de l’illustration), le modulequi ne mesure que 17 x22 mm intègre le récepteur16 canaux ANTARIS 4 intro-duit tout récemment et qui a étédéveloppé par U-blox en colla-boration avec Atmel. Lemodule LEA-4A peut se targuerd’excellentes performances, saconsommation étant de 40%inférieure à celle de son prédé-cesseur, le LEA-LA. Le modulecomporte un port USB ce quiest garant d’un branchementsimple, d’un taux de transfertde données élevé et d’unecombinaison alimentation +transmission de données par lebiais d’un seul câble.

Le LEA-4A consomme très peuen raison de l’absence d’E-PROM Flash classique sur cetype de produit, caractéristiquequi se traduit par un prix sensi-blement plus abordable. Depar ses faibles dimensions, ceproduit trouvera des applica-

tions de choix dans des produitsgrand public alimentés par pilestels que PDA, téléphones intelli-gents, souris GPS et tout autrepériphérique portable pourlequel la consommation decourant et le prix sontdes critères cri-tiques.Le noyau

ANTA-

RIS 4 GPSprésent dans lemodule donned’excellents résultatsde navigation quellesque soient les conditions.On a recalage de position4 fois par seconde. DGPS etSBAS complet (WAAS etEGNOS) sont supportés ainsique l’utilisation d’antennes acti-ves ou passives, un dispositif desurveillance de l’antenne détec-

Module GPS à haute sensibilité abordable

tant lap résence

d’un court-cir-cuit. Tous les

récepteurs ANTARIS 4GPS sont dotés de la fonctionna-lité A-GPS (Assisted GPS) quipermet, sur instruction, de déter-

miner instantanément la posi-tion. Ceci permet de ramener

à 4 s seulement le tempsnécessaire pour détermi-

ner la position pourla première fois.

Ce moduleconvient

bien

en t e ndupour les systè-

mes de naviga-tion automobile mais

aussi pour les dispositifsde recherche.

De par son facteur de formecompact, et la présence decontacts CMS, ce moduleconvient fort bien pour un mon-tage automatisé à 100% effec-tué à l’aide machines à place-ment de composants et un sou-dage par four à refusion.

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Pour en savoir plus www.u-blox.com/news/lea 4a.html

6/2006 - elektor 15

Pour les PICmicros 16 bits

Microchip annonces la version2.0 de son compilateur CMPLAB® C30 (SW006012),produit incluant le compilateurcroisé, l’assembleur croisé, lieuret bibliothèque. Le nouveauCompilateur supporte tous lesfamilles de microcontrôleurs16 bits PIC24 et de traitementde signal numérique dsPIC®. Cenouveau compilateur conformeANSI comprend également desextensions de langage uniquespour utiliser les fonctionnalitésDSP. La version Etudiant gratuitede MPLAB C30 dispose desmêmes fonctionnalités pour unedurée de 60 jours, ce délaipassé, elle conserve une compa-tibilité code-source et support decomposant complète, sans limi-tation de mémoire, mais sansoptimisation de code addition-nelle. Il s’agit là d’un formidableoutil pour les étudiants, lycées etuniversités mais aussi très utileaux ingénieurs de conceptionproduits intéressés par l’initia-tion aux circuits 16 bits et auxoutils de développement de

Microchip. Microchip a déve-loppé ce nouveau compilateuren parallèle avec ses familles decontrôleurs PIC24 et dsPIC33pour garantir une efficacité opti-male du code C, qui peut êtrejusqu’à 85% plus compact quecelui des architectures 16 bitsconcurrentes.

MPLAB C30 est étroitement liéà l’IDE (Integrated DevelopmentEnvironment) MPLAB, permet-

Compilateur C et version étudiant gratuite

tant l’écriture de code, la créa-tion de projets et le test en utili-sant le simulateur logiciel deMicrochip ou le débogueur encircuit MPLAB ICD 2 (In CircuitDebugger). Le code final opti-misé peut être programmé dansles composants en utilisantMPLAB ICD 2, solution trèsabordable ou MPLAB PM3, unprogrammateur de composantsde production (en série), lesdeux solutions utilisant la même

interface utilisateur MPLAB.L’IDE MPLAB se distingue dureste de la concurrence par lefait qu’il s’agit d’un environne-ment totalement intégré gratuitdestiné aux microcontrôleurs 8et 16 bits et contrôleurs designal numérique 16 bits cou-vrant des composants possédantentre 6 et 100 contacts. Le com-pilateur MPLAB C30 supportel’assemblage de code en lignevers fichiers-source C, mais aussisous forme de modules de lan-gage assembleur assemblésséparément dits MPLAB ASM30.

MPLAB C30 Version 2.0 estdisponible dès à présent au prixde $895. Les possesseurs deversions antérieures de MPLABC30 peuvent télécharger unemise à niveau gratuite et unGuide Utilisateur depuis le sitede Microchip. L’édition étudiant(MPLAB C30 SE) peut être télé-chargée gratuitement.Pour en savoir plus, un tour surle site de Microchip s’impose :

www.microchip.com/C30(067081-4)

Lattice Semiconductor vient deprésenter sa seconde générationde « Economy Plus FPGA », lafamille ECP2. Grâce à l’utilisa-tion de la technologie CMOS90 nm de Fujitsu combinée àdes galettes de 300 mm, lesprix des FPGA en quantitésindustrielles sont tombées endeçà de $0,50 pat 1 000 LUT(Look-Up Table). Comparée à lapremière génération de FPGAECP produite sur galettes de130 mm, cette nouvelle famillemet à disposition une quantitéplus importante d’élémentslogique, jusqu’à 70 K-LUT, uneaugmentation du nombre demultiplicateurs 18x18 qui pas-sent à 88, une croissance decapacité des E/S de 50%, àquoi s’ajoute de meilleurs possi-bilités de configuration.

Les nouvelles FPGA disposentd’une capacité de mémoiremaximale de plus de 5 millionsde bits (Mb) de RAM. Pour l’ins-

tant, il est prévu 6 versions com-portant de 6 000 à70 000 LTU, des versions plus

FPGA faible coût

étoffées étant prévues pour plustard. On dispose entre 12 et88 multiplicateurs 18x18, le

nombre de lignes d’Entrée/Sor-tie (I/O) allant lui de 95 à 628.Ajoutez à cela que chaqueFPGA possède, à des fins depilotage chronologique de pro-cessus, 2 DLL (Delay LockedLoop) et entre 2 et 6 PLL (PhaseLocked Loop).

Le support logiciel des nouveauxcircuits ECP-2 est intégré dans laSuite d’outils ispLEVER, version5.1 avec Service Pcak 2. Le logi-ciel de conception ispLEVER per-met aux concepteurs d’accéderà tous les circuits numériques deLattice tout en intégrant le sup-port de synthèse de Mentor Gra-phics et de Synplicity. Les pre-miers échantillons de cette nou-velle famille, le FPGA ECP-2-50,disponible au second trimestrede 2006, sera proposé en boî-tier fpBGA à 484 et 672 billes,ce qui implique le soudage parrefusion.

(067102-1)

www.lattice.semi.com

elektor - 6/200616

TECHNIQUE MÉDIA

Rainer Bücken

Encore quelquesjours et c’estparti - La Coupedu Monde deFootball démarre.

Toute une électro-nique d’avant-garde

est elle aussi de la partie.La CM en Allemagne verra le

lancement de la TVHD et de la retransmis-sion TV sur téléphones portables (handy).C’est la première fois, pour un événementinternational de cette envergure, que les tic-kets sont dotés de puces RFID. La balle àpuce, ça c’est pour plus tard.

forme numérique et analogique (même alors, le format« letterbox » sera de règle. Le câble aura un concurrent,à savoir les lignes téléphoniques qui ont, grâce à la tech-nologie DSL, tellement bien évolué que l’on atteint destaux de données allant jusqu’à 100 Mbits/s. On a doncinstallé, outre le câble, une seconde autoroute de don-nées pour la télévision par Internet (IPTV), qui relie le ser-veur Internet ou radio avec les Set-Top-Box (décodeurs)domestiques. Ils permettront l’accès aux images en prove-nance des stades, dans une mesure moindre que ce quel’on annonçait il y a quelques semaines.

Pour le handy de plus en plus compactes et les récepteursmobiles la notion « TV mobile » connaîtra 3 procédés. Sil’information arrive par la voie UMTS, on parle de Han-dyTV. Il existe des solutions de « radio » qui prendront laforme du descendant de DVB-T, DVB-H et du dérivé de laDAB (Digital Audio Broadcasting), DMB.

25 camérasFournir des images à plus de 210 pays au monde estune tâche gigantesque. Plus de 50 milliards d’heures,

C’est le 9 juin, qu’aura lieu le match d’ouverture duChampionnat du Monde de Foot 2006 qui aura lieu, toutle monde le sait, en Allemagne. La barre est placée haut,et cela pas uniquement pour les 32 équipes participan-tes. On n’attend pas moins d’un total de 3,2 millions despectateurs pour les 64 matches disputés dans 12 stades.Ce seront peut-être 4 milliards de téléspectateurs qui sui-vront, sur un écran ou un autre, ce spectacle dont l’apo-théose sera la finale jouée le 9 juillet à Berlin.

Le CM de la TVHDNumérique et à haute résolution - ce sont là les qualifi-catifs que la FIFA donne au format d’enregistrement offi-ciel de la TV. Bien que numériques, les matchs serontégalement transmis à la résolution standard, à savoir576 lignes et en grand format 16:9. La reproductionsur des téléviseurs 4:3 se fera au format « letter oupillarbox », c’est-à-dire avec des barres noires horizon-tales ou verticales.

La transmission utilisera le câble, le satellite ou la voieterrestre (notre bonne vieille antenne donc), et cela sous

Football High-Tech

soit plus de 5 millions d’années seront passées devant lestéléviseurs, jamais on n’a payé de telles sommes pour lesdroits de retransmission la société ayant droit, Infront. Onparle, de 235 millions d’euros pour les seules stationsARD et ZDF (TV1 et ANT2 d’outre-Rhin). On s’attend à untotal de 2 milliards d’euros de chiffre d’affaire de droitspayés par les média. « Il est normal de vendre dessignaux de TVHD plus cher que pour une résolution ana-logique » affirme l’ex-footballeur Günter Netzer, porte-parole de l’agence de droits d’événements sportifsInfront, « la complexité est sensiblement plus grande,n’est-ce pas ? ». Infront a chargé sa société-fille, HBS(Host Broadcast Services) fondée en 1999, de la trans-mission des productions TV et radio de la CM. HBS asous contrat pas moins de 2 600 personnes dans65 pays. Si en 2002, au Japon et en Corée on enregis-tra 48 matches à l’aide, simultanément, de 8 camérasHD (Haute Définition) on n’en a pas installé moins de 25dans chacun des 12 stades (figure 1). On a oublié lesans fil, cette technologie ayant été la source dequelques problèmes il y a 4 ans. La production des ima-ges a été confiée aux bien nommés « Dream Teams » - 2équipes anglaises, 2 françaises et 2 allemandes, consti-

tuées des régisseurs, producteurs et caméramen lesmeilleurs et les plus expérimentés. Ils doivent en particu-lier avoir maîtrisé le problème du format 16:9/4:3. Aucoeur du cadre défini par l’image 16:9 il existe en effetune zone 4:3 protégée dite « Safe Area » dans lequeldoit avoir lieu l’action. La technique d’enregistrement estdite « Shoot and Protect », qui fournit, sur 2 canaux diffé-rents, simultanément, une image grand format et unsignal 4:3. Au niveau du son TV les options sont nom-breuses, allant de la stéréo au Dolby Digital 5.1. On utili-sera pas moins de 24 positions de microphones, aux-quels s’ajoute la voix du commentateur (figure 2).

Images pour le mondeLes voitures de régie, dérivent, les différents images enprovenance des caméras, 14 signaux, tous les émetteursrecevant ce que l’on appelle le BIF (Basic InternationalFeed). On dispose en outre de 13 « Super Feeds » dontcertains sont en HD, d’autres en 16:9 voire en résolutionstandard 4:3 seulement. La conversion de format se faitsur place ou dans le IBC (International Broadcast Center)à Munich.

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Photo: R. Bücken

Figure 1.Les professionnels de lacaméra HR doiventcontinuer de tenircompte du formatd’image 4:3 (Photo : R. Bücken).

Figure 2.Des commentateurs de« footebolle » autravail – sansordinateur, rien ne vaplus (Photo : HBS).

L’électronique et la CM 2006

elektor - 6/200618

Ticket de CMavec puceradio

Les tickets de la CM 2006 sontdotés d’une puce RFID (Radio

Frequency IDentification).La technologie sans fil pas-

sive entourant la puce permetun contrôle d’accès automa-tisé dans les stades de foot-ball. En outre, il devient

quasiment impossible de fal-sifier les tickets d’entrée. Lesystème repose sur la tech-nologie MIFARE de Philips[1], devenue pratiquementle standard industriel dèsqu’il s’agit de cartes intelli-gentes (Smart Card). Cettetechnologie est déjà utiliséedans des villes commeLondres et Moscou pourl’accès à ces villes. ÀLondres où plus de150 000 personnes utilisent

le métro, les voyageurs peuvent utiliser des cartes à puce intelligentes qui, par simple contact avec un lecteur, ouvrent les tourni-quets et autres sas d’accès. Finies les longues attentes devant les bornes de contrôle dans la fente desquelles il faut glisser sonticket. Aux Pays-Bas aussi la régie des transports ferrés et 4 des plus grandes sociétés de transports publics du pays ont décidéd’introduire un système de billets à RFID. Les tout derniers modèles passeports électroniques de France, Allemagne et des Pays-Bas sont eux aussi dotés d’une puce RFID (cf. l’article correspondant ailleurs dans ce magazine).

La Coupe du Monde de Football est la première grande manifestation internationale utilisant ce type de contrôle d’accès. Lorsde l’accès au stade, le billet doit être tenu à une distance inférieure à 10 cm d’un lecteur qui travaille selon le standard interna-tional ISO14443. Le lecteur et le billet échangent, en quelques fractions de secondes, des informations quant à sa validité pourl’événement concerné. Ceci se passe par radio sur une fréquence de 13,56 MHz et à un taux de transmission de 106 Kbits/s.La puce MIFARE enfouie dans le billet comporte, dit Philips, une EEPROM de 512 bits dans laquelle se trouve au minimum unnuméro de série de 7 octets de long. Cette société a choisi de ne pas nous donner d’informations additionnelles quant aux spé-cifications techniques de manière à ne pas fournir de repères à un faussaire de tickets potentiel pour en faire une copie. Philipsnous confirma cependant que la puce de la carte ne comportait pas de données personnelles. Il n’en reste pas moins que lescartes sont personnalisées, vu que les numéros de série se trouvent dans un fichier de la FIFA dans lequel ils sont associés à desdonnées qu’il a fallu fournir lors de l’achat du ticket, à savoir le nom, l’adresse, la date de naissance, la nationalité et le numé-ro de passeport. Seule une comparaison avec la pièce d’identité du visiteur permet de s’assurer que l’acheteur du ticket et lapersonne le possédant sont les mêmes. Pour éviter la cohue, cet examen ne sera que très occasionnel.

La personnalisation des tickets devrait empêcher le marché noir, les casseurs notoires connus des services de police ne pourrontpas obtenir de billet. Il est en outre possible de bloquer des billets égarés (ou volés) ce qui abaisse les frais et sécurise l’envoi (àun point tel que les frais additionnels occasionnés par l’implantation de la puce en deviennent négligeables).

Lors du match, le système note les cartes présentées lors de l’accès pour éviter que des tickets ne puissent être ressortis du stadeet représentés une seconde fois.

C’est précisément cette personnalisation qui a été l’objet de nombreuses critiques. Les organismes de protection des donnéespersonnelles accusent les fabricants de RFID de vouloir utiliser une manifestation aussi populaire que la CM pour affirmer l’inno-cuité des puces radio en vue de lui donner une meilleure image [2] - impossible de confirmer ou d’infirmer de tellesaffirmations !

Il est un aspect plus facile à juger, celui de la sécurité. Il est théoriquement possible, à l’aide d’un lecteur de fabrication person-nelle (respectant le protocole de communication [1] complexe mais accessible au public), de lire une puce de carte des CMinconnue jusqu’à une distance de 1 m environ. Comme la puce MIFARE comporte un numéro de série indélébile, il n’est paspossible de le lire et de le réécrire. Il devrait être possible, Philips le reconnaît lui-même, si l’on dispose d’une puce suffisammentintelligente, de simuler le comportement d’une puce de ticket de CM. L’ensemble du processus, lecture cachée, programmationd’une puce de simulation, sans oublier surtout le risque de se faire pincer lors de la tentative d’accès est sans commune mesureavec l’intérêt de l’opération.

À savoir : nous envisageons, dans le numéro de septembre d’Elektor, de vous proposer un lecteur capable de lire les numérosde série des billets de la Coupe du Monde.

[1] www.mifare.net/products/mifare_ltralight.asp

[2] www.foebud.org/rfid/die-fussball-wm

TECHNIQUE MÉDIA

Les émetteurs TV disposent en outre d’images au ralenti,de graphiques, commentaires et autres informationssupplémentaires. Pour cette raison, toutes les stationsémettrices n’envoient d’équipes en Allemagne, lessignaux à émettre tout faits comportant un commentaireen anglais leur arrivent. Une activité de 24 heures sur24 pour Munich.

Avec les signaux HD les partenaires de la DTB (DigitalTelevision Broadcast Partner) tels que Premiere, BBC etNHK disposent d’un matériau de base d’excellente qua-lité. Premiere consacre l’un de ses canaux au football, leballon rond volera de l’ordre de 45 000 minutes d’uncoin du téléviseur à l’autre tout au long des 64 matches(ARD et ZDF diffusant à elles deux 48 ou 49 matches).Au Japon, NHK est un fervent partisan de la TVHD.En effet, on a fixé au fur et à mesure 4 juillet 2001 la finde l’ère du NTSC. Aux USA, les 2 stations de Disney,ABC et ESPN HD émettront tous les 24 matches en hauterésolution (HR). Il devrait y avoir, dit une étude de ScreenDigest et Goldmedia, 19 millions de familles à être dotésde la HR.En Grande Bretagne, la BBC, ITV Channel 4 et five émet-tent le CM via le réseau terrestre (!) sous forme de DVB-Tpour un test de TVHD non payant (freeview). Ce ne sontpas moins de 450 familles du Centre de Londres quiapprécieront ce grand événement. Ces stations émettrontégalement la HR via le câble et le satellite. Mais en Franceaussi la TVHD fera son entrée en schème. Outre Canal+,TF1 et M6, qui travaillent en terrestre, se mettent aux mat-ches du CM. Il en va de même pour l’Italie avec Sky Italiaet Canal Digital pour la Scandinavie et la Finlande.

La TVHD en format de baseC’est la première fois que la TVHD sera le format debase, tous les autres signaux en seront dérivés. Ce n’estpas sans bonnes raisons. Une image à la définition stan-dard (DS) conventionnelles est constituée de 50 demi-images par seconde, images de 720 x 576 pixels, soitun total de 414 720 pixels. En cas d’utilisation du formatHD on a également 50 demi-images par seconde, maisde 1 920 x 1 080, soit 2 073 600 pixels. Ceci est unedemi-vérité car on n’a en fait, en raison de l’interlaçage,par seconde, 50 images ayant un nombre de lignes2 fois plus faible. Au niveau mondial, ce standard deproduction n’est guère apprécié car les pays en tête dela TVHD travaillent à une fréquence de 60 Hz. Ceciimplique la conversion des images de 50 vers 60 Hz,ceci devant se faire soit dans l’IBC soit au Japon ou sur lecontinent américain.Dans les voitures de transmissions placées auprès desstades, on sélectionne les signaux caméra les plusimportants pour les envoyer au IBC. Sous la forme de« HD-SDI 1080i/25 » les signaux à haute résolutioncommencent leur voyage à 1 485 Mbits/s, les signauxstandard « SD-SDI 625i/25 » le faisant à 270 Mbits/s.La transmission HD requiert une nouvelle technologie, leStudio Berlin Adlershof a commandé une voiture detransmission pouvant traiter un maximum de 23 caméras(figure 3). Ce véhicule construit par Thomson pour10 millions d’euros sera utilisé, lors du CM, pour 6 mat-ches à Berlin et pour 5 à Leipzig.

Liaisons rapidesLa liaison entre les villes des matches et IBC se fait par lebiais d’un réseau aux mains de T-Systems. 2 lignes de

20 Gbits/s relient chaque stade à IBC, l’une des lignesservant de réserve. Il est également prévu des liaisonspar satellite en cas de gros problèmes.T-Systems gère également la liaison grande vitesse entreIBC et les studios de l’ARD et de la ZDF à Cologne etMayence, ainsi que le Centre Sony de Berlin. Il est faitappel à des lignes numériques enterrées, de structureannulaire, travaillant à 2,5 Gbits/s en WDM (WaveDigital Multiplex). Les émetteurs TV ont à leur dispositiontoutes les largeurs de bande nécessaires, de 2 à270 Mbits/s. T-Systems assure également les liaisons versl’étranger, via satellite ou fibre optique. Ces dernièressont caractérisées par des délais induits plus courts, cequi est important lors d’interviews.

Manque de matérielTout est bien qui finit bien - la CM 2006 aurait put don-ner un football de rêve en TVHD, s’il n’y avait pas eul’obstacle des téléviseurs capables de TVHD. Fin 2005on comptait en Europe plus de 2 millions d’écrans« HDReady ». Les décodeurs (Set-Top-Box) de TVHD com-primant aux normes H.264/AVC et décodant les signauxmodulés en technique satellite DVD-S2 ou selon les nor-mes câble QAM 256, restent rares. On pense qu’il s’ensera vendu environ 100 000 d’ici le début de la CM.Tant les fabricants de puces que les ceux chargés de four-nir les décodeurs ont promis plus qu’ils ne pouvaient tenir- lors de la clôture de cet article, seuls étaient livrablesdes appareils de Pace et de Humax (figure 4), Philipsayant promis son décodeur pour fin avril.

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Figure 3.Coup d’oeil dans l’unedes véhicules HR deStudio Berlin (Photo : R. Bücken).

Figure 4.Rares sont lesdécodeurs (Set-Top-Box) capables derecevoir la TVHR –ici un exemplaire de Humax (Photo : R. Bücken).

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TECHNIQUE MÉDIA

Les présentations en public (Public Viewwing) promettentd’être intéressantes. Des écrans géants montés dans deslieux ouverts au grand public ou dans des cinémas doi-vent permettre de faire courir le grand frisson, payant ougratuit. Adidas prévoit d’installer, devant le Reichstag deBerlin, l’Olympiastadion à l’échelle 1:33 et pouvant abri-ter jusqu’à 10 000 spectateurs. Si les images en HD sontpayantes, les images en DS sont, en règle générale, gra-tuites, c’est aussi simple que cela.

Et sur notre handy ?En ce qui concerne les nouveaux média il est prévu l’é-mission de ce que l’on a baptisé « near-live clips », d’unelongueur pouvant atteindre 4 minutes. Les scènes les pluspalpitantes sont extraites par Pan & Scan de l’image deTVHD et le cas échéant zoomées. L’ensemble du proces-sus durera 5 minutes dit Nicola Taylor de HBS. Toutes lesstations ont annoncé des offres en ligne, sachant qu’ilsera interdit d’utiliser des images mobiles à moins d’enavoir acquis les droits. Ce n’était pas encore le cas jus-qu’à présent.

T-Online promet des informations centrées sur le thème« Coupe du Monde » et aussi des points forts après lematch. Il est prévu de faire la promotion de l’UMTS,sachant qu’il est vital de récupérer les coûts très élevésde licence. Nous serons les seuls à proposer, en Alle-magne, 20 matches de la CM pour les téléphones por-tables. Nous avons signé le contrat correspondantavec Infront nous a déclaré René Obermann, présidentde T-Mobile International. Il est également prévu, encollaboration avec Premiere, des résumés des 64 mat-ches ainsi que des informations et des fora d’experts.La transmission, qui se fera en technique « Streaming »sera disponible, sans coût additionnel, jusqu’au31 août. Le nombre de spectateurs restera, pour desraisons de capacité, limité. T-Mobile Austria propose

Le ballon à puce (encore) hors-jeuRainer Bücken

30 juillet 1966 : pendant les prolongations de la finale de la CM Allemagne-Angleterre à la 101ème minute, le ballon rebondit,sur la transversale du but allemand, redescend, frôle la ligne de but et retourne dans le champ de jeu. But ou pas but, voilà laquestion. Seuls l’arbitre, le juge de ligne et le président allemand de l’époque, Henrich Lübke n’avaient pas le moindre doute. Ilsétaient unanimes, le ballon était entré dans le but. Ce qui était faux, comme le prouvèrent plus tard les analyses de vidéos et dephotos. Il était trop tard, l’Angleterre était championne. Depuis lors, le but de Wenbley est synonyme de l’impossibilité de donnerune décision objective en football. Des ballons volant au-dessus de la ligne de but sont souvent des sources de discorde. Il estimpossible, dans certains cas, à un juge humain de constater sans le moindre doute qu’un ballon a passé dans sa totalité derriè-re la ligne de but, condition sine qua non dit la FIFA pour une validation du but. De nombreux scientifiques et développeurs sedémènent pour obtenir un suivi indiscutable du trajet du ballon à l’aide de moyens électroniques.

La technologie du ballon à puce a été lancée dans le pays accueillant le CM, par une société fondée en 2000 et baptiséeCairos Technologies. En 2001 débuta la coopération avec l’IIS (Institut Integrierte Schaltungende) de Fraunhofer; le fabricant d’ar-ticles de sport très connu, Adidas (qui fabrique des ballons de foot depuis 1963) s’adjoignit à ce groupe.

Voici le principe de fonctionnement du système Cairos : on dispose au centre du ballon de foot une puce ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), un émetteur intégré servant à la transmission des données ainsi qu’un accu rechargé par induction.2 000 fois par seconde on a émission d’impulsions servant à déterminer la position, impulsions servant en outre à fournir desinformations d’accélération, de vitesse, de pression interne et de l’état de l’accu. On utilise à cet effet la bande 2,4 GHz qui sertégalement aux transmissions Bluetooth et WLAN. Pour éviter toute asymétrie, l’électronique prend une forme sphérique qui estmaintenue très exactement au centre du ballon à l’aide d’une suspension brevetée.

L’équipement des stades est complexe - des conducteurs à fibre optique spéciaux doivent être à des émetteurs de référence et desantennes placées tout le long des limites du terrain. Ceux-ci captent les signaux qui permettent à un ordinateur de déterminer laposition précise du ballon avec une tolérance de 1,5 cm. Si le ballon a passé la ligne de but, cette information est transmise à lamontre spéciale que porte l’arbitre. Il lui est donc possible de corriger une décision erronée. Les coûts d’équipement se chiffrent àde l’ordre de 200 000 euros par terrain.

On pourrait imaginer un développement de cette technologie par la mise en place d’émetteurs additionnels dans les protège-tibias des joueurs par exemple. On pourrait, à l’aide de cette méthode, déterminer les contacts du ballon, la vitesse de tir, leshors-jeu et qui sait quoi d’autre encore. Nous avons terminé notre travail il ne reste plus qu’à optimiser le système dit RenéDünkler, responsable du marketing technique chez IIS.

Figure 5.Les images de TV

arrivent, en UMTS, surle handy si tant est

qu’il soit capable de les recevoir

(Photo : R. Bücken).

Officiellement, cette technique a subitson baptême du feu l’an passé, du 16 sept-embre au 2 octobre lors du Championnat FIFA des moins de17 ans au Pérou auquel participèrent 16 pays et que gagnale Mexique. Bien que tout le monde fût impressionné par latechnique, on constata qu’il faudrait encore bien des amélio-rations. Adidas se refuse à lâcher du lest quant à son stan-dard de qualité. Ce ne seront pas moins de 10 millions deballons qui seront fabriqués cette année, chaque match dela CM pouvant en requérir jusqu’à 15 dit Thomas vanSchaik, le manager Relations Publiques Monde d’Adidas.Dans le laboratoire du fabricant à Scheinfeld et àl’Université de Loughborough, un robot shoote tous les bal-lons de la même façon. Les déviations du ballon, avec ousans puce, par rapport à la trajectoire théorique, doiventêtre minimales. De nos jours, un ballon possède un diamètrede 69 cm et un poids compris entre 441 et 444 g, la pré-sence d’une puce ne devant pas se faire sentir à ce niveau.

Les garants des règles du jeu, à savoir l’IFAB (InternationalF.A. Board et la FIFA n’avaient pas encore, le 4 mars der-nier, pu décider de l’utilisation de la technique « ballon àpuce » pour la CM en Allemagne. Il reste une lueur d’espoirpour la technologie allemande de surveillance de la ligne debut : son développement et les essais se poursuivent, sachantqu’elle ne sera utilisée que pour une décision immédiate. L’I-FAB et la FIFA sont prêtes à tester d’autres techniques. LaFédération Italienne mise sur des caméras numériques,l’UEFA désirant tester un nouveau système de communicationentre l’arbitre et ses assistants. La proposition française d’unsystème à base vidéo a été rejetée, l’évaluation des phasesde jeu se traduisant par un décalage chronologique du jeu.

www.fifa.com/de/regulations/regulationwww.cairos.comwww.iis.fraunhofer.dewww.adidas.de

Liens:http://fifaworldcup.yahoo.com/06/fr

www.hbs.tv

www.infrontsports.com

www.world-foot.com/

www.planetefootball.com/

www.ard.de (allemand)

www.zdf.de (allemand)

www.premiere.de (allemand)

www.rtl.fr/sports/foot/

des résumés UMTS pour handy au prix de 7,50 eurospar mois.

Un concurrent, Vodafone, partage ses offres entre la TVsur handy via UMTS (figure 5) et la DVB-H. Les respon-sables nationaux n’ont pas encore fait un choix définitifdes licences DVB-H, mais il devrait y avoir des matchesde la CM en DVB-H à Berlin, Hambourg, Hanovre etMunich.

La CM de Foot devait non seulement signifier le lance-ment de la DVB-H mais aussi de la MobileTV selon lestandard DMB (Digital Mobile Broadcasting). Les discus-sions entre les protagonistes d’un côté et les problèmesde droits de l’autre se sont traduites par un certainretard. Dans ce cadre, l’attribution de droits de transmis-sion ne s’est faite, pour les premiers, que le 7 mars. Lefait que Tout le monde ne soit pas d’accord ne facilitepas la situation. L’avenir nous dira comment les choses seseront passées.

Dans 4 ans, la FIFA veut commercialiser elle-même lesmatches en Afrique du Sud pour encore plus de rentréesfinancières. On parle d’un milliard d’euros de droits pourla seule Europe. Nous sommes curieux de voir ce quel’offre comportera d’additionnel outre du bon football etdes écrans de qualité encore meilleure.

(060053-1)

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La puce radio intégrée dans le ballon est, sur ce prototype, enveloppée demousse (Illustration : Fraunhofer IIS).

Des antennes implantées tout au long des limites du terrain captent les signauxradio permettant à un ordinateur de calculer la position du ballon à partir desdifférences des durées de transmission (Illustration : Fraunhofer IIS).

Les nouveaux passeports électroniques allemands sontdélivrés depuis le premier novembre 2005 ; leur intro-duction est prévue pour 2006 dans la plupart des autrespays européens. La biométrie et la protection des don-nées sont de nouveau dans toutes les bouches. On sepose aussi de nombreuses questions sur la sécurité et lafiabilité du processus d’identification sans contact.Au cours d’une première étape, les seules données enre-gistrées seront celles qui figurent de toute façon dans lepasseport. Il s’agit principalement du nom, de la date denaissance, du sexe et d’une photo de passeport d’envi-ron 15 Ko en format JPEG. Hormis la photo numérique,la page des données du passeport contient déjà toutesces informations sous forme de zone MRZ (Machine Rea-dable Zone) lisible optiquement par une machine. À par-tir de 2007, il est prévu d’enregistrer aussi dans la puceles 2 empreintes des index.Une puce sert de support de données. Plus précisément,il s’agit du composant P5CD072 de Philips (dérivé de lafamille des « Smart MX Secure Smart CardControllers ») [1]. Selon ses propres déclarations, l’entre-

Passeport à puceGerhard Schalk, Philips Autriche

Les passeports électroniques allemandssont équipés d’une puce radio depuis lepremier novembre 2005. On peut bienentendu se poser des questions sur la pro-tection des données, tout comme sur lasécurité et la fiabilité de l’identificationsans contact. Cette contribution est consa-crée à cette puce et aux mécanismes desécurité sophistiqués mis en oeuvre.

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TECHNIQUE RFID

prise néerlandaise est devenue le numéro un dans cedomaine – plus de trois quarts des pays introduisant lepasseport électronique ont choisi les puces Philips. Lespuces du fabricant allemand Infineon (« SLE66CLX641 »)sont aussi utilisées dans les passeports allemands [2].Selon l’entreprise munichoise, il n’est pas rare que lesinstances concernées (en l’occurrence le Ministère fédéralde l’intérieur) se décident pour plusieurs fournisseurs. Ils’agit dans tous les cas d’un marché considérable. Infi-neon estime que le nombre de nouveaux passeports alle-mands à délivrer cette année sera de l’ordre de2,4 millions et devrait même atteindre 125 millions auniveau mondial.

Les contrôleurs de carte intelligente (Smart Card Control-ler) à interface sans contact sont, contrairement auxpuces RFID pour « utilisation normale », des puces àhaute sécurité. Ils répondent aux mêmes normes de sécu-rité que les contrôleurs de carte intelligente munis decontacts utilisés pour les paiements bancaires et les trans-actions par carte de crédit. De nombreux pays exigent

coprocesseurs spéciaux. La ROM de ce type de contrô-leur contient le système d’exploitation de la puce (COS =Card Operating System) qui attribue la priorité la plusélevée à la sécurité d’exécution des applications et à laprotection d’accès des données enregistrées. La puceP5CD072 pour carte intelligente est un contrôleur hautesécurité à double interface (Dual Interface Smart CardController) équipé d’une ROM 160 Ko, d’une RAM4,6 Ko et d’une EEPROM 72 Ko. « Double interface »signifie que la puce peut communiquer avec le lecteuraussi bien par l’interface munie de contacts que par l’in-terface sans contact.Le CPU possède un pointeur de données (DPTR) de24 bits et dispose donc d’un espace d’adressage de16 Mo. Le contrôleur offre un jeu d’instructions totale-ment compatible avec celui du 8051. Il possède toute-fois un nombre assez élevé d’instructions supplémentai-res d’accès mémoire rapide pour les coprocesseurs cryp-tographiques et des instructions spéciales destinées àimplémenter efficacement un système d’exploitation pourcarte intelligente.

La famille « SmartMX » est programmée au moyen d’unassembleur/compilateur spécial de l’entreprise Keil. L’op-timisation (taille mémoire et vitesse) requiert encore denos jours qu’une partie – voire l’intégralité – du systèmed’exploitation, soit programmée en langage assembleur.Les systèmes d’exploitation font l’objet de tests poussésau moyen d’émulateurs de l’entreprise Ashling ou Keilavant la fabrication de la ROM à masque de la puce.Comme il est d’usage dans l’industrie des cartes intelli-gentes, la consultation des fiches techniques, notes d’ap-plication, exemples de code et outils de développementest soumise à de strictes restrictions. Seul un abrégé descaractéristiques (« Short Form Specification ») peut êtretéléchargé à partir du site Internet du fabricant [1].

Interface sans contactL’interface à contact n’est pas utilisée avec les passe-ports électroniques. La communication ne s’effectue quepar l’interface sans contact (ISO/IEC14443). Lescontacts VDD, GND, IO1 à IO3, CLK et RST ne sontdonc pas utilisés.Le module à puce sans contact optimisé et haut de320 µm seulement conçu par Philips est suffisamment petitet stable pour être utilisé dans un passeport (figure 1). Ilse différentie fortement des modules à contact pour carteintelligente comportant 8 contacts dorés. Les 2 connexionsd’antenne (LA et LB) de l’interface sans contact sont rac-cordées au module. Le module sans contact comportantl’antenne et la puce est intégré dans le passeport électro-nique (figure 2) au moyen d’un matériau de support spé-cial dénommé « inlay ». Les connexions d’antenne sontreliées électriquement au module.L’OACI a principalement choisi la technologie sanscontact pour l’absence des défaillances caractérisant latechnologie à contact. L’encrassement et l’usure descontacts de ces systèmes sont en effet les sources majeu-res de défaillances. L’intégration simplifiée des modules

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À l’épreuve du vol de données ?

Photo: Imprimerie Nationale RFA

que la puce utilisée (et le logiciel si nécessaire) soient cer-tifiés selon des critères particuliers. Dans le cas de l’Alle-magne ce certificat est attribué par le Bureau fédéralpour la sécurité en technologie informatique (Bundesam-tes für Sicherheit in der Informationstechnik, BSI).Les spécifications techniques fondamentales du passeportélectronique ont été élaborées par l’Organisation de l’A-viation Civile Internationale OACI (International CivilAviation Organization, ICAO), une institution spécialiséedes Nations unies. Cette norme assure l’interopérabilitémondiale des documents de voyage électroniques lisiblespar une machine. Toutes les normes techniques OACIsont librement accessibles et peuvent être téléchargéesgratuitement à partir de la page d’accueil ICAO [3].

Puce pour carte intelligenteLes contrôleurs de carte intelligente (Smart Card) sont enprincipe des microcontrôleurs spéciaux pouvant enregist-rer en toute sécurité des données sensible et effectuer trèsefficacement des opérations de cryptage au moyen de

sans contact dans les passeports de format actuel consti-tue un avantage supplémentaire. L’intégration directe dela puce dans le passeport le rend en outre moins vulnéra-ble à la contrefaçon. L’OACI accepte plusieurs possibili-tés d’intégration de la puce dans le passe port. C’estpourquoi la puce change d’habitat selon le pays : on latrouve par exemple dans la page des données ou dansune des couvertures du passeport.

La communicationLe transfert de l’énergie et des données s’effectue parl’antenne intégrée et un circuit spécial de décodagecomme dans la plupart des systèmes sans contact. Lanorme ISO/IEC14443 définit la transmission des don-nées entre les « cartes de proximité » (proximity cards)et une unité de lecture. La distance ne doit pas dépasser10 cm. Cette norme est identique à la norme industrielleMifare® (figure 3), hormis le protocole de transmis-sion. L’expérience accumulée avec plus de 500 millions

de ces puces sans contact de Philips démontre la fiabi-lité très élevée du système.Pour assurer la communication et l’alimentation ducontrôleur de la carte intelligente, le lecteur produit unchamp électromagnétique HF avec une fréquence por-teuse de 13,56 MHz. L’antenne du passeport établit uncouplage inductif avec le champ engendré par le lecteur.Une modulation ASK (Amplitude Shift KeyingModulation) 100% assure la transmission des donnéesdu lecteur au passeport. La fréquence porteuse de cetype de modulation est activée et désactivée. Cela per-met à la puce sans contact d’assurer une démodulationtrès simple et fiable du signal du lecteur.Un procédé de modulation de charge avec porteuseauxiliaire assure la transmission des données du passe-port au lecteur. La fréquence de la porteuse auxiliairevaut 847 kHz (13,56 MHz / 16). La modulation de laporteuse auxiliaire s’effectue par « tout ou rien » (OOKpour « On/Off Keying »). Les taux de transmission 106,212 et 424 Kbit/s sont actuellement utilisés pour les pas-seports. Toute la communication se déroule strictementselon le principe maître-esclave où le lecteur tient le rôlede maître.L’intensité du champ utilisé est fixée entre 1,5 A/m et7,5 A/m dans ISO14443. La puissance disponible cor-respondante de l’ordre de 5 mW à 10 cm permet d’ali-menter le CPU et les coprocesseurs du composantP5CD072.

Matériel de la puceExaminons le schéma fonctionnel du P5CT072(figure 4). On y trouve quelques blocs hardwareinconnus dans les microcontrôleurs usuels. L’interfaceradio CIU (Contactless Interface Unit) et le générateur deCRC-16 servent à la communication sérielle sans contactavec l’unité de lecture. L’unité CIU est un UARTISO14443 spécial sans contact.Le coprocesseur Triple DES calcule un cryptage oudécryptage 3-DES [4] de 8 octets en moins de 25 µs – etce complètement par hardware. Le coprocesseur mathé-matique spécial « FameXE PKI » sert à calculer des algo-rithmes de cryptage asymétriques, par exemple RSA etECC (Elliptic Curve Cryptography). Le calcul de laméthode RSA ou ECC fait toujours appel au CPU et aucoprocesseur. Pour améliorer les performances, le CPUprépare les registres pour l’étape suivante pendant letemps de calcul du coprocesseur 32 bits. Certaines fonc-tions de cryptage requièrent aussi un générateur de nom-bres aléatoires.

L’accès aux ROM, RAM et EEPROM est toujours effectuépar une unité de gestion mémoire MMU (MemoryManagment Unit). L’unité MMU permet de configurer devéritables pare-feu hardware entre le noyau du systèmed’exploitation et le reste du logiciel composé de blocsfonctionnels et d’applications. Le CPU offre de plus2 modes de fonctionnement. Le noyau tourne en modesystème sans restriction d’accès au matériel. Les sous-fonctions de communication, d’accès aux fichiers, de cal-cul cryptographique ou les fonctions du passeport sonttoujours exécutées en mode d’application. Elles ne dispo-sent, selon la tâche à accomplir, que de régions mémoirelimitées et leur accès au matériel est nul ou très restreint.Ce système empêche l’accès illicite à la mémoire ou aumatériel par manipulations physiques externes de lapuce. Il bloque aussi l’accès illicite au matériel dû à d’é-ventuelles erreurs du logiciel ou à sa manipulation.

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TECHNIQUE RFID

Figure 1.La puce et l’enroule-ment d’antenne son

placés dans un inlay.(Illustration : Imprime-

rie nationale [7]).

Figure 2.Le contrôleur de carte

intelligente n’est épaisque de 0,32 mm.(Photo : Philips).

Protection contre les attaquesLe P5CT072 offre encore d’autres caractéristiques amé-liorant la sécurité. Des capteurs de sécurité surveillent latempérature-, la fréquence et les limites de tension de lapuce. D’autres capteurs protègent la puce contre lesattaques par la lumière.Le matériel résiste aussi aux attaques comme « SimplePower Analysis » (SPA) et « Differential Power Analysis »(DPA). Ces 2 attaques sont basées sur la différence decomportement du courant dans les logiques CMOS lorsdu passage de 1 à 0 et de 0 à 1. Le profil du courant estmesuré par un oscilloscope qui soumet le signal à un trai-tement approprié. La puce est donc conçue pour que laconsommation ne varie pas, plus exactement pour qu’ellesoit sans rapport avec la consommation réelle interne dela puce. Le système d’exploitation peut aussi effectuer descalculs factices avec les coprocesseurs. Cela compliquela reconnaissance par SPA et DPA de l’instant où les pro-cessus de cryptage sont effectués.

La topologie spéciale des puces pour carte intelligenteprotège aussi les données d’une lecture ou de manipula-tions illicites. L’utilisation d’une logique d’interface (gluelogic) permet de diviser tous les blocs numériques duP5CT072 en éléments de petite taille et de répartir ceux-ci sur la surface de la puce. Il est donc impossible d’iden-tifier les blocs fonctionnels comme le CPU ou le bus sys-tème. Toutes les mémoires (ROM, EEPROM et RAM) sont« brouillées ». Ce brouillage (scrambling) consiste àmélanger les lignes d’adressage, de données et de com-mande des mémoires (par exemple les adresses ne crois-sent pas linéairement). L’adresse de la cellule mémoirequi suit l’adresse 1000 de l’EEPROM n’est donc pas l’a-dresse 1001, mais est complètement aléatoire. Il estdonc impossible de lire les données dans leur ordrelogique. La RAM est même recréée dynamiquement : lesadresses et les cellules mémoire sont attribuées aléatoire-ment les unes aux autres lors de la réinitialisation qui suitla mise sous tension.Les exigences de sécurité pour les puces de carte intelli-gente (et donc aussi pour le passeport) s’étendent en faitbien au-delà de la conception de la puce. L’intégralité dela fabrication des puces et des passeports, de la distribu-tion des produits et de l’informatique est soumise à desprescriptions de sécurité spéciales.

Le système d’exploitationLe système d’exploitation des cartes intelligentes et le logi-ciel d’application du passeport allemand ont été réaliséspar T-Systems, une filiale de l’entreprise de télécommuni-cation Telekom. Le système d’exploitation de base se com-pose des modules fonctionnels suivants : communicationpar l’interface sans contact, exécution séquentielle descommandes, gestion du système de fichiers et accès auxalgorithmes et fonctions cryptographiques.L’organisation des systèmes de fichiers des cartes intelli-gentes est similaire à celle des fichiers DOS sur un PC. Lesystème de fichiers d’un passeport est enregistré dansl’EEPROM de la carte intelligente lors de la personnalisa-tion du passeport. Les données ne peuvent plus êtremodifiées après la personnalisation (c’est-à-dire l’enregis-trement des données personnelles). Toutes les commandesd’écriture sont en effet désactivées irréversiblement par lesystème d’exploitation.L’OACI a défini des fonctions de sécurité supplémentairespour le passeport électronique. L’intégrité et l’authenticité

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Figure 3. Communication entre l’unité de lecture (Reader) et le contrôleurs decarte intelligente (Smart Card Controller) selon le principe Mifare®. Lors de lalecture, la carte module le signal du lecteur en modifiant la charge du circuitoscillant. (Illustration : Philips).

Figure 4. Schéma fonctionnel du contrôleur de la carte intelligente(Illustration : Philips).

Is Big Brother watching you ?Un numéro unique (Unique Identification Number = UID) est enregistré dansl’EEPROM lors de la fabrication des puces RFID et des puces pour carte intelligen-te. Cet UID permet d’activer successivement plusieurs cartes reconnues simultané-ment par le lecteur (protection contre les collisions). Mais un UID permettrait d’éta-blir une relation directe avec le détenteur du passeport ce qui, selon les défen-seurs de la confidentialité des données, faciliterait l’établissement d’un fichier dedéplacement. Cela ne s’applique pas aux passeports de l’UE. En effet, l’UID estremplacé par un nombre aléatoire (Random ID) envoyé par la puce. Ce nombrene vaut que pour la session en cours.

des données enregistrées dans la puce sont protégées parune signature numérique. Les empreintes numériques(hash values) [5] de la signature sont enregistrées dans unfichier séparé. Cette signature numérique permet de s’as-surer que les données proviennent d’une source autoriséeet n’ont pas été modifiées après leur création. Chaquepays de délivrance est en possession d’un certificat enre-gistré dans un répertoire à clé publique de l’OACI etcontresigné par la plus haute instance de certification.

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Liens[1] www.semiconductors.com/products/identification/

[2] www.infineon.com/security_and_chipcard_ics

[3] www.icao.int/mrtd/download/technical.cfm

[4] http://fr.wikipedia.org/wiki/Data_Encryption_Standard

[5] http://fr.wikipedia.org/wiki/Fonction_de_hash

[6] https://shop.foebud.org/index.php/language/en

[7] www.bundesdruckerei.de/en/index.html

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TECHNIQUE RFID

Lire au passage ?On peut déjà se procurer pour quelques euros des étuis en aluminium [7] proté-geant le passeport des regards électroniques indiscrets. Ces craintes sont toutefoisdépourvues de base : le passeport UE est protégé contre la méthode d’accès« Basic Access Control » (BAC) tant qu’il est fermé). Ce n’est que lorsque le voyageurremet son passeport à un garde-frontière qu’il participe indirectement à l’extractiondes données. Le garde-frontière place la page des données du passeport ouvertsur un terminal spécial. Ce terminal pour passeports possède un lecteur optique dela zone lisible par machine (MRZ) ainsi qu’un lecteur sans contact.

Il faut lire optiquement la zone lisible par machine avant de pouvoir accéder auxdonnées du passeport. Ces données optiques fournissent une clé d’identification indi-viduelle du passeport. Ce « secret partagé » permet au passeport de s’assurer qu’il communique avec un véritable terminal pourpasseports et réciproquement. Cette méthode est beaucoup plus sûre qu’une simple authentification comme celle basée sur unNIP. Dans ce cas, on se borne à envoyer une seule information secrète (en l’occurrence le NIP) à la carte. La carte confirme quecette information est correcte.

Lorsque la vérification BAC a été effectuée avec succès, la communication entre le terminal et le passeport est cryptée par unTriple DES (clé de 112 bits) [5]. Elle est donc protégée contre une « écoute » illégale. Les données sont aussi protégées contreles manipulations illicites par un total de contrôle cryptographique.

À partir de 2007, il est prévu d’enregistrer aussi 2 empreintes digitales dans la puce. Les empreintes digitales étant des donnéestrès confidentielles, leur sécurité nécessite une protection d’accès renforcée (« Extended Access Control », EAC). Cette méthoderepose sur un mécanisme d’authentification à clé publique par lequel le lecteur de passeport s’identifie comme étant autorisé à lireles empreintes digitales. Le pays de délivrance détermine quelles données sont accessibles à un lecteur étranger de passeport.

Les passeports électro-niques pourraient bien-

tôt faire disparaître desfrontières de nombreux

fonctionnaires renfrognés.

(Illustration : Philips).

RFID & sécuritéPaul Goossens

Les étiquettes RFID deviennent d’usage courant. On s’en sert dans les systèmes de paie-ment des transports en commun dans différentes villes et pour l’identification dans lesbibliothèques. Nous allons voir dans cet article où l’on en est en ce qui concerne la sécu-rité et le respect de la vie privée.

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THÉORIE RFID & SÉCURITÉ

Les

Les étiquettes RFID (tags) sont de petites puces spéciali-sées dotées d’une petite antenne. Dès qu’un tag de cegenre se trouve à proximité du lecteur correspondant, lapuce RFID se voit alimentée par l’énergie émise par lelecteur. Le lecteur et la puce peuvent assurer une commu-nication bilatérale par le biais de ces ondes radio.Comme ils sont sans fil, les tags RFID connaissent denombreux domaines d’application. Il n’est pas nécessaireque l’étiquette soit visible pour qu’elle puisse communi-quer avec le lecteur. Ceci présente cependant aussiquelques inconvénients. Le « possesseur » d’un tel tagRFID ne détecte normalement pas qu’il y en a lecture etignore si une tierce partie espionne son propre tag.

InconvénientsImaginons que vous mettez un morceau de viande (dotéde son tag RFID) dans votre chariot. Dès que vous passezà proximité du rayon des vins votre chariot doté d’un lec-teur vous signale quel est le vin qui conviendrait le mieuxà votre viande. Si l’exemple ci-dessus est innocent, quepenser du fait que des tiers puissent être en mesure de lirel’information contenue par votre passeport et la recopier,ou qu’ils facturent à votre compte l’essence prise dans unestation-service ? Nous ne tenons vraiment pas à être l’ob-jet de tels détournements aux conséquences désastreuses.Actuellement, différents groupes de personnes s’occupentà rendre public de tels dangers, ceci en vue d’inciter à laprudence lors de l’utilisation de ces nouvelles technolo-gies et d’insister sur l’importance de l’aspect sécuritédont les fabricants et les instances utilisatrices doiventimpérativement tenir compte.C’est ainsi qu’un groupe d’étudiants a « craqué » le sys-tème RFID « Exxon Mobile Speed Pass » utilisé par lesstations services américaines de la marque Exxon en tantque système de paiement. Les tags RFID utilisés sont biendotés d’un dispositif d’encryptage mais ceci n’a pasempêché les étudiants de pouvoir payer à l’aide d’unTAG RFID qu’ils avaient recopié. Ils ont, à l’aide d’unappareil de leur cru, intercepté (à distance et donc inco-gnito) la communication entre la carte de paiement RFIDet le lecteur correspondant. L’analyse de cette communi-cation leur a permis de décrypter la sécurisation et derecopier de la carte de paiement RFID.Ils ont ensuite, à titre de confirmation, essayé, avec suc-cès de prendre de l’essence et de payer automatique-ment à l’aide de leur carte RFID recopiée. Il va sans direqu’ils avaient recopié leur propre carte de paiement RFIDpour ne pas effectuer une opération illicite.

Depuis lors on a même vu naître le premier virus RFIDdéveloppé par l’un des membres d’un groupe de recher-che de l’Université Libre d’Amsterdam. Ce virus a étéécrit pour l’un de leurs propres systèmes RFID, et non paspour un équipement commercial. Ce qui n’empêche quece virus prouve à l’évidence qu’il est temps de réfléchiraux dangers qui entourent la technologie RFID.

Melanie RiebackL’auteur de ce virus, Melanie Rieback, a écrit ce virus pourattirer l’attention sur la problématique entourant la sécuritéde la technologie RFID. De son avis, la sensibilité des don-nées privées et la sécurité ne constituent pas uniquementun problème pour le consommateur mais aussi pour lessociétés désirant utiliser cette technologie. Lorsque l’ondécouvre combien d’articles ont été écrits suite à cetteannonce, il est certain qu’elle a atteint le but recherché.Depuis, Melanie a été contactée par plusieurs sociétés pourles aider à mieux sécuriser leurs logiciels RFID. D’autressociétés actives dans le monde du RFID ont très peu appré-cié ce virus dont, à leur avis, la réputation était surfaite.Outre la carte « Exxon Mobile Speed Pass » évoquéeplus haut, Melanie nous affirma que le nouveau passe-port néerlandais n’est pas à l’abri d’un décryptage. Unesociété de Delft (NL), « Riscure » a prouvé que la techno-logie RFID en question n’avait pas le niveau de sécuritérequis. Il n’a fallu que quelques heures pour décrypter laclé de cryptage d’un tel passeport; il est dès lors possiblede lire, sans que personne ne le sache, la date de nais-sance, les données de la photo et des empreintes digita-les enfouies dans ce nouveau passeport. Averti, le Minis-tère des Affaires Étrangères a annoncé une améliorationde la sécurisation de cette technologie.Le passeport néerlandais n’est pas le seul à avoir desproblèmes de sécurité au niveau du tag RFID, il en va demême pour son homologue américain. Lors d’une confé-rence « Freedom & Privacy » un membre du comité« Civil Liberties » a démontré qu’il était possible de lire lenouveau passeport américain à une distance de 1 mètredéjà, alors que les fabricants prétendent qu’il faut l’ap-procher à quelques centimètres pour la lecture.

DouteuxSuite à ces exemples, Melanie se demande si l’industriea tiré les leçons qui s’imposent. Les voitures sont testéesde fond en comble avant d’être autorisées à prendre laroute, pourquoi cela n’est-il pas le cas avec une technolo-

gie mettant en jeu la vie privée d’autrui ? Commentl’homme moderne peut-il faire confiance et accepter cesdéveloppements s’ils n’ont pas été suffisamment testés ?Jusqu’à présent ce ne sont que des laboratoires derecherche qui ont mis à mal la technologie RFID, maisqui peut garantir qu’il n’y a pas d’esprit malveillant sou-haitant le faire ou l’ayant déjà fait ? Dès lors qu’il y aurasuffisamment de systèmes RFID ce n’est plus qu’une ques-tion de temps pour le vrai test : celui de la pratique.Hélas il sera trop tard alors.Même les puces RFID destinées à se substituer aux codesà barre peuvent servir à recueillir des informations sensi-bles ayant trait à la vie privée des acheteurs. ChaqueRFID doté d’un numéro de série unique peut servir à tra-cer le trajet suivi par le client, son comportement d’ache-teur, etc. Depuis plusieurs années déjà, des organisationstirent le signal d’alarme quant aux effets néfastes desRFID. L’industrie réagit à cette sorte de nouvelles commesi elles avaient pour but un boycott total des RFID et neles prend pas vraiment au sérieux.

Solutions et barrièresIl y a heureusement des méthodes permettant de faireface à ces dangers. Il existe ainsi des bloqueurs (jammer)de RFID servant à empêcher la communication entre l’éti-quette et le lecteur RFID. Si quelqu’un se promène avecun tel appareil en poche, il devient impossible de lire lesétiquettes RFID dans son entourage immédiat. Melaniefait partie d’un groupe de recherche chargé du dévelop-pement du RFID-Guardian, appareil au fonctionnementplus fin que celui d’un bloqueur.Il est possible, à l’aide du RFID-Guardian, de choisir soi-même quelles étiquettes RFID restent lisibles et lesquellesne le seront plus. L’appareil offre la possibilité d’analyserles demandes des lecteurs RFID et, en fonction du résul-tat, d’autoriser ou non la communication. Il serait possi-ble ainsi de permettre à votre carte de transports en com-mun de communiquer mais de bloquer toutes les autresétiquettes RFID. Ce système rappelle quelque peu le fire-wall de votre ordinateur.

Une voixIl est important, de l’avis de Melanie, que les consomma-teurs se fassent entendre et qu’ils exigent un niveau desécurité plus élevé. On a déjà procédé à des tests avecdes puces RFID mieux protégées, mais uniquement enlaboratoire. La mise en oeuvre à grande échelle de cettemeilleure sécurité coûte de l’argent, beaucoup d’argent.Tant que le consommateur se contente d’un niveau desécurité faible, pourquoi les fabricants iraient-ils dépenserplus d’argent pour cette sécurité supplémentaire ?Actuellement, un certain nombre de commissions redéfinitles standards des RFID. Espérons que la barre de sécurisa-tion soit placée plus haut qu’aujourd’hui. Il va sans direque les fabricants de puces RFID eux aussi font partie desdites commissions. Ils souhaitent bien entendu pouvoir uti-

liser la technologie dans son état actuel sans avoir àdépenser de fortes sommes pour améliorer leurs produits.

Droit de réponseÀ la suite de ces résultats nous avons demandé une réac-tion à Philips, l’un des plus grands fabricants de pucesRFID au monde.Philips nous a fait savoir être au courant des dangersauxquels est confrontée la technologie RFID. Ils trouventimportant de suivre ce genre de développements et d’êtreinformé des risques auxquels doit faire face cette techno-logie. Philips insiste sur l’importance de savoir commentle virus a été testé et de signaler qu’il s’agit ici d’un sys-tème ayant été conçu pour pouvoir être « craqué ».Le danger de ce type d’information est que celle-ci estégalement lue par des personnes qui ne connaissent rienà la méthode utilisée. Ceci peut se traduire par une inter-prétation erronée et la naissance d’une image faussechez le consommateur.D’après Philips, leurs étiquettes RFID utilisées dans lespasseports et les systèmes de paiement sont si bien proté-gées que leur niveau de sécurité est supérieur à celui despaiements via Internet. Philips fournit ainsi, entre autres,les tags RFID à Visa pour ses « cartes bancaires ». Visa abien entendu testé ce système à fond avant d’en autoriserl’utilisation avec leurs cartes de paiement.Le type de sécurité utilisé dans un système dépend dutype d’application à base de RFID. Depuis 1994, Philipsa délivré plus de 500 millions de puces RFID Mifare, utili-sées entre autres dans un système de paiement pourtransports en commun. On ne connaît pas un seul cas defalsification du ce type de puce RFID.

ConclusionLes étiquettes RFID vont jouer un rôle de plus en plusimportant dans notre société. On peut difficilement éva-luer les problèmes de sécurité qu’elles peuvent engend-rer, mais il est certain qu’il faut rester critique à leurégard. Le jour où nous leur confierons nos affaires ban-caires, nos données de santé et d’autres informationssensibles il sera important de protéger ces informationscontre tout accès illicite.Nous trouvons d’un côté les fabricants de RFID qui nouspromettent plus de luxe et de confort grâce à la mise enoeuvre des puces RFID, de l’autre des groupements quipensent que l’arrivée de la technologie RFID est annon-ciatrice de l’Apocalypse. Qui aura raison ? Comme biensouvent, la vérité doit se situer à mi-chemin. Nous voustiendrons au courant des développements !

(060174-1)

Liens Internet :http://rfidanalysis.org/www.rfidvirus.org/www.riscure.com/www.rfidjournal.com

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virus menacent les étiquettes RFID

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INFO & MARCHÉ SCOPEMÈTRES

L’objectif primaire des scopemètres estd’être mobiles. Il s’agit bien souvent,comme dans le cas des oscilloscopesUSB, d’instruments de mesure multi-fonctions. S’il en existe quelques-unsqui sont de purs oscillos, la plupartpeuvent également faire office, parexemple, de multimètre ou d’analyseurFFT. Il arrive aussi que nous décou-vrions des fonctions additionnellesqu’il est facile, grâce à la technologieactuelle, d’intégrer dans un instrumentde mesure telles que fréquencemètreou générateur de fonctions. Les possi-bilités et calibres disponibles varientd’un appareil à l’autre et sont à l’évi-dence fonction du prix.

Bien que de dimensions sensiblementsupérieures à des multimètres numé-riques, les scopemètres se tiennentdans une main de sorte que l’ondispose de l’autre pour effectuer lamesure. Si la taille de l’affichage LCDvarie d’un modèle à l’autre, il est enrègle générale bien plus grand quecelui d’un multimètre numérique« ordinaire », permettant une excel-lente visualisation des résultats demesure. Les modèles les plus chers ontun écran encore plus grand, voire unécran couleur. Nous avons même puadmirer un modèle doté d’un écrantactile.

Environnement d’utilisationLe domaine d’utilisation d’un scope-mètre est plus ou moins prédestiné.Bien qu’il y ait des modèles pouvantparfaitement être utilisés dans l’envi-ronnement statique d’un point de tra-vail, ces instruments sont destinés àune utilisation mobile. La compacité etleur poids limité combinés à l’absenced’une prise secteur 230 V grâce à laprésence d’accus ou de piles internesfont que ces appareils conviennent àmerveille au dépannage dans lesendroits les plus divers.

Le transport d’un tel instrument estfacile. Si l’on doit se déplacer par avionà l’étranger pour effectuer des mesuresquelque part « in the middle ofnowhere » on emportera plus facile-ment un scopemètre qu’un oscillo-scope classique. Certains modèlessont pour cette raison dotés d’unsolide coffret dans lequel trouvent biensouvent place les différents accessoi-res de mesure.

Professionnel – semi-professionnelNous avons utilisé, comme critère decatégorisation, pour des raisons defacilité, le prix d’achat. Nous avonsbaptisé semi-professionnel tout ce qui

coûte moins de € 1 000 et profession-nel tout ce qui dépasse ce prix. Cecine signifie cependant pas que l’on nepourrait pas, par exemple, utiliser pro-fessionnellement un scopemètre de€ 500. On peut imaginer des situa-tions dans lesquelles on a besoin,dans un environnement ou situation« professionnelle », de visualiser gra-phiquement une certaine tension sansque la précision du signal mesurén’ait d’importance. Il suffit bien sou-vent de relever la simple présenced’un signal donné sans qu’il ne soitnécessaire de connaître les valeursexactes ou d’analyser les formes designal.

Les instruments les plus chers ont unaffichage plus grand et de meilleurequalité et offrent plus d’options com-binées à une plage de mesure et/ouune fréquence d’échantillonnage plusélevée.

ÉchantillonnageLa fréquence d’échantillonnageindique la fréquence, par unité detemps, d’une certaine mesure dont lerésultat est visualisé à l’écran. Cesignal est constitué de points demesure. L’instrument se charge d’unevisualisation coordonnée de ces

ScopemètresJan Steen

Il y a quelque temps, nous vous avons proposé un testexhaustif d’oscilloscopes USB. Dans une sorte de prolongementde cet article, nous allons passer en revue et examiner unedizaine de ce que l’on appelle des « scopemètres ».

Tout dans la main

« points ».Disposer d’unefréquence d’é-chantillonnagetrès élevée n’aguère de senssi l’affichageLCD possèdeune résolution(nombre depixels) faible. Ilfaut que ces 2 fac-teurs soient interrelatés. De plus, la fré-quence d’échantillonnage est à l’évi-dence couplée à la fréquence la plusélevée mesurable. On a besoin, pouréchantillonner un signal d’entrée, d’aumoins 2 mesures par période du ditsignal. À partir de là, le logiciel peut,par interpolation, reproduire une formede signal mais sous forme sinusoïdaleuniquement même si le signal pré-sente une forme toute différente. On abesoin, pour une reproduction correctede la forme d’onde, de plus d’échan-tillons, d’au moins 8 à 10 par périodedu signal d’entrée, en encore plus pourles détails...Dans la pratique on peut admettrecomme règle que la fréquence maxi-male que puisse mesurer un oscillo-scope échantillonnant est du dixièmeenviron de la fréquence d’échantillon-nage. Dans le cas d’un appareil de

1 Gé/s (é/s = échantillons/s) cela setraduit par une bande passante analo-gique de 100 MHz. Si l’on a justebesoin de suivre un signal, un tel appa-reil peut traiter des fréquences allantjusqu’à 500 MHz.Toujours veiller, avec un oscilloscope

numérique, à ce que le signal d’entréene comporte pas de fréquences supé-rieures à la moitié de la fréquence d’é-chantillonnage, sous risque de voirapparaître des produits de repliement(aliasing) donnant des formes d’ondestrès bizarres.

Test pratiquePour ce test nous avons demandé 10scopemètres récents à leur fabricantset distributeurs. Nous les avonsessayés dans une situation pratiqueet avons relevé plus particulièrementla mise en oeuvre et les possibilitésdes instruments. Chacun des appa-reils est présenté brièvement sur lespages qui suivent.

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ScopeMeter™Le terme de scopemètre est devenu, « dans le langage courant », synonyme depetit oscilloscope portable. Ceci est en fait abusif vu que le terme ScopeMeter estune marque déposée de Fluke ne pouvant être applicable qu’aux instruments deFluke. Tous les autres instruments devraient en fait être appelés oscillos portatifsmais sûrement pas ScopeMeter.

Pour info : Fluke a de concert avec Philips, développé et commercialisé, dès1990, le premier oscillo portable baptisé ScopeMeter.

Velleman HPS40

Ce qui nous frappe immédiatement, dans le cas du HPS40,est la sa simplicité. Il ne comporte, outre un quarteron deboutons servant à naviguer dans le menu, qu’un nombrelimité de bouton sur l’avant. Cette simplicité d’utilisation estplus ou moins commune à la plupart des scopemètres. N’im-porte quelle télécommande de téléviseur ou magnétoscopeest plus complexe que cela.

Le HPS40 est un appareil compact pratique. Le dessus estdoté de 3 embases : une connexion BNC pour la sonde, uneentrée pour adaptateur secteur (en option) et une embase RS-232 à opto-isolation. Le HPS40 possède une fréquence d’é-chantillonnage maximale de 40 Mé/s. Il en existe une versionplus simple, le HPS10, de 10 Mé/s. L’affichage LCD est un 112x 192 pixels rétro-éclairé à extinction automatique au boutd’un certain temps.

PratiqueIl n’y a pas grand chose à signaler quant à la mise en oeuvre.Le HSP40 est un instrument de mesure simple. C’est « unique-ment » un oscillo sans autre fonction de mesure. L’utilisationde cet appareil simple ne pose pas le moindre problème. C’estl’un des scopemètres les plus simples de notre test. Il ne fautpas en attendre des miracles. La visualisation de tensionsalternatives simples est OK, mais la valeur de la fréquenced’échantillonnage entraîne des limitations évidentes.

ConclusionInstrument peu « impressionnant » qui est cependant bien fini.Instrument de mesure relativement simple aux spécificationsmoyennes. Il y a plus impressionnant que sa fréquence d’é-chantillonnage de 40 MHz. L’utilisation présente des limita-tions évidentes. Parfaitement utilisable pour des mesures detous les jours et/ou pour le hobbyiste.

Avec un prix de € 350, TVA incluse, le HPS40 est l’instrumentle moins cher de ce test. Vous aurez l’instrument, un câble RS-232, une sonde et une valise plastique pour le transport.

Wittig Multiscope 20 Mé/s

À l’image du HPS40 de Velleman, le Multiscope est un instru-ment relativement simple quant à ses spécifications, ce quien limite l’utilisation. Il s’agit cependant d’une version 2 voies;il est livré avec mini-valise plastique, chargeur/adaptateur,2 sondes, câble RS-232 et logiciel PC sur CD-ROM pour trans-fert sur PC des mesures relevées. Le taux d’échantillonnageest de 20 Mé/s par canal. L’alimentation peut se faire à l’aidede 6 piles AA.

Il s’agit d’un véritable instrument de « poing » facile à saisiren raison de la finesse de sa partie inférieure. Le haut, pluslarge, comporte l’écran de 128 x 64 pixels. Comme sur tous lesscopemètres, ici aussi un rétro-éclairage. Le Multiscope estun oscillo pur et dur. On a bien sûr également affichage, à l’é-cran, de la valeur numérique (RMS).

PratiqueTous les scopemètres sont relativement simples à mettre enoeuvre. Ceci vaut également pour ce Multiscope. Il se diffé-rencie par sa présentation, comportant, à l’image d’un GSM, unmini-clavier numérique. Il suffit d’ouvrir le manuel pour s’ensortir dans la plupart des cas. Les touches de navigationsituées au-dessus du clavier numérique permettent une prome-nade souple dans le menu auquel permet d’accéder le boutoncentral.

ConclusionLe Multiscope est un instrument ne prétendant pas réaliserdes merveilles. Ses spécifications sont, à l’évidence, limitées,ce qui le réserve uniquement aux mesures simples. Pour lereste, un appareil attrayant avec valise dans laquelle on peutstocker tous les accessoires. Un objet attrayant pour le plein air,aux limitations indéniables mais au prix en conséquence. LeMultiscope ne coûte que € 350 hors-TVA.

Quelques jours après la clôture de ce test, son fabricant, Wit-tig, nous a annoncé la fin de production de ce modèle qui seraremplacé par un nouveau type de scopemètre.

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INFO & MARCHÉ SCOPEMÈTRES

Wens 700S

Une première impression positive. L’instrument paraît robusteavec sa face avant gris-bleu et son enveloppe grise le proté-geant contre les chocs. Bien qu’un peu plus gros, il reste bienmaniable. Un set d’accus NiMH de 2 x 3,6 V/2 100 mAh assurel’alimentation.

Nous retrouvons ici un rotacteur de commande comme sur leMerconet par exemple. S’il est utilisable en oscilloscope(logique ! direz-vous) le Wens 700S embarque, à l’image de laplupart des scopemètres, quasiment toutes les fonctionsdisponibles sur les multimètres numériques normaux avec enplus un générateur de fonctions et un fréquencemètre (allantjusqu’à 1,3 GHz). La fréquence d’échantillonnage est de25 Mé/s max. Le générateur de fonctions fournir des signauxsinus, en dents de scie et carrés de 40 Hz à 1 MHz. Une liai-son RS-232 permet de le relier à un PC.

PratiqueTout en « jouant » nous nous en sortons sans manuel.Quelques difficultés pour découvrir comment allumer le rétro-éclairage de l’affichage. À noter que le manuel est en alle-mand, ce qui est logique, l’appareil nous ayant été livré direc-tement par son distributeur allemand, ELV. La mise en oeuvrede l’appareil est heureusement intuitive de sorte que le tech-nicien lambda s’en sortira sans problème.Le passage en fonction oscillo donne une belle image sur l’af-fichage graphique dont les dimensions sont de 63 x 63 mm.Les détails d’un signal sont relativement bien visibles.

ConclusionIndéniablement un bel appareil bien fait à l’aspect solide.Facile à utiliser mais au domaine d’utilisation limité en raisonde ses spécifications. Ce n’est pas l’appareil que nous choisi-rions pour mesurer des tensions de fréquence élevée. S’il estrelativement encombrant, il met à disposition un affichage debonne taille.En résumé : un appareil intéressant au prix abordable doté dedifférentes fonctions additionnelles.

Seintek S2405

Le Seintek S2405 est le « grand » frère du S2401. Il s’agit d’unappareil relativement simple, ce qui est aussi le cas des spé-cifications. La fréquence d’échantillonnage est de 25 Mé/s enmode 2 voies et de 50 Mé/s en mode mono-canal. S’il est cor-rect, ce taux d’échantillonnage est limite, pour le moins, pourdes mesures sur, par exemple, un signal vidéo. Ces spécifica-tions conviennent à des mesures simples sur des signauxaudio ou autres tensions « ne grimpant pas trop en fré-quence ».

L’écran de 132 x 128 pixels est monochrome (comme sur tousles instruments de cette classe de prix). Il n’en est pas moinsbien lisible et, évidemment, à rétro-éclairage. L’appareil estbien conçu avec de belles touches et une ceinture (amovible)de protection en caoutchouc. L’instrument est accompagnéd’un adaptateur, d’une paire de sondes à fiches banane « clas-siques », de 2 câbles de mesure pour mesures normales, d’uncâble RS-232 et d’une disquette de logiciel. Nous préférerionsun CD-ROM. Les disquettes ne sont plus d’actualité. Le tout setrouve dans une sacoche de transport en nylon.

PratiqueIl n’est pas nécessaire d’avoir un titre de docteur pour s’enservir. N’appelle guère de remarque. Tout va de soi et il n’y apas même besoin d’ouvrir le manuel (en anglais). Les signauxde mesure sont joliment présentés. Les menus sont clairs etfaciles à parcourir. Stocker des images pour ensuite les trans-férer par le port RS-232, l’enfance de l’art avec cet appareil.

ConclusionN’a rien d’impressionnant. Cet appareil est, à l’évidence, des-tiné aux mesures standard dont les résultats de mesure nedoivent pas répondre à des exigences sévères. Sa ceinture decaoutchouc donne au S2405 un aspect solide, dès qu’il en estdébarrassé, il fait un peu « bon marché ». Avec ses 400(hors-TVA) il l’est en fait aussi. Si cette somme peut semblerélevée, elle nous campe dans la catégorie « abordable » desscopemètres.

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Metex MS-2000

Metex a mis une paire de scopemètre à notre disposition,dont le MS-2000. Cet « Handy-scope » est un instrument demesure 1 voie utilisable également en multimètre, sondelogique ou fréquencemètre (5 chiffres) dont la plage demesure s’étend jusqu’à quelque 10 MHz. La partie oscillo n’enimpose pas vraiment par ses spécifications. La fréquence d’é-chantillonnage n’est que de 10 Mé/s. Rien d’impressionnant.

Pour sa classe, l’affichage LCD est de bonne taille, avec unerésolution correcte. Les dimensions sont, dirons-nous« moyennes ». L’ensemble comprend, outre l’appareil lui-même, une sonde, un câble RS-232, des câbles de mesure, unadaptateur fiches banane vers BNC et une disquette de logi-ciel. Les instruments de Metex sont, comme ceux de Seintek,livrés dans une sacoche nylon pouvant abriter tous les acces-soires. Le Metex permet aussi une mesure « graphique » desrésistances, condensateurs et diodes.

PratiqueUn paragraphe dont nous pourrions lentement nous passer.Tous les scopemètres passés en revue jusqu’à présent sontsimples à utiliser. Chapeau aux fabricants. Le Metex est unlivre ouvert. L’affichage est parfaitement lisible.

En mode instrument de mesure les chiffres affichés sur l’é-cran sont « énormes », pas nécessaire de saisir une loupe. Leparamétrage de la sensibilité se traduit, de temps à autre,par l’activation d’un relais, surprenant mais rien de gênant.

ConclusionInstrument complet. Propre et de qualité, à ceinture de pro-tection amovible. Jolie sacoche. Clair et agréable à utiliser.Utilisable en oscillo, multimètre et fréquencemètre, maisaux spécifications peu impressionnantes. La fréquence d’é-chantillonnage de 10 Mé/s est la plus faible des appareilstestés. Le fréquencemètre ne va pas au-delà de 10 MHz.Utilisable uniquement pour des mesures BF. Son prix ?€ 410 hors-TVA.

Velleman APS230

Ce Velleman est d’un tout autre calibre que le HPS40 ou leHPS10. Il a bien plus de potentiel que les membres de lasérie HPS.

Il s’agit, pour commencer, d’un instrument de mesure à 2 voiesdotée de 2 entrées BNC distinctes. Il est également livré, enstandard, avec 2 sondes de bonne qualité.La forme diffère du tout au tout de celle des appareils de lasérie HPS. Il est difficile de le qualifier de « de poing ». Il s’agitplutôt d’un parallélépipède rectangle parfaitement utilisablecependant en portable. De bonnes performances. Le taux d’é-chantillonnage max est de 240 Mé/s par voie. Son grand LCDfait 128 x 192 pixels.

PratiqueUn instrument avec lequel on a plaisir à travailler. L’APS230est un oscillo pur sang, sans fonction de multimètre, générateurde fonctions ou fréquencemètre. Il reste cependant capabled’effectuer des mesures et visualise à l’écran des valeurs tel-les que crête à crête et RMS. L’APS230 est facile d’emploigrâce aux boutons clairs de sa face avant dont la fonction estévidente et amène au résultat recherché. Il faut s’habituer aubranchement des sondes fournies, car on ne sait pas très bienjusqu’à où les « serrer ». Les embases BNC conviennent à tousles types de sondes.Sur l’écran, les 2 voies peuvent être superposées, placéesl’une à côté ou l’une en-dessous de l’autre, avec ou sans gra-ticule. L’interface RS-232 permet le transfert de recopies d’é-cran vers un PC.

ConclusionNous avons apprécié cet oscillo portable, surtout compte tenude son prix de 470 (hors-TVA). Fourni avec sondes, câble RS-232 et fiches d’adaptation pour l’adaptateur secteur. Enrésumé, si l’on recherche un oscilloscope portable pratique etpas trop cher, c’est ce qu’il vous faut à condition bien entenduque les mesures à effectuer entre dans le cadre de ses spéci-fications et/ou calibres de mesure.

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INFO & MARCHÉ SCOPEMÈTRES

Merconet VK06

Ce scopemètre n’est pas en fait destiné aux applications enélectronique. Comme le dit Merconet lui-même, c’est un « qua-litémètre d’alimentation secteur » à utiliser principalementpour le test de tensions secteur dans les habitations et bâti-ments industriels. Le taux d’échantillonnage n’est est pasmoins de 20 Mé/s. Il est également possible de visualiser surl’oscillo les caractéristiques tension/courant de divers compo-sants électroniques.

Sa couleur, vert pâle, est frappante. Un rotacteur sert à lasélection des calibres. L’instrument possède une embase BNC,mais vu son domaine d’application celle-ci ne paraît pasindispensable. L’écran LCD allongé verticalement n’est pastrès grand. L’alimentation du VK06 se fait par 6 cellules Ni-Cad rechargée à l’aide de l’adaptateur fourni.

PratiqueLe VK06 est un instrument confortable, la « partie oscillo »,c’est-à-dire la partie servant à la reproduction graphique,prend une petite partie de l’écran LCD. Si la taille de l’é-cran est convenable pour ce type de scopemètre, la partiede reproduction graphique se limite à une surface de 2 x3 cm, trop petit pour des détails, mais vu le champ d’appli-cation spécifique de cet instrument, l’aspect oscilloscopedevient moins primordial.

La reproduction graphique de la tension est plus une aidevisuelle indicatrice qu’une mesure « normale ».

ConclusionLe Merconet est agréable à utiliser. Ce que l’on ne découvrepas en jouant, on l’apprend rapidement par le biais du manuel(en néerlandais). L’appareil comporte un autre numéro detype, qui est la dénomination originelle du fabricant de l’ap-pareil (TPI), mais Merconet le vend aux Pays-Bas sous le nomde « VK06 ». Convenant pour la mesure de fréquences pas tropélevées, il s’agit plutôt d’un multimètre à fonction oscillo qued’un vrai scopemètre.

Metex DSO 20

Le second appareil de Metex de ce test. À l’évidence d’unautre calibre que le MS-2000, tant en ce qui concerne les spé-cifications que le prix.

Ce Metex fait partie des « grands formats » de ce test maispossède également sensiblement plus de possibilités. Il s’a-git, pour commencer, d’une version 2 voies. La fréquenced’échantillonnage est de 20 Mé/s. Le DS0 20 est aussi unmultimètre numérique classique, possède, comme le MS-2000, d’un fréquencemètre grimpant jusqu’à 20 MHz etcomme ce dernier, embarque une « sonde logique ». L’écranLCD, de bonne taille est bien clair bien que monochrome etfait 320 x 240 pixels. Ce Metex est livré en sacoche nylonaccompagné d’un manuel en anglais, d’un adaptateur etd’une paire de câbles de mesure. En option on peut acheterune sonde logique, une sonde analogique, un câble RS-232,du logiciel, etc.

PratiqueL’utilisation ne tombe pas immédiatement sous le sens. Il nousa fallu consulter souvent le manuel pour nous en servir, ce quin’a rien d’étonnant vu qu’il possède sensiblement plus de pos-sibilités que le scopemètre lambda. Il comporte bien plus deboutons, ce qui en rend la manipulation plus complexe. Grâceau manuel on arrive cependant rapidement à ses fins. Aspectamusant : son « encodeur rotatif ». Il s’agit d’un rotacteur per-mettant de scroller dans les divers paramétrages et paramèt-res. Il pilote tout, base de temps, sensibilité, curseurs, etc.C’est le seul instrument de ce test à en être doté.

ConclusionCompte tenu des possibilités et du prix, un bon appareil de la« gamme moyenne », frisant le haut de gamme professionnel,mais la fréquence d’échantillonnage est un peu limitée. Metexse doit d’y remédier pour en faire un très bon appareil à prixtrès attrayant. Instrument universel, il pèche au niveau desaccessoires fournis en standard. DDS y ajoute en prime unesonde supplémentaire.

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Fluke 199C

Le Fluke 199C est indubitablement un instrument de mesured’une classe à part. Excellente spécifications. Cet appareilpeut traiter des signaux allant jusqu’à 200 MHz. La fréquenced’échantillonnage est de 2,5 Gé/s, valeur la plus élevée desappareils testés. On a vite fait de constater que l’on a affaire àun instrument professionnel. Le 199C peut aussi servir d’enre-gistreur ou de multimètre classique.

L’instrument est un peu plus grand que le scopemètre moyen,mais cela se traduit par d’excellentes spécifications et unécran de forte taille (proche de celle d’un oscillo classique).Le rétro-éclairage est puissant, garantissant une très bonnelisibilité. La reproduction en couleur est de haut niveau. Lemanuel est fourni sur CD-ROM en une dizaine de langues.

La pratiqueNous pouvons fort bien nous passer de manuel dès lors quenous nous limitons aux mesures classiques. Pour jouer dans« la cours des grands » il nous faut le consulter de temps àautre. Le Fluke 199C est un instrument avec lequel il est trèsagréable de travailler. Outre son universalité, il se distinguepar l’attrait de son écran multicolore.

Mesures inter-curseur, zooming, etc., tout se fait souplement.À noter que ce scopemètre ne dépare pas en environnement« stationnaire » et n’a rien à envier à un oscilloscope « normal »(lire non portable).

ConclusionTrès bonne qualité. Il est difficile, lors du test de ce type d’ap-pareil de ne pas devenir dithyrambique. Le Fluke 199C est uninstrument de mesure professionnel avec d’excellentes spé-cifications dont la mise en oeuvre ne connaît pratiquementpas de limite. Il est à l’évidence destiné à une utilisation pro-fessionnelle, ce que l’on retrouve dans le prix de ce superbeinstrument, € 3 800 hors-TVA. Pour ce prix vous avez, outrel’instrument, une valise solide, 2 sondes, câbles de mesure,câble RS-232 et 2 CD-ROM des manuels et de logiciel.

ScopiX OX 7104-C

Cet instrument haut de gamme n’est pas uniquement unoscilloscope, mais aussi un multimètre, un enregistreur numé-rique et un analyseur. Pour ces fonctions également, les spéci-fications sont de très haut niveau.Le OX 7104 possède une fréquence d’échantillonnage de1 Gé/s (en temps réel) et de 50 Gé/s dans le cas de signalrépétitif. En outre, le Scopix est un 4 voies et possède unconvertisseur A/N 12 bits.Le Scopix possède, comme le Fluke, un écran couleur debonne taille du plus bel effet, mais à dalle tactile (touchs-creen) lui. Ceci permet nombre de paramétrages directementsur l’écran lui-même, tels que positionnement des curseursavant mesure, utilisation des menus déroulants, etc.

La pratiqueLa mise en oeuvre intuitive est, au premier abord, un peu plusdélicate, certains des boutons étant identifiés par des symbo-les au lieu de texte. La plupart des symboles parlent d’eux-mêmes, mais il nous faut un rien de temps pour arriver à faireles manipulations souhaitées. Au bout d’une demi-heure nousavons l’appareil déjà bien en main. Travailler avec une dalletactile est un vrai plaisir.L’écran est excellemment éclairé et parfaitement lisible. Détaille plus sympathique : la petite LED ultrabright montée dansles sondes (les fameuses Probix). Très pratique lorsque lepoint de mesure est à trouver dans un coffret ou à un endroitmal éclairé. Un bon point indéniable.

ConclusionLe ScopiX OX7104 est un excellent appareil, tant au niveaudes caractéristiques que des possibilités. Qualité et excellen-tes spécifications. Un appareil professionnel tant pour le labo-ratoire qu’en extérieur. Il est livré dans une valise métalliquesolide et est accompagné de toute une série d’accessoires :2 sondes (Probix), câbles secteur, adaptateurs, clips demesure, logiciel, manuel sur CD, câbles RS-232, etc. Qui ditappareil haut de gamme dit prix en conséquence (avec tousles accessoires, de l’ordre de 4 200 € hors TVA).

elektor - 6/200636

INFO & MARCHÉ SCOPEMÈTRES

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En résumé

Le test des scopemètres a été unesuite logique et intéressante de celuides oscilloscopes USB du numéro deseptembre de l’an passé. Ces 2 catégo-ries ont bien entendu leur domained’application spécifique, le fonctionne-ment de base restant le même. On nepromène pas un oscillo USB, d’où lanaissance du scopemètre.

Les prix et spécifications des différentsmodèles testés diffèrent énormément.On trouve de scopemètres dans desclasses de prix allant de € 350 à plu-sieurs milliers d’euros. Le plus cherque nous ayons pu tester est le ScopixOX7104-C suivi de près par le Fluke

199C dont les prix public (hors-TVA)sont respectivement de € 4 200 et€ 3 800. À ce prix on achète ce qu’il ya de mieux, des instruments ultra-pro-fessionnels. À noter que pour ces2 appareils il s’agit à chaque fois dumodèle le plus cher de la série concer-née. Il en existe également des ver-sions au taux d’échantillonnage plusfaible ou à plus petit nombre de voies.La série 190 de Fluke débute à quelque€ 2 500, la série OX700 de Metrix àquelque € 1 900 déjà.

S’il ne vous faut pas, avec un scope-mètre, mesurer des fréquences trèsélevées ou que vous n’avez pas besoinde la robustesse ou du service d’unFluke ou Metrix, ces modèles haut de

elektor - 6/200638

INFO & MARCHÉ SCOPEMÈTRES

Fabricant Type Adresse Internetdu fabricant

Distribution/Ventes F

Fluke Fluke 199 www.fluke.nl

Cf. www.fluke.fr entre autres Radiospares

www.radiospares.fr

Merconet(TPI)

VK06 (ScopePlus 440)

www.merconet.nl (www.testproduct-

sintl.com)

Farnell http://fr.farnell.com

Metex

DG Scope 20MHz (DSO20)

MS2000

www.nostek.co.kr

www.imetex.com

Conrad Francewww.conrad.fr

MetrixScopix OX7104-

Cwww.chauvin-

arnoux.fr

Conrad Francewww.conrad.frRadiospares

www.radiospares.fr

Seintek 2405 www.seintek.com –

Velleman HPS40 APS230 www.velleman.be

Conrad Francewww.conrad.fr

Lextronic www.lextronic.fr

Wens 700S www.wens.co.kr –

WittigMultiscope

22-321www.wittig-techno-

logies.deFarnell

http://fr.farnell.com

gamme débordent quelque peu ducadre. On trouve des appareils demesure très acceptables pour moinsde € 500. Le choix dépend tout d’a-bord des objets à mesurer. Il est inté-ressant de noter que la plupart desscopemètres bon marché on une fré-quence d’échantillonnage compriseentre 20 et 40 Mé/s, ce qui suffit pour lamesure de signaux d’une fréquence dequelques mégahertz. Le seul loupblanc à ce niveau est le VellemanAPS230 avec 240 Mé/s et cela à unprix très abordable.

Il peut être intéressant, lors de l’achatd’un scopemètre, d’examiner les fonc-tions supplémentaires dont il est doté.Si vous recherchez une sorte de « mini-laboratoire tout en 1 » il peut valoir la

peine d’opter pour un scopemètre dotéde fonctions de générateur de fonc-tions, de fréquencemètre et de multi-mètre tels que le Wens 700S. Commeon le constate, le choix final dépend devos propres souhaits.

Quelques remarques générales enguise de conclusion. Tous les scope-mètres étaient relativement faciles àutiliser. Les plus complexes requièrentbien entendu un certain temps deprise en main et de feuilleter lemanuel, mais rien d’insurmontable àce niveau. À la portée de tout techni-cien. Les manuels sont, en règle géné-rale, bien faits. Certains appareils nepossédaient qu’un manuel en une lan-gue mais vu le caractère internationalde ce genre d’appareils de mesure, il

nous paraît logique de les faire multi-lingue (facile avec un CD-ROM).

La quasi-totalité des appareils peuventêtre connectés à un PC. Souvent, lelogiciel pour le PC est fourni sur dis-quette, un média qui nous paraît avoireu son temps. Il ne doit pas être sorcierpour les fabricants de mettre ces pro-grammes sur le CD-ROM du manuel.

Vous trouverez des informationsexhaustives concernant ce type d’ins-truments de mesure sur les sites Inter-net des fabricants et distributeurs.Nous vous donnons les adresses dansles tableaux récapitulant les spécifica-tions les plus importantes.

(060054-1)

6/2006 - elektor 39

Pas testéIl manque, dans ce test, une paire d’appareils qui nous tenons àmentionner pour être complets. À commencer par la série 120 deFluke, un « petit » frère du 190. Il s’agit d’un instrument trèsintéressant disponible en 2 versions à des prix de 1 300 et1 500 euros. Fluke n’a malheureusement pas réussi à nous fournirà temps un exemplaire de test, mais il est bon de jeter aussi uncoup d’oeil de ce côté-là lors d’un possible achat d’un scopemètre.

De plus, Tektronix possède également un scopemètreà son catalogue, la série THS700 aux prix s’étageant

de 3 100 à 3 600 euros. Tektronix nous amalheureusement fait savoir qu’ils ne souhaitaientpas participer des tests. Une occasion de ratée, la

comparaison avec les « grands de ce test » (Chauvin-Arnoux et Fluke) aurait peut-être pu s’avérer

intéressante !

Nous remercions les sociétés suivantes de bien avoir voulu mettre à notre disposition les appareils testés :

Chauvin Arnoux (Metrix) – Conrad Nederland – DDS Electronics Europe B.V. – ELV

Fluke Nederland – Merconet – Velleman – Wittig Technologies

elektor - 6/200640

Cherchez l’erreur

PRATIQUE TEST & MESURE

Ton Giesberts

Même l’électronicien le plus expérimenté s’y trouve, tôt outard, confronté : des courts-circuits à des endroits où ils n’ont rien àchercher. Et bien évidemment toujours lorsque vous auriez pu vous enpasser. Nous proposons, à l’intention de ceux de nos lecteursqui en ont assez de se transformer en Sherlock Holmes, unoutil pratique grâce auquel la recherche de courts-circuitssur des platines gravées soi-même devient un jeu d’enfant.

Détecteur de court-circuitsonore

Travailler avec la finesse de l’électro-nique actuelle n’est pas toujours sansrisques. Lors de la gravure d’une pla-tine il se peut qu’il reste des traces decuivre là où il ne devrait pas y en avoir.Mais il peut aussi se faire qu’il y ait unproblème avec un montage réalisé.L’outil décrit ici constitue un auxiliaireprécieux dans les 2 cas. Ce détecteurde court-circuit permet de trouver unefaute tout simplement.

Le principeLe principe du circuit est simple. Il peuty avoir circulation d’un courant non sou-haité dans une partie de platine ou decircuit présentant un court-circuit. C’estce phénomène que notre appareil met àcontribution. L’injection d’un courant àl’endroit incriminé sur la platine produitun champ magnétique. Il est bienentendu possible de détecter ce champ.Le courant et donc le champ magné-

tique existent jusqu’à l’endroit du court-circuit. Le détecteur de court-circuitproduit un signal sonore tant qu’il y amesure de champ. On a de plus cligno-tement d’une LED, mais celle-ci sertplutôt à confirmer le fonctionnement dutesteur. Dans la pratique on se concen-trera sur le signal sonore, lorsqu’ildisparaît c’est sans doute que l’on atrouvé le court-circuit. Dans l’encadré,nous entrerons dans le détail.

Le concept

Pour mieux comprendre la fonction del’électronique, nous allons, à l’aide dela figure 1, voir ce qui se passe. La selfL1 qu’il vous faudra réaliser vous-même capte le signal. Nous avonsopté, pour une bonne sensibilité dedétection, pour une fréquence sesituant juste hors du domaine des fré-quences audibles (de l’ordre de29 kHz). De manière à la rendre audi-ble, le signal amplifié par IC1.A/IC1Cest envoyé vers le diviseur IC3, un74HC4040, au travers d’un trigger deSchmitt numérique, IC2.A, un74HC132. P1 sert à régler le gain (etdonc le volume du signal). Les 8 sor-ties de poids faible sont accessibles del’extérieur. À l’aide du cavalier JP1 onchoisira un signal sonore bien rendupar un résonateur alternatif.En vue d’obtenir le volume de signalmaximal, nous avons monté 2 portes

de IC2, IC2.C et IC2.D, en pont. Lerésonateur est connecté aux picotsidentifiés « BZ1 ». R15 limite le courantà une valeur sûre (<20 mA).La dernière sortie de division de IC3,sa broche 1, sert au pilotage de la LEDD2. En présence d’un signal suffisant,cette dernière clignotera à une fré-quence de 29 kHz/212 ≈ 7 Hz. En l’ab-sence de signal, la LED est soit allu-mée soit éteinte en permanence, cetétat étant fonction de l’instant d’arrêtdu compteur.L’indication de la présence de la ten-sion d’alimentation prend la forme, vul’alimentation par pile, d’une LED cli-gnotante. Cette approche économisedu courant et signale dès la mise enfonction si tout est OK. Ce signal estfourni par la dernière porte de IC2 quiest montée en oscillateur à trigger deSchmitt standard (on parle aussi demultivibrateur à trigger de Schmitt). Lapaire R13/C10 fixe la fréquence de cli-

gnotement à 2 Hz environ. Tant D1 queD2 sont alimentées à 1 mA de manièreà réduire la consommation de courant.Il faudra donc utiliser ici des LED fai-ble courant de bonne qualité.Le coeur de l’injecteur de courant estle 4ème ampli op intégré dans IC1. Iciencore, en principe, nous avons affaireà un trigger de Schmitt (un multivibra-teur avec comparateur cette fois). R17et R18 servent à fixer l’hystérésis. C11et R19+P3 déterminent la fréquencequi dépend aussi de la taille de l’hys-térésis. Si R17 et R18 sont de mêmevaleur, la fréquence de cet oscillateurest d’environ 2,2 x C11 x (R19+P3).Théoriquement, il est donc possibled’ajuster la fréquence entre 26,7 et37,9 kHz, cette plage se laissant déca-ler facilement par changement devaleur de R19 et/ou C11.La détection de courant ne connaîtqu’une fréquence. Il est donc néces-saire de limiter les harmoniques du

6/2006 - elektor 41

Figure 1. Le schéma se subdivise en 2 sous-ensembles. Le premier produit le signal de test, le second détecte et amplifie le signal capté.

74HC4040

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IC1 = TS924INP15k

courant de l’injecteur. Le signal de sor-tie de IC1.D est en effet rectangulaire.D’où la présence de la self L2 en tantque filtre passe-bas pris en série dansla sortie. Pour éviter d’envoyer un cou-rant continu dans la self, nous avonspris le condensateur C12 en série avecL2 et la sortie.

L’ampli op choisi, IC1, est un TS924IN.Cet ampli op rail-à-rail peut fournir uncourant de sortie de pas moins de

80 mA et travailler à une tension d’ali-mentation entre 2,7 et 12 V. Ici, leniveau important du courant de sortiepermet de se passer d’étage tamponadditionnel pour l’injecteur de courant,vu que l’ampli op est capable de four-nir lui-même le courant. Nous avonssupposé que le courant à fournir étaitenviron de 20 mA en crête.Le circuit est alimenté en 3 V. Nouspouvons donc nous contenter d’unepaire de piles pour l’alimentation. Sur

la platine, chaque pile possède2 contacts, car il nous faut la moitiéde la tension d’alimentation commemasse virtuelle (cf. dessin de la pla-tine de la figure 2). On pourra utiliser2 porte-piles simples ou 1 porte-piledouble; dans ce dernier cas, il faudradoter le point de connexion des2 piles d’une prise intermédiaire,cette dernière étant alors reliée aupoint correspondant de la platine. Laconsommation de courant sous 2 x

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PRATIQUE TEST & MESURE

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050313-1

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+

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-

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050313-1 (C) ELEKTOR

Liste descomposantsRésistances :R1,R2 = 220 kΩR3 = 470 ΩR4,R5,R9 = 20kΩ0R6,R8,R10 = 1kΩ00R7 = 17kΩ4R11,R12 = 100 kΩR13 = 1 MΩR14,R16 = 1kΩ2R15 = 150 ΩR17,R18 = 27 kΩR19 = 12 kΩR20 = 68 ΩP1 = potentiomètre 5 kΩ lin. mono

miniatureP2,P3 = ajustable 5 kΩ

Condensateurs :C1 = 100 pFC2,C3 = 1nF8 MKTC4,C5 = 2nF2 MKTC6,C7 = 22 pFC8,C10 = 470 n FC9,C11 = 1 nF MKTC12 = 1 µF MKT, au pas de

5/7,5 mmC13,C14,C17,C18 = 100 nF cér.C15,C16 = 100 µF/10 V radial

Selfs :L1 = 35 mH, 100 spires fil de cuivre

émaillé de 0,1 mm sur toreTL10/6/4-3E5 Ferroxcube (Farnellnr. :. 3056960) ou 92 spires surnoyau B64290-L38-X38 Epcos

L2 = 330 µH

Semi-conducteurs :D1,D2 = LED faible courantD3,D4 = BAT85IC1 = TS924IN de ST, E/S rail-à-railIC2 = 74HC132IC3 = 74HC4040

Divers :J1 = embase autosécable à 2 rangées

de 8 contacts + 1 cavalierBZ1 = résonateur ACBT1,BT2 = pile 1,5 V + porte-pileInterrupteur bipolaire (pour

l’alimentation)Figure 2. Pour le rendre moins sensible aux parasites,le circuit imprimé est un double face à plans de masse conséquents.

1,5 V est de 15 mA, valeur restantrelativement constante.

En pratiqueIl nous reste à parler de la réalisationdu capteur. Nous avons opté pour unobjet pratique doté d’un blindage, lesignal effectif étant de l’ordre de milli-volts. La liaison vers la platine pourraprendre la forme d’un câble blindé bifi-

laire fin. Du câble audio standard faitl’affaire. Le boîtier métallique danslequel prendra place la platine pourraêtre doté d’une embase à 3 contacts ouplus (jack 2,5 ou 3,5 mm par exemple).Outre possibilité, utiliser un câble pluslong qui va directement sur la platine;il faudra alors le doter d’un systèmeanti-arrachement. Nous préféronsd’ailleurs cette approche, un connec-teur vieillissant avec le temps.Le capteur est en fait constitué d’une

bobine à tore et d’un blindage relié aucâble. Ce blindage est réalisé en tôlede cuivre de 0,3 mm mise en parallélé-pipède (cf. figure 3). Les dimensionsinternes sont H = 5 mm, L = 30 mm etl = 11 mm. Le noyau doté de sa bobines’y glisse gentiment. Nous l’avons fixéà l’aide de colle époxy à 2 composan-tes. On commence par placer sous letore une fine couche de plastique pouréliminer tout risque de court-circuit encas d’endommagement des spires.

6/2006 - elektor 43

Le comment et le pourquoiDans cet encadré nous allons nous intéresser à la raison dece montage et à ses antécédents techniques. Nous avonsbien entendu commencé par le capteur dont nous avonsexpérimenté différentes variantes à base de selfs. Des ver-sions CMS à une vis métallique, il faut trouver ce qui fonc-tionne le mieux. Nous avons opté finalement pour un petittore (diamètre 10 mm). Une fois qu’il est doté de 100 spiresde fil de cuivre émaillé de 0,1 mm de diamètre il permet demesurer un signal suffisant.

Nous avons utilisé sur notre prototype un TL10/6/4-3E5 deFerrocube, que nous avions sous la main. La liste des com-posants mentionne une alternative d’Epcos plus facile à trou-ver. Le nombre de spires est alors réduit à 92, ce qui se tra-duit par une légère diminution de la sensibilité, sans quecela ne pose de problème. En vue d’augmenter la sensibilité,la bobine est prise dans un circuit résonant. Ceci présentel’avantage additionnel de diminuer la sensibilité aux parasi-tes. Une crête de courant de 20 mA se traduit par la mesured’une crête de tension de 10 mV.

Nous avons opté, pour une résonance de 30 kHz environ, uncompromis acceptable entre bande passante et gain. De cefait, en cas de gain correct, la bande passante de l’étaged’amplification ne doit pas être trop importante, le facteur Qde la boucle étant bon. On a ainsi une oscillation solide.L’injecteur fournit suffisamment de courant pour une surmodu-lation de l’étage d’amplification du détecteur en l’absence decourant de retour pour contrer le champ. L’étage d’amplifica-tion doit amplifier suffisamment le signal entrant pour fairepasser le signal appliqué à IC2.A au-delà du seuil du triggerde Schmitt. L’hystérésis d’un 74HC132 alimenté sous 3 V estde 0,6 V environ, mais elle peut être tout aussi bien de lamoitié que du double de cette valeur. Il est donc préférableque l’ampli ait un gain supérieur à ce qui pourrait, à stricte-ment parler, sembler nécessaire. Pour que les mesures soientles plus propres possible nous avons opté pour un étaged’amplification symétrique. Il ne faut pas oublier que le signaldu capteur n’est que de quelques millivolts. Si l’on veut quel’influence sur le facteur Q de la boucle soit minimale, l’impé-dance d’entrée ne doit pas être trop faible, ce qui expliqueque nous ayons opté pour 220 kΩ par entrée. Ceci a commeinconvénient une augmentation de la sensibilité aux parasites.

Le condensateur du circuit de résonance parallèle est diviséen 2; il est constitué par C2 et C3. Ceci diminue l’impé-dance de signaux parasites en mode commun. C1 complè-te le réseau résonant et sert à atténuer d’éventuelssignaux HF différentiels parasites. La capacité totale duréseau de résonance est la somme de C2 et C3 pris ensérie et de C1, soit 1 nF.

La fréquence de test étant de 29 kHz, le point de coupurepeut être choisi assez haut, ce qui élimine les fréquencesproduites par la tension du secteur. Il ne faut cependant pasqu’il soit trop élevé car sinon les tolérances des condensa-teurs peuvent avoir un effet néfaste sur la symétrie desentrées. Le point de coupure à l’entrée se situe aux alentoursde 330 Hz (C4/R1 et C5/R2).

R3 à R5 associées à P1 permettent de régler le gain desamplis op IC1.B/IC1.C entre 7 et 85x. C6 et C7 réduisentla sensibilité aux parasites HF. IC1.A fournit le signal de sor-tie asymétrique. Cet ampli op donne à son tour un gain de20x au signal. Le gain total peut donc être ajusté entre 150et 1 700x environ.

Lors de nos essais, l’offset de l’étage d’entrée s’avéra tropélevé. C8 empêche maintenant l’amplification de l’offsetd’entrée. Ceci se traduit malheureusement, pour la réjectionen mode commun aux alentours de 500 Hz, par une détério-ration de 23 dB environ, ce qui n’a heureusement pas deconséquences sur le fonctionnement d’ensemble de l’ampli.Nous avons ajouté P2 pour un réglage éventuel de la réjec-tion en mode commun, mais dans la pratique, les tolérancesannulent quasiment son effet, de sorte que nous pourrons lemettre en position médiane.

C9 sert au couplage du signal du capteur à un point de cou-pure suffisamment élevé (3,2 kHz), ce qui est assez bas pourne pas se traduire par une atténuation supplémentaire.IC2.A n’a pas d’effet sur la sensibilité.

À gain maximum, la bande passante de l’ampli se situe auxalentours de 34 kHz. La sensibilité diminue alors quelquepeu, mais elle est largement suffisante.

Il est possible de tester des platines dotées de leurs compo-sants si l’on limite la tension du signal de test. On ne courtplus alors le risque d’endommager quoi que ce soit par unsignal d’injection trop puissant. Pour ce faire on prend à lasortie une paire de diodes Schottky, des BAT85, montées entête-bêche. L’intensité du courant de 17 mA maximum esttrop faible pour causer quelque dommage que ce soit et encas de court-circuit la tension est quasiment nulle.

Ceci réduit en outre la capacité para-site. Pour cela nous avons « pelé » unefine couche de platine.Il nous a fallu, après implantation de labobine dans le blindage et connexiondu câble, recalibrer le testeur. La fré-quence avait passé de 29 à 27,5 kHz.Cette dérive était principalement dueà la longueur du câble blindé (1 m) uti-lisé pour relier le capteur au circuitimprimé. Dans le cas d’une capacité decâble de 100 pF par mètre par exem-ples, la capacité additionnelle se trou-vant appliquée en parallèle sur le cap-teur est donc de 50 pF, ce qui suffit àproduire une dérive de 2,5%.Le tore est placé de façon à ce qu’ildéborde d’environ 1 mm au maximumdu blindage. Pour fixer les connexionsdu tore, on colle une petite pièce cons-tituée de 3 bandes de cuivre à côté dutore. La bande centrale est soudée aublindage à l’aide d’un petit morceau defil. C’est le contact du blindage. Aux2 autres bandes on soude lesconnexions du tore et des âmes dusignal. La partie restant libre à l’inté-rieur du blindage pourra servir à fixerle câble de manière à éviter toute ten-sion mécanique sur les connexionssoudées.La photo de la figure 3 montre quenous avons commencé par faire un pro-fil en U dans lequel sont fixés le cap-teur et le câble. On peut ensuite sou-der ou coller l’autre côté. Le bobinagede la self n’a rien de délicat. Il requiertde la patience et une main ferme, lecâble de 0,1 mm d’épaisseur étant trèsfragile. Attention donc lors du bobi-nage. Pour éviter l’endommagement del’enroulement par la partie du noyausaillant hors du blindage, la bobine estdivisée en 2 moitiés. À mi-chemin, onlaisse une partie libre, qui correspondpratiquement à la partie du noyausaillante (bien visible sur la photo de lafigure 3). Si l’on bobine proprement etserré il est possible d’enrouler 100 spi-res par couche. Un bobinage plat per-met un collage plus facile du noyau. Ondevrait avoir assez avec une longueurde fil de 1,5 m.Ce dont il faudra tenir compte lors dela mise en boîte du montage sont lesdimensions de la platine, le positionne-ment du résonateur AC, les piles avecleur(s) porte-pile(s), la position desLED et de l’interrupteur marche/arrêtbipolaire. La connexion du potentiomè-tre P1 se fera à l’aide de câble blindé.La platine comporte à cet effet, outreles 2 points de connexion du potentio-mètre, une connexion supplémentairereliée à la masse virtuelle. Attention :

le « – » de l’alimentation 3 V n’est pasni la masse du signal du capteur ni leblindage du potentiomètre. Côté« composants », la platine comporte2 plans de masse nettement séparéscomme on peut le constater. Une inter-connexion de ces 2 plans mettrait lapile BT2 en court-circuit !La figure 4 montre, pour finir, l’utilisa-tion pratique de l’instrument. Le signalde sortie de l’ensemble générateur estappliqué entre 2 pistes que vous pen-

sez être en court-circuit. Vous pouvezensuite, avec le capteur, suivre la pisteen partant de son début. Vous verrezainsi à quel endroit le courant « saute »d’une piste à l’autre. C’est précisémentl’endroit où se trouve le court-circuit.En cours de traçage vous pouvezrégler la sensibilité par action sur P1.Attention à ne pas la choisir trop éle-vée, cela vous permettra de trouver lecourt-circuit plus facilement.

(050313-1)

elektor - 6/200644

PRATIQUE TEST & MESURE

050313 - 12

L1

A

B

L1

Figure 3. Voici comment réaliser le capteur. L’enclos de cuivre le protège efficacement contre l’influence de parasites.

Figure 4. Utilisation pratique de l’appareil.

elektor - 6/2006

PRATIQUE TEST & MESURE

Contrôleur Majdi Richa

Au secours! Le réseau est en rideau ! Quese passe-t-il ? Est-ce le câble ? La carteréseau ? Les connexions ? Les prises ? Unesouris coincée dans la baie deraccordement ? Les pannes de câbles et deconnecteurs sont relativement classiques etce contrôleur tout simple vous aidera àtrouver rapidement le coupable. Lecontrôleur s’adapte aux câbles Gigabit,10BASE-T et 100-BASE-T, et aussi auxcâbles croisés Gigabit.

Pour câbles Gigabit /

L’objectif initial de ce circuit était de trouver un contrôleur sim-ple de câbles Gigabit capable de tester à la fois les câblesdroits et les câbles croisés UTP/STP (non blindés/blindés) avecla possibilité de sélectionner les paires à tester et de détecter lespaires éventuellement défaillantes. Chaque paire est identifiéepar une diode LED qui clignote lorsque cette paire est connec-tée correctement, et qui reste éteinte sinon. Un commutateursélectionne le type de connexion, droite (straight-through) oucroisée (crossover ou crosslink), et un bouton-poussoir lance letest de contrôle. Le système se met ensuite au repos.Au fur et à mesure de la mise au point du circuit, il fut constatéque des câbles Gigabit ne sont en réalité rien d’autre que lessuccesseurs logiques des standards 10BASE-T et 100BASE-T,aussi le nécessaire fut-il fait pour contrôler aussi ces câbles« lents ». Toutefois, il n’est pas possible de tester les câbles croi-sés 10BASE-T et 100BASE-T.Parce qu’il doit pouvoir être utilisé dans des endroits peu acces-sibles comme une baie de raccordement de grands réseaux, lepetit instrument est portable et alimenté par une pile de 9 V. Ildoit être connecté aux prises RJ-45 à chaque extrémité du câbleà tester, et réalise alors un simple test de continuité par l’envoid’un signal sur les paires de fils du câble suspect. On peut aussibien sûr réaliser ce test de continuité avec un ohmmètre ou un

équivalent, mais il est alors difficile dese connecter individuellement sur lescontacts de la prise RJ-45. De même, ilfaut effectuer des comptages précissur la rangée de contacts pour identi-fier positivement un numéro de contact– à deux reprises, de sorte que vousfinissez par souhaiter avoir deux pairesd’yeux, une vision infrarouge et troismains : une mission tout à fait adaptéeà un microcontrôleur.

Les standards de câblesUn câble de réseau informatique peutêtre déroulé sur une bobine, coupé à lalongueur voulue et complété par desconnecteurs RJ-45 encapsulés. C’estainsi que la plupart des professionnelsopèrent pour l’installation de câblesdans les grands locaux professionnels.Les usagers domestiques, eux, sont plu-tôt portés à acheter des longueurs stan-

dards de ces câbles (habituellementCat.5) avec les connecteurs déjà sertis.Le câble Cat.5 dispose de huit fils et estadapté à des débits allant jusqu’à100 Mbits/s. A l’intérieur du câble, leshuit fils sont regroupés en quatre pairesde deux fils (en général torsadés). Lescouleurs sont généralement (mais pastoujours) celles du standard T568B.Un câble croisé (dit crosslink ou patch),ne peut être utilisé qu’entre deux ordi-nateurs, ou deux équipements télé-coms de même fonctionnalité, commu-niquant directement. Les câbles croi-sés ne se rencontrent guère que pourdes longueurs inférieures à environ5 m. Ils peuvent être comparés auxcâbles « zéro modem » de l’antiquestandard RS232. Dans la configurationtraditionnelle en étoile, avec plusieursPC connectés à un routeur commun, onutilise du câble direct, ce qui est laconfiguration la plus habituelle.

À titre de référence, la figure 1 pré-sente une vue globale des câbles detype droit ou croisé rencontrés le plusfréquemment. Tous utilisent le connec-teur RJ-45, présenté avec l’ordre desbroches sur la prise. Notez que la codi-fication des couleurs n’est pas obliga-toire, et que notre contrôleur n’est pascompatible avec les câbles croisés10/100BASE-T.

Circuit pratiqueLe schéma du circuit du contrôleur decâbles est présenté en figure 1. Un PIC16F874, avec le code machine en fonc-tionnement, est en train de lire la confi-guration définie sur le commutateur àdouble rangée de broches DIP (Dual In-line Package) S1, en même temps que lepositionnement du bouton-poussoir S2et celui du commutateur de type decâble S3. En réponse à toutes ces

6/2006 - elektor 47

de câbles réseauxStraight-throughCLASSE

GIGABIT

10BASE-T/100BASE-T

CONNECTEURPatch (crosslink)

RJ45

Connecteur RJ458 points

1 2 3 4 5 6 7 8

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

BLU/WHT

GRN

BRN/WHT

BRN

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

BLU/WHT

GRN

BRN/WHT

BRN

RJ45 RJ45

BiDirB-

BiDirA+

BiDirA-

BiDirB+

BiDirC+

BiDirC-

BiDirB+

BiDirB-

BiDirA-

BiDirB+

BiDirB-

BiDirA+

BiDirD+

BiDirD-

BiDirC+

BiDirC-

1

2

3

4

5

6

7

8

1

2

3

4

5

6

7

8

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

BLU/WHT

GRN

BRN/WHT

BRN

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

BLU/WHT

GRN

BRN/WHT

BRN

RJ45 RJ45

BiDirB-

BiDirA+

BiDirA-

BiDirB+

BiDirC+

BiDirC-

BiDirD+

BiDirD-

BiDirB-

BiDirA+

BiDirA-

BiDirB+

BiDirC+

BiDirC-

BiDirD+

BiDirD-

RD-

TD+

TD-

RD+

1

2

3

4

5

6

7

8

RD-

TD+

TD-

RD+

1

2

3

4

5

6

7

8

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

BLU/WHT

GRN

BRN/WHT

BRN

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

BLU/WHT

GRN

BRN/WHT

BRN

RJ45 RJ45

RD-

TD+

TD-

RD+

1

2

3

4

5

6

7

8

RD-

TD+

TD-

RD+

1

2

3

4

5

6

7

8

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

BLU/WHT

GRN

BRN/WHT

BRN

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

BLU/WHT

GRN

BRN/WHT

BRN

RJ45 RJ45

RD-

TD+

TD-

RD+

1

2

3

4

5

6

7

8

RD-

TD+

TD-

RD+

1

2

3

4

5

6

7

8

OR/WHT

OR

GRN/WHT

GRN

OR/WHT

OR

GRN/WHT

GRN

RJ45 RJ45

RD-

TD+

TD-

RD+

1

2

3

4

5

6

7

8

RD-

TD+

TD-

RD+

1

2

3

4

5

6

7

8

OR/WHT

OR

GRN/WHT

GRN

OR/WHT

OR

GRN/WHT

BLU

GRN

RJ45 RJ45

Figure 1. Aperçu global des câbles réseaux et de leurs connexions dans le connecteur RJ-45. Le contrôleur décrit dans l’article ne fonctionne pas pour des câbles croisés 10/100BASE-T (« patch »).

/ 10BASE-T / 100BASE-T

entrées utilisateur, il envoie des signauxdans les paires connectées entre les pri-ses RJ-45 K1 et K2 auxquelles le câbleest branché. Le PIC bien évidemmentteste l’arrivée du signal et réagit confor-mément en faisant clignoter la diodeLED si la paire de fils respecte la conti-nuité. Aucun test dynamique n’esteffectué sur le câble. En référence, letableau 1 montre la relation entre leconnecteur et les broches du PIC pourun câble croisé Gigabit.Le circuit dispose d’une alimentationclassique de 5 volts tirée d’un régula-teur de tension 7805 complet avec ses

condensateurs à découplage habituels– C2 et C3 pour s’opposer au bruit defond de la haute fréquence et C2 pourréduire les ondulations de la basse fré-quence à leur minimum et améliorer lastabilité globale. Les résistances deforçage R1-R4 maintiennent les entréesRA0 à RA3 du PIC à leurs valeurs pardéfaut de +5 V. Même fonction de R9et R10 pour respectivement les entréesRB0 et RB1 connectées à S2 et S3.L’oscillateur du PIC bat à 4 MHz avecun résonateur céramique X1 commeélément de détermination de la fré-quence externe.

Le PIC est capable de piloter directe-ment les diodes LED D2-D5 en utilisantdes résistances de protection de 1 kW.Toutefois, il faut utiliser des diodesLED faible courant.

LogicielMoins de composants implique unlogiciel plus intelligent. Le code objetfonctionnant dans le PIC a été écrit enlangage C et compilé avec le compila-teur CCS C (www.CCSinfo.com). Lelogiciel fonctionne selon la techniquedes interruptions, c’est-à-dire que leprocesseur reste en mode repos(consommation réduite). Il est mis enservice par un état logique Bas sur laligne RB0/INT (reportez-vous à lafigure 1). La routine d’interruptionlance la procédure de test selon le typede câble défini par l’initialisation ducommutateur S3. Si la paire testéefonctionne, la diode LED correspon-dante clignote pendant un courtinstant. Le tableau 2 donne une vueglobale des fonctions programméesdans le logiciel, avec de courtes des-criptions.

Le code source du PIC et le code objethexadécimal sont tous les deux dispo-nibles dans le dossier d’archives050302-11.zip. Ces fichiers permet-tront aux lecteurs compétents et dispo-sant des assembleurs/compilateursadéquats de programmer leur proprePIC pour le projet. En bonus, l’archive050302-11.zip contient aussi desfichiers propres à simuler le circuitavec Proteus. [Une partie du] pro-gramme C est présentée en figure 3.Ceux qui n’ont pas accès aux outils deprogrammation du PIC peuvent ache-ter le contrôleur préprogrammé.

ConstructionLa conception de la platine de com-mande est exposée en figure 4. La pla-tine est mono-latérale avec un cheminde cuivre généreux comme base deterre afin de réduire à leur minimumles radiations parasites.Comme seuls sont prévus des compo-sants à insérer, la construction est dugâteau, du moins si vous savez exacte-ment dans quel boîtier monter lecontrôleur, car c’est lui qui va détermi-ner la hauteur à laquelle le commuta-teur DIP, les diodes LED et le bouton-poussoir vont devoir être installés au-dessus de la surface de la platine. Necommettez pas l’erreur d’installer cesobjets au plus près de celle-ci et

elektor - 6/200648

PRATIQUE TEST & MESURE

Tableau 1. Connexions pour câble croisé GigabitBroches K2 Broches K1 Broches IC1

1—2 → 3—6 15—17 → 27—28

3—6 → 1—2 23—24 → 19—21

4—5 → 7—8 25—26 → 22—20

7—8 → 4—5 18—16 → 29—30

RJ45

K11

2

3

4

5

6

7

8

RJ45

K21

2

3

4

5

6

7

8

X1

4MHz

R5

1k

D2

R6

1k

D3

R7

1k

D4

R8

1k

D5

S1

1 2 3 4

8 567

R1

10k

R2

10k

R3

10k

R4

10k

S2 S3

R10

10k

R9

10k

C3

100n

IC2

7805

C2

1µ

C1

10µ63V

D1

1N4001BT1

9V

ST

RA

IGH

T/C

RO

SS

OV

ER

TE

ST

ON

CE

RC0/T1OSO/T1CKI

RC1/T1OSI/CCP2

RA3/AN3/VREF+

RA2/AN2/VREF-

MCLR/Vpp/THV

RC3/SCK/SCL

RC4/SDI/SDA

RE0/AN5/RD

RE1/AN6/WR

RE2/AN7/CS

RA5/AN4/SS

PIC16F874

RA4/T0CKI

RC7/RX/DT

RC6/TX/CK

RC2/CCP1

RD0/PSP0

RD1/PSP1

RD2/PSP2

RD3/PSP3

RD7/PSP7

RD4/PSP4

RD5/PSP5

RD6/PSP6

RB0/INT

RC5/SDO

RA1/AN1

RA0/AN0

RB7/PGD

RB3/PGM

RB6/PGC

IC1

OSC1 OSC2

RB1

RB4

RB5

RB2

11

15

40

39

38

37

35

36

34

33

3112

10

32

16

17

18

19

20

21

22

13 14

26

25

24

23

30

27

28

29

1

3

2

4

6

5

7

8

9

050302 - 12

Figure 2. Schéma du circuit du contrôleur de câbles pour les câbles 10/100BASE-T et les câbles Gigabit.

6/2006 - elektor 49

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////void TestSTCable() // Test straight-through cable

int8 pair;PORTD = 0;PORTB = 0;for (pair = 0; pair < 4; pair++) // scan pairs

if (TestSTPair(pair) && bit_test(PORTA,pair)) // selected & connected?bit_set(PORTB,pair+4); // turn on LED

delay_ms(500); // wait a bitPORTB = 0;

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////int1 TestCOPair(int8 p) // Test crossover pair p

switch (p)

case 0: bit_set(PORTD,0); // test Highif (!bit_test(PORTC,4))

return 0;bit_clear(PORTD,0); // test Lowif (bit_test(PORTC,4))

return 0;bit_set(PORTD,2); // test Highif (!bit_test(PORTC,5))

return 0;bit_clear(PORTD,2); // test Lowif (bit_test(PORTC,5))

return 0;break;

case 1: bit_set(PORTD,4); // test Highif (!bit_test(PORTC,0))

return 0;bit_clear(PORTD,4); // test Lowif (bit_test(PORTC,0))

return 0;

Tableau 2. Fonctions principales du progiciel du microcontrôleur.

Fonction Paramètres Description & valeur en retour

int1 TestSTPair(int8 p) Nombre à 8 bits représentant la paire deconducteurs à tester

La fonction saisit le nombre d’une pairede conducteurs d’un câble direct etretourne un 1 (booléen) si OK

void TestSTCable() Aucun

Fonction void scannant et testant toutes les paires de conducteurs d’uncâble direct sélectées en utilisant la fonc-tion ci-dessus

int1 TestCOPair(int8 p) Nombre à 8 bits représentant la paire deconducteurs à tester

La fonction saisit le nombre d’une pairede conducteurs d’un câble croisé etretourne un 1 (booléen) si OK

void TestCOCable() Aucun

Fonction void scannant et testant toutesles paires de conducteurs d’un câble croi-sé sélectées en utilisant la fonction ci-des-sus

void EXT_isr() AucunRoutine de service d’interruption externeinitiant le processus de test selon le typede câble sélecté

void main() AucunFonction principale du logiciel. Elle intèg-re toutes les initialisations de direction deport et de validation d’interruption

Figure 3. Extrait du programme C écrit pour le projet. Utile aussi pour le positionnement des fusibles du PIC.

période de repos est d’à peu près 5 mA,tandis que 10 mA sont tirés brièvementlors de l’envoi des signaux sur le câble.

(050302-1)

Majdi Richa – myr@cyberia.net.lb

ensuite seulement de chercher le boî-tier adéquat – vous vous apercevriezalors qu’il vous faut enlever et réinstal-ler les composants un par un, ce quiest une perte de temps sans compterle risque d’endommager la platine.Nous vous recommandons d’utiliser unsupport de bonne qualité en positionIC1 car c’est lui qui va arrimer le pré-cieux microprocesseur PIC. Enfin, il y aquatre fils de liaison qui ne doivent pasêtre oubliés lors du montage.

Utilisation pratiqueLors de la mise sous tension, les diodesLED clignotent séquentiellement unefois. Branchez le câble à l’instrument etutilisez le commutateur DIP pour sélec-tionner les paires de fils que vous nevoulez pas tester (la sélection est pardéfaut). Ensuite, sélectionnez le typede câble, droit ou croisé (ce dernierpour les câbles Gigabits seulement),puis pressez le bouton TEST ONCE(test unitaire). Si la paire réussit le test,la diode LED s’allume. Sinon, elle resteéteinte. Simple, mais efficace !Pour éviter que la pile ne s’épuise

lorsque l’instrument n’est pas en fonc-tion, il faut la débrancher en ôtant l’at-tache clipsée. Ou alors en installant uninterrupteur sur la ligne de +9 V. Laconsommation de courant pendant la

elektor - 6/200650

PRATIQUE TEST & MESURE

050302-1(C) ELEKTOR

C1

C2C3

D1

D2

D3

D4

D5

IC1

IC2

K1

K2

R1

R2

R3

R4

R5R6

R7

R8

R9R10

S1

S2

S3

X1

S/C

BT1

050302-1

+ -

050302-1(C) ELEKTOR

Figure 4. Chemin de cuivre et plan de montage des composants sur la platine de commande conçue pour le contrôleur de câbles réseaux.

Figure 5. Notre prototype du contrôleur.

ComposantsRésistances :R1 à R4,R9,R10 = 10 kΩR5 à R8 = 1 kΩ

Condensateurs :C1 = 10 µF/63V radialC2 = 1 µF MKT au pas de 5 ou de

7,5 mmC3 = 100 nF

Semi-conducteurs :D1 =1N4001D2 à D5 = LED rouge à faible courantIC1 = PIC16F874-20/P (programme,

EPS050302-41*IC2 = 7805

Divers :X1 = résonateur céramique 4 MHz

3 brochesK1,K2 = embase RJ-45 encartable

(Molex # 95009-2881 - Farnell #257102)

S1 = quadruple interrupteur DIPS2 = bouton-poussoir à réponse

tactile, unipolaire à contact travail,base 6 x 6 mm

S3 = interrupteur unipolaire marche/arrêt à contact travail châssis

BT1 = pile 9 V avec porte-pile (enoption interrupteur marche/arrêt)

4 ponts de c6ablageplatine disponible aux adresses

habituelles EPS050302-1** cf pages Elektor ou www.elektor.fr

6/2006 - elektor 51

RÉTRONIQUE RÉCRÉATION

de l’époque (y compris le mien)étaient à base de tubes et mono-canal non seulement en raison dufait que les tubes existaient enquantité industrielle, étaient bonmarché et solides mais aussiparce qu’il existait nombre d’ex-cellents schémas pouvant être

Rétronique est une colonne mensuelle s’intéressant à de l’électronique du siècle dernier y compris des montages de légende décrits dans Elektor. Nous sommes ouverts à toutes les contributions et suggestions.

N’hésitez pas à nous envoyer un E-mail à redaction@elektor.fr, sujet : Rétronique Elektor

réalisés à partir de pièces récupé-rées sur l’un au l’autre poste deradio ou téléviseur mis au ran-card. L’elektorscope était aucontraire innovant, semi-profes-sionnel et poids-mouche (?) à l’é-poque du moins !

(065046-1)

Après un examen approfondi duschéma, l’amateur souhaitantréaliser l’elektorscope (car c’étaitlà son nom) pouvait faire sonchoix entre différents types deCRT (tubes à rayon cathodique),sachant qu’il fallait en choisir unsans borne de tension d’accéléra-tion. Le choix du CRT avait degrosses conséquences vu qu’ilimpliquait une adaptation enconséquence de l’alimentation HTmais aussi du coffret dans lequelsera monté l’instrument, et ainside la face avant toute faite qu’E-lektor proposait à l’époque dontil existait 2 versions : l’une pourun CRT de 7 cm de diamètre, uneautre pour les modèles 13,5 cm.La photographie montre un exem-plaire de chacune de ces ver-sions, la plus petite ayant un CRTDG7-210, l’autre un D13-620,tous deux fabriqués par Telefun-ken et fournis avec leur blindageen mu métal. |A noter que lesprototypes en question possé-daient un capot en Perspex per-mettant aux amateurs de jeter uncoup d’oeil aux entrailles de l’os-cillo sans risquer de toucher àquoi que ce soit de dangereux.Il semblerait que les cartes et l’élec-tronique constituant l’elektorscopeaient été conçues avec soin pourpouvoir se glisser impeccable-ment dans un coffret du com-merce et que l’on n’avait pasopté pour la démarche inversecomme c’est souvent le cas avecles projets amateurs. Le coffret uti-lisé n’a malheureusement pas étéidentifié. L’alimentation compor-tait un transformateur spécial qui,annonçait-on à cors et à cris,serait disponible auprès de diffé-rents annonceurs et fabricants dekits faisant de la pub dans lemagazine. L’édition anglaise d’E-lektor publia encore, plus tard, unarticle montrant comment intégrerles modules de l’elektorscopedans un coffret-rack de Vero. Pourdes raisons de taille, seule la ver-sion à CRT de 7 cm pouvait seglisser dans un coffret de ce type.Bien que la réalisation person-nelle d’un oscilloscope était choseadmise |-voire courante vu le prixde produits commerciaux|- en1980, la plupart des instruments

Ce classique de l’historique d’é-dition d’Elektor a vraiment sur-vécu de 2 façons. Tout d’abord,il reste quelqu’un dans notreéquipe de concepteur à pouvoiren raconter l’histoire (globalementil est vrai) et, ensuite, nous avonspu retrouver les prototypes origi-naux dans notre armoire-« musée », réalisations ayant sur-vécu à 30 ans de stockage et detransports à travers l’Europe.Un beau jour, en 1976, un mem-bre de l’équipe de concepteursd’Elektor, présumant sans doutequelque peu de ses possibilités,affirma sans cligner des yeuxque, sous sa seule houlette, l’é-quipe était capable de concevoirun oscilloscope à 2 voies 100%transistors en une semaine endémarrant à zéro. Bien que tou-tes les autres tâches aient étédéléguées aux différents concep-teurs disponibles, 2 choses fri-saient la certitude : le schéma del’alimentation et une suspicionirréfutable que le reste du schémaavait été repris d’un conceptdécouvert dans un cataloguetechnique d’un revendeur alle-mand, RIM. Après comparaisondes 2 schémas, celui imprimédans le catalogue et le nôtrereproduit au crayon sur papier,l’un des plus jeunes de l’équipeconstata que les transistors NPNde la version crayon étaient desPNP chez RIM et inversement etque les tensions d’alimentationavaient été interverties. D’autreserreurs de conception graves netardèrent pas à faire leur appari-tion. L’éditeur fut informé que leprojet serait redémarré à zéro,l’affaire de 2 ou 3 mois.Le cahier des charges parlaitd’un oscillo à transistors 2 voiesayant une bande passante 3 dBde 2 MHz. Le premier articleparut dans le numéro d’octobre1980 et décrivait les alimenta-tions (!), l’amplificateur de sup-pression de faisceau (blanking)et le choix du tube cathodique.Les 2 articles qui suivirent dansles numéros de novembre et dedécembre étaient de bonnetaille, ce qui donne une bonneidée de la complexité et la tailledu projet.

Elektorscope (1976/1977) Jan Buiting

elektor - 6/200652

Émetteur test stéréoPRATIQUE MESURE & TEST

Von Jo Becker (DJ8IL)

Ce petit projet de générateurréserve des surprises : son circuit raffiné engendre un sinus àtrès faible distorsion harmonique, un signal intermédiaire multiplexé etun signal stéréo FM.

Signal de test FM et audio

Ce générateur de tests ne se distinguepas seulement par sa précision, maisaussi par sa réalisation basée sur unconcept original de génération dusignal. L’encadré « Signaux de sortie »donne un aperçu de sa flexibilité.Une logique HCMOS simple remplacele circuit intégré spécial dont le fonc-tionnement interne défie toute analyse.Tous les signaux BF sont engendréspar une division 2n et des enchaîne-ments logiques basés sur une fré-quence de quartz fQ = 9,728 MHz. Lasortie BF est commutable entre son etsignal MPX. Cette sortie à impédancerelativement basse et à l’épreuve des

courts-circuits fournit 2 VSS max. L’os-cillateur FM oscille librement maisavec stabilité à environ 100 MHz. Uncondensateur permet de choisir sanslimitation la fréquence dans la bandeFM. Un condensateur trimmer permetd’effectuer un réglage fin dans la plage± 300 kHz. Le niveau de sortie HF12 mVeff à 50 W est plus que suffisantpour exciter le récepteur raccordé avecun rapport signal/bruit maximum.

Sinus logiqueLa génération numérique simple dusignal BF est particulièrement intéres-

sante. La figure 1 indique commentune chaîne de division à bascules avecenchaînements logiques OU exclusifsengendre un signal en escalier. Lechoix approprié des amplitudes par-tielles permet de supprimer les harmo-niques 3f et 5f. Ce n’est qu’à partir de7f qu’il faut, si besoin est, filtrer lesharmoniques restantes bien plus fai-bles. Ce concept présente l’avantagede préserver exactement la relation dephase, par exemple entre le signalpilote (19 kHz) et la sous-porteuse de38 kHz. Le rapport d’amplitude(1+√2):1 calculé surgit de nouveaudans le schéma (figure 2) sous la

forme des valeurs des résistancesR3:(R4+R5) et R6:(R7+R8).

La fréquence 133 kHz de l’harmonique7f du son pilote est encore plus élevéeque celle de l’harmonique 3f (114 kHz)de la sous-porteuse à 38 kHz et neperturbera certainement aucun récep-teur. Le son étalon BF 594 Hz, dont laposition de phase ne joue aucun rôle,est filtré par C3 suivi d’un filtre passe-bas actif, le tout donnant 18 dB paroctave. Le facteur de distorsion har-monique résiduel, théoriquement 21%,tombe à moins de 0,05%.

À titre de comparaison : en partantd’une oscillation rectangulaire, le fac-teur de distorsion harmonique restantserait plus élevé d’un facteur 30. Lefacteur de distorsion harmonique duprototype, soumis aux mesures dulaboratoire d’ELEKTOR, n’était que de0,055% avec un rapport non pondéréson/bruit de 86 dB. C3 permet demodifier l’amplitude de sortie.

Signal MPXLors de la transmission stéréo en FM,la fréquence porteuse de l’émetteurFM est modulée en fréquence par unsignal nommé signal multiplexé (MPX).Ce signal MPX comporte 3 composan-tes :

• le signal somme L+R (signal mono« normal » de 30 Hz à 15 kHz)• le signal différence L–R, modulantune sous-porteuse 38 kHz (ce qui éli-mine la sous-porteuse elle-même)• et le son pilote 19 kHz.

Il est très facile de générer les3 signaux de test MPX désirés : le sonétalon BF 594 Hz fournit déjà le signalcentral (signal mono). Le signal de594 Hz est activé et désactivé aurythme de 38 kHz. Selon la polarité dusignal de commutation de 38 kHz parrapport à la phase du signal pilote, ilfournit un signal purement gauche oudroit à condition que la porteuse38 kHz soit sinusoïdale conformémentaux normes. Cette modulation pardécoupage (hachage) signifie toutefoisla multiplication par un spectre rectan-gulaire. Les amplitudes des bandes

latérales de la porteuse fondamentalesont d’autant plus importantes et ilfaut ajouter un léger signal audio pourcompenser la diaphonie en oppositionde phase ainsi causée. C’est la raisonde la présence de R14 et P1. Le rôle demodulateur en anneau est assuré parIC5 attaqué correctement en phase parIC3.A (broche 3 de IC3) et IC2.B (bro-che 6 de IC2). Le son pilote 19 kHz est encore ajoutédans l’étage additionneur (à la bro-che 2 de IC4). On élimine le son pilotedu signal MPX en retirant le cavalierJP1, ce qui permet d’évaluer la modu-lation MPX à l’oscilloscope. En l’ab-sence de réglage (P1 sur 10 kW envi-ron), on obtient déjà une séparationdes canaux de 35 à 40 dB, suffisantedans la majorité des cas. Aprèsréglage de P1, on a pu mesurer uneséparation des canaux de 50 dB avec

6/2006 - elektor 53

f c e

c d

= ⋅ +

= +

⋅ +

2

1 2

c xx x

x f c t

= ⋅ + + +

= ⋅

2 3

3

5

5

2

ππ

sinsin sin

...

( )

e xx x x

x x x

=⋅

⋅ − − +

+ − − + + − −

4

2

3

3

5

5

7

7

9

9

11

11

13

13

πsin

sin sin sin

sin sin sin...

f xx x

x x x

=⋅

⋅ + +

+ + − +

8

2

7

7

9

9

15

15

17

17

23

23

πsin

sin sin

sin sin sin...

1

1

1

1,80

√2

x

x

a 76 kHz

b 38 kHz

c 19 kHz

a = b

d = (a = b) =c

e = c + d

050268 - 12

Figure 1. Diagrammes d’impulsions et séries de Fourier du générateur de signaux quasi numérique.

Signaux de sortie• Son étalon sinusoïdal de 594 Hz avec k < 0,06 % pour la mesure d’amplifica-

teurs BF,

• Signal MPX pour les canaux stéréo gauche et droit permettant d’optimiser l’af-faiblissement diaphonique

• Signal central MPX pour équilibrage de la balance

• Signal FM modulé par les signaux MPX pour tester les récepteurs stéréo FM etl’ensemble du câblage

• Impédance de la sortie BF/MPX : de 1,8 à 3 kΩ

• Niveau de la sortie BF/MPX : 2 VCC max.

• Impédance de la sortie FM : 50 Ω

• Niveau de la sortie FM : 12 mVeff à 50 Ω

elektor - 6/200654

PRATIQUE MESURE & TEST

CTR14

IC1

74HC4060

CT=0

RCX10

11

12

15

13

14

11

13

12

CTCX

RX

!G

1

6

4

5

7

9

3

4

5

6

7

8

9

3

2

+R1

1k

R2

1M

X1

C1

47p

C2

56p

S1

X1 = 9.728MHz13

1211

IC2.D

=110

98

IC2.C

=1 2

13

IC2.A

=1

13

1211

IC3.D

=110

98

IC3.C

=1 5

46

IC3.B

=1

1

23

IC3.A

=1

4

56

IC2.B

=1

+5V

R3

470k

R6

100k

R5

15k

R4

180k

R8

2k43

R7

39k

JP1

6

5

7IC4.B

R11

5k11

C6

68p

2

3

1IC4.A

R9

10k

R10

10k

C5

47µ6V3

C4

100n

R13

120k

R12

120k

C3

22n

C8

1n

C7

4n7

IC5.C

12

1011

IC5.D

38 kHz

19 kHz

593,75 Hz

6

98

IC5.A

13

2

1

IC5.B

5

3

4

+5V

R31

330 Ω

R30

5k6

R14

47k

25k

P1

C25

1n

S2

D1

1N4148

D2

1N4148

R27

100k

C24

1n

R25

10k

C22

1n

R26

10k

C23

1n

R32

100 Ω

+5V

C9100n

C10

47µ6V3

C11

4µ716V

S3

R16

22k

R17

1k5

R15

1k8

R20

2k2

R21

4k7

R24

56Ω

R23

470 ΩR22

68Ω

R18

22kD4

BB405

D3

BB405

T1

BF199

C1818p

R19

33Ω

C19

100p

C20

2...22p

C21

1n

C16

1n

C15

100n

C17

1n

C12

68p

C14

220µ10V

C13

100n

+5V

P2

4k7

S4

L1

78L05

IC6

C31

4µ716V

C32

100n

R33

820Ω

D5

1N4148 D6

BT1

9V

+5V

IC1

16

8

IC2

14

7

IC3

14

7

IC5

14

7

IC4

8

4

C26

100n

C27

100n

C28

100n

C29

100n

C30

100n

+5V

050268 - 11

IC2, IC3 = 74HC86

IC5 = 74HC4066

IC4 = TLC277

L

M

R

MPX

TONE

*

EXTvoir texte*

HF

R28

10k

R29

10k

+5V

BF

R34

33k

C33

1n5

Figure 2. Schéma de l’émetteur test stéréo. L’émetteur FM proprement dit est la partie encadrée avec le transistor T1. Le reste du circuit engendre les signaux demodulation disponibles à la sortie BF (R15). Un signal de modulation externe en option peut aussi être raccordé à C33/R34.

Émetteur FML’émetteur test stéréo est composé d’un générateur de signal pour les signaux basse fréquence (son de test, son pilote,signal multiplexé) et d’un petit émetteur FM modulé par ces signaux basse fréquence. L’émetteur FM proprement dit estformé du circuit oscillateur à un seul transistor. Il est représenté dans la partie encadrée et sur fond coloré du schéma de lafigure 2. Pour qui voudrait réaliser un émetteur test FM mono, il suffit de reprendre cette partie du circuit sans s’occuper dureste (R16 n’est pas non plus nécessaire). En cas de besoin, un signal de modulation externe peut être raccordé à l’élémentRC C33/R34 reproduit en traits discontinus. Il peut s’agir de n’importe quel signal BF dont le niveau ne dépasse pas200 mV. L’élément RC C33/R34, dénommé « élément de préaccentuation », ajuste la hauteur du signal de modulationconformément aux normes. Cela correspond à une constante de temps RC de 50 ms en Europe (75 ms aux USA). Rien deplus simple : la résistance est déjà présente (R17). Nous n’avons donc besoin pour C33 que d’une valeur de 33 nF (au lieude 4µ7) pour disposer d’un filtre passe-haut à constante de temps 50 ms. Il faut modifier aussi C33 si on veut faire varier lasensibilité de l’entrée de modulation en ajustant R34 (R34 x C33 doit rester égal à 50 µs !). Il est toutefois plus simple d’a-juster le niveau en plaçant un potentiomètre ou un trimmer en amont (4kΩ7 ou 10 kΩ). Pour terminer, veuillez vous référeraux indications à la fin de cet article avant de mettre l’oscillateur en service !

050268-1(C) ELEKTOR

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7 C8C9

C10C11C12

C13

C14C15C16

C17C18

C19

C20

C21

C22

C23

C24

C25

C26

C27

C28

C29

C30C31

C32

D1

D2

D3

D4

D5 D6

IC1

IC2

IC3

IC4

IC5

IC6

JP1

L1

P1

P2

R1

R2

R3R4

R5

R6

R7R8

R9

R10

R11

R12R13

R14

R15

R16R17

R18

R19

R20

R21

R22R23

R24

R25

R26

R27R28

R29

R30

R31

R32

R33

S1

S2

S3

S4

T1

X1

HF

050268-1

EXT

TONEMPX

MR

L

0+

9V-

BT1+

T T

T

050268-1(C) ELEKTOR

un TCA4500A comme décodeur stéréode test. Il ne reste plus qu’une diapho-nie de 6 mVCC pour un signal utile de2 VCC. C6 et C25 filtrent les pointes dessignaux son et MPX ; C6 supprimeaussi la distorsion harmonique dusignal résiduel de la diaphonie.

Montage et composantsLa face de montage de la carte (fig-ure 3) est équipée d’une surface demasse continue (ground plane). Pourles détails, voir le schéma de mon-tage et la photo du prototype de labo-ratoire final (figure 4). L’unique enrou-lement (L1) doit reposer sans inter-stice sur la carte.

Comme l’émetteur test ne consommeque 12 mA, une pile monobloc alcali-manganèse 9 V (6F22) assurera plu-sieurs années de fonctionnement (spo-radique bien entendu). Le contrôle del’état de la pile repose sur une solutionoriginale faisant appel à la LED D3.Celle-ci utilise la chute de tension durégulateur de tension 5 V IC6 et nenécessite pas d’autre alimentation. Ladiode reste allumée tant que la chutede tension du régulateur est au moinsde l’ordre de 2 à 2,5 V. La LED s’éteintprogressivement quand la tension dela pile n’atteint plus que 7,5 à 7 V. Il esttemps de remplacer la pile. Le circuitfonctionne entre 6,7 V et 12 V. La fré-quence de l’oscillateur fixée à 98 MHzne varie que de 100 Hz environ. La fré-quence ne dérive que de 1 kHz en10 minutes.

Un boîtier n’est pas indispensablequand les mesures sont effectuéesoccasionnellement en laboratoire. C’estpourquoi les connexions des commuta-teurs S1 à S4 se présentent sous formede barrettes de picots, ce qui permetde remplacer les commutateurs par descavaliers. Le potentiomètre P2 réglantle niveau du signal de sortie BF/MPXsur la carte est un trimmer pour lamême raison. Il est aussi possible desouder directement une prise BNC pourla sortie FM aux picots de R24. Celasignifie qu’en cas d’utilisation « à nu »,seule la pile est « lâche », tout le restese trouve sur la carte.

Lors du montage de la carte prototypedans le laboratoire d’ELEKTOR, lescondensateurs électrolytiques au tan-tale spécifiés par l’auteur dans la listede pièces ont été remplacés par descondensateurs électrolytiques nor-maux (radiaux). Les résultats de

mesure n’ont pas varié. On n’a pas tou-jours besoin de tantale.Comme mentionné plus haut, la fré-quence de l’oscillateur dans la bandeFM dépend de la valeur du condensa-teur (C18). Bien entendu, la fréquencedépend aussi de l’inductance L1 et dela capacité des diodes varicap (varac-

tors) D3 et D4. Dans le cas de notrecarte prototype, il a même fallu serrerun peu l’enroulement avec une valeurde 18 pF pour C18 pour parvenir àune fréquence de 102,7 MHz. La fré-quence dépassait même légèrement108 MHz avec la valeur de 15 pF uti-lisée par l’auteur dans son prototype.

6/2006 - elektor 55

Figure 3. La platine double face sans trous métallisés.

Cela peut toutefoisêtre dû au fil quenous avons utilisé pourL1, qui était un peu plusépais et argenté (1,3 mm).Comme la plupart des varactors,le BB405 n’est plus livré que desstocks restants. Le domaine de varia-tion de cette diode s’étend de 2 pF (à28 V) à 16 pF (à 1 V). La capacité estde l’ordre de 11 pF à 3 V et de 6 pF à7 V. La pente de la plage autour de5 V significative pour ce circuit estd’environ 1 pF/V. Le composantBB208-03 en boîtier SOD2323 men-tionné comme option dans la liste depièces est le seul encore en produc-tion. La carte est conçue pour per-mettre de monter aussi le BB208-03.

C o m m ela pente de1,5 pF/V à 5 V du BB208-03est plus élevée de 50% que celledu BB405, il faut remplacer R17 parune résistance de 1 kW pour adapterle niveau de modulation au rapport

du diviseur de ten-sion R16/R17.

Il n’est pas si simple de seprocurer un quartz de fré-

quence 9,728 MHz. Il ne s’agitpas d’une fréquence standard.

Il existe des fournisseurs de quartz defréquences « exotiques », par exemple« Andys Funkladen » (www.andy-quarz.de). Geist-Electronic

(www.geist-electronic.de) disposeaussi souvent de quartz spéciaux

pour les projets ELEKTOR.

Fonctionnement et mesuresS3 permet de commuter la sortie BFsur le signal audio MPX ou le sinus594 Hz. Le signal MPX permet de tes-

elektor - 6/200656

Liste descomposants :Résistances :R1 = 1 kΩR2 = 1 MΩR3 = 470 kΩR4 = 180 kΩR5 = 15 kΩR6,R27 = 100 kΩR7 = 39 kΩR8 = 2kΩ4 (ou E96 : 2kΩ43)R9,R10,R25,R26,R28,R29 = 10 kΩR11 = 5kΩ1 (ou E96 : 5kΩ11)R12,R13 = 120 kΩR14 = 47 kΩR15 = 1kΩ8R16, R18 = 22 kΩR17 = 1kΩ5R19 = 33 ΩR20 = 2kΩ2R21 = 4kΩ7R22 = 68 ΩR23 = 470 ΩR24 = 56 ΩR30 = 5kΩ6R31 = 330 Ω

R32 = 100 ΩR33 = 820 ΩP1 = ajustable 25 kΩP2 = ajustable 4kΩ7

Condensateurs :C1 = 47 pFC2 = 56 pFC3 = 22 nF MKT au pas de 5 mmC4,C9,C13,C15,C26 à C30,C32 =

100 nF céramique au pas de 5 mmC5,C10 = 47 µF/6V3 tantale ou radialC6,C12 = 68 pFC7 = 4nF7 MKT au pas de 5 mmC8,C16,C17,C21 à C25 = 1 nF au pas

de 5 mmC11 = 4µF7/16 V tantale ou radialC14 = 220 µF/10 V radialC18 = 18 pFC19 = 100 pFC20 = condensateur ajustable 2 à 22 pFC31 = 4µF7/16 V radial

Self :L1 = self à air 6 spires de fil de cuivre

émaillé ou argenté de 0,8 mm,diamètre intérieur de 5 mm

Semi-conducteurs :D1,D2,D5 = 1N4148D3,D4 = BB405 (BB205, BB505, BB208-

03)D6 = LED rouge (faible courant)T1 = BF199IC1 = 74HC4060IC2,IC3 = 74HC86IC4 = TLC277 (TS922IN)IC5 = 74HC4066IC6 = 78L05

Divers :JP1 = embase à 2 contacts + cavalierS1 = interrupteur unipolaire (et/ou

embase à 2 contacts + cavalier)S2 = interrupteur unipolaire à 3 positions

(et/ou embase à 3 contacts + cavalier)S3, S4 = inverseur unipolaire à

3 positions (et/ou embase à 3 contacts+ cavalier)

X1 = quartz 9,728 MHz (HC-49/U,fondamentale à résonance parallèle,capacité 30 pF ±10 ppm

BT1 = pile 9 V + connecteur à pressionembase BNC châssis 75 Ω (optionnel)platine EPS050268-1

Figure 4. Platine prototype de laboratoire une fois montée.

PRATIQUE MESURE & TEST

6/2006 - elektor 57

Figure 6a. Spectre du signal de sortie HF en modemono. La fréquence porteuse est de 102,7 kHz.

Figure 6b. Même signal que dans la figure 6a, mais en mode stéréo.

Figure 6c. Signal MPX à la sortie BF (S2 sur L ou R).

-120

+0

-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

dBr A

20k 45k22k 25k 30k 32k 35k 42k

Hz

Figure 6d. Spectre de fréquence du signal de lafigure 6c (signal MPX en mode stéréo). On aperçoitdistinctement le résidu de la sous-porteuse 38 kHz.

te rd e s

d é c o -deurs sté-

réo en reliantl’émetteur de

mesure à leur entréeMPX. Le réglage de la

séparation des canauxavec P1 a déjà été men-

tionné. P2 permet de régler le niveaudu signal de test. Le signal MPX, appli-qué à l’entrée du décodeur stéréo, per-met de déterminer, outre la séparationdes canaux, les rapports signal/bruitet le facteur de distorsion harmoniquedes signaux de sortie. S2 permet decommuter au choix le son étalon sur lecanal stéréo gauche ou droit. Si le com-mutateur est en position médiane, lesignal son parvient avec la même puis-sance aux 2 canaux, ce qui permet devérifier la balance stéréo.Si S2 se trouve sur « TONE », le sinus594 Hz à faible distorsion disponible àla sortie permet d’effectuer des mesu-res sur les amplis BF

On peut relier directement la sortie HFdu générateur de tests à l’entréeantenne d’un tuner ou d’un récepteurstéréo FM. Le réglage de la fréquenced’émission a déjà été décrit. Lecondensateur trimmer C20 assure leréglage fin (environ ± 300 kHz). Lesignal FM permet d’effectuer toutes les

m e s u r e sdécrites (sépara-

tion des canaux,distorsion, rapport

signal/bruit) sur le récep-teur FM. Il est important

que l’excursion parasite de l’é-metteur soit suffisamment faible

quand le rapport signal/bruit estmesuré. Le commutateur S1 permet dedésactiver complètement l’oscillateurà quartz pour mesurer l’excursionparasite : seule la porteuse FM nonmodulée est émise. L’auteur a déter-miné que l’excursion parasite de sonprototype n’est que de 60 Hz. Elle a étémesurée sous forme de quasi-crêtedans la bande BF entre 20 Hz et23 kHz. Aucun problème – tant qu’once signal n’est pas émis par uneantenne raccordée à la sortie HF de l’é-metteur. L’utilisation d’un émetteurnon autorisé est en effet interdite parles lois sur les télécommunications dela plupart des pays et passible d’uneamende pouvant atteindre500 000 euros (Allemagne). Le respectdes dispositions légales en Allemagneest assuré par la nouvelle incarnationde la RegTP (Regulierungsbehörde fürTelekommunikation und Post), l’A-gence fédérale allemande des réseaux,bien pourvue en moyens de mesure.Seuls les radioamateurs détenteursd’une licence ont le privilège d’utiliserdes émetteurs qu’ils ont construitseux-mêmes. Prudence est mère desûreté. Même avec une puissance HFn’atteignant pas 3 mW, il est bon des’assurer qu’aucun signal FM n’estémis, transformant l’oscillateur en unémetteur. L’utilisation d’un câbleblindé (un coax de préférence) pourraccorder l’émetteur au récepteur ban-nira toute crainte en faisant passer l’é-metteur au rang d’honnête générateurde signaux de test.

(050268-1)

Figure 5. Le prototype réalisé par l’auteur.

elektor - 6/200658

PRATIQUE FPGA

Le coeur du 8052 est dérivé d’un T51libre, c’est un « open core ». Nousallons l’utiliser ici, légèrement modifié,de manière à nous faciliter la vie avecle module FPGA. Décrire son fonction-nement sortirait du cadre de ce cours.Ce qui nous importe avant tout, c’estde voir comment utiliser ce contrôleuret le raccorder à la logique numériqueenvironnante. Nous vous proposons del’illustrer à travers un voltmètre à qua-tre canaux.

CoresNotre exemple se compose de plu-sieurs morceaux de logique numé-rique. Vous le trouverez dans le réper-toire « ex9 » du logiciel correspondant(060025-3-11). À l’ouverture du fichierde projet, vous découvrirez unschéma graphique comme à lafigure 1. Le noyau de ce circuit estconstitué du bloc nommé « T8052 ». Ilformera notre contrôleur 8052. Lesfichiers qui s’y rapportent se trouventdans les répertoires « T51 » et« Altera Cyclone ». Ce contrôleurdérive du coeur 8052 disponible gra-tuitement sur www.opencores.com.Nous l’avons légèrement adapté demanière à mieux utiliser la mémoireinterne du FPGA. Nous y avonsajouté une interface wishbone (four-chette). Mais sur ces modifications,nous y reviendrons le mois prochain.

Ce qu’il nous importe desavoir, c’est que ce contrôleurcontient 8 Ko de mémoire deprogramme et 4 Ko de XRAM.Il est en outre compatible avecle standard 8052, nous pouvonsdonc employer les outils deconceptions habituels commercia-lisés pour le 8052.

PLLDans notre exemple, le 8052 estscandé à 25 MHz. Nous pourrions déri-ver cette fréquence de l’horloge interneà 50 MHz par l’intermédiaire d’unebascule. Mais nous avons préféré faireappel à l’une des boucles à phaseasservie (PLL) présente dans le FPGA.Cette boucle nous permet, au départdu signal d’horloge à 50 MHz, de créerune chronométrie à une autre fré-quence. À l’usage de ces boucles d’as-servissement, Quartus fournit, avec sapanoplie logicielle, des IP-cores sous lenom de « Megafunctions ». On lestrouve parmi les symboles de la boîteà outils (symbol toolbox), là où nousavons déjà pêché des bornes d’entréeset autres portes logiques. Avant d’uti-liser les mégafonctions, nous vousrecommandons de faire un tour par lemanuel de Quartus. En l’occurrence,nous voulons façonner une de ces fonc-tions pour générer un signal d’horlogeà 25 MHz en partant de 50 MHz.

Quandon met enservice une PLL,il lui faut un certaintemps avant de parvenir à délivrer unsignal stable. Aussi, durant cettepériode transitoire, sa sortie devra êtreverrouillée à « 1 ».

8052Notre 8051 tourne donc à 25 MHz. Sonentrée de mise à zéro est une fonctionlogique OU au départ de l’entréeSWITCH1 et de la sortie inversée « loc-ked » de la PLL. On obtient ainsi que,tout au long de la période de synchroni-sation de la boucle d’asservissement,aucun signal d’horloge ne soit délivréet que le contrôleur soit maintenu enétat « reset ». Mais en supplément,

Ce mois-ci, nous allons transformer le FPGA en système àmicrocontrôleur simple, nous utiliserons même un 8052 sansaucuns frais. Il nous servira, entre autres, à commanderl’interface I2C de la platine d’expérimentation. Etfinalement, nous en ferons un multimètre à 4 voies.

Paul Goossens

Cours de FPGA

6/2006 - elektor 59

signaux bidirectionnels. Aussi, chaqueport de notre 8052 est-il pourvu d’uneentrée sur 8 bits et d’une sortie en 8bits. Les entrées inutilisées seront sim-plement reliées aux sorties correspon-dantes du même port.Supposons que le bit 0 du port P3 nesoit pas utilisé comme entrée, il nousfaut alors le brancher sur le bit 0 de lasortie du port P3.Un mot encore de l’entrée XRAM_AC.Elle fait partie du bus fourchette. Noustraiterons de ce bus dans le prochainarticle.

I2CPour un bus I2C, il faut deux signauxbidirectionnels. Or, nous venons dedire que la plupart du temps, il n’estpas possible d’en utiliser dans unFPGA. Heureusement, sur cet FPGA, ilest possible de mettre en service desE/S bidirectionnelles. Dans le schéma,nous en avons dessiné deux. On peuttrouver ces broches dans la même liste

que les ports d’E/S sous l’appellation« bidir ». Pour pouvoir en faire usage, ilnous faut aussi un tampon bidirection-nel. Il sera dans notre circuit désignépar le symbole « ALT_IOBUF ». Il secompose d’un tampon de sortie avecune entrée de validation (enable) etd’un tampon d’entrée. Dès que l’entréede validation est à « 1 », la sortie peutfournir ou drainer du courant, selon leniveau d’entrée appliqué à l’entrée dece tampon. Dans cette configuration,un appareil extérieur peut commandercette broche avec un niveau haut oubas, sans occasionner de court-circuit.Nous pouvons utiliser la sortie du tam-pon d’entrée pour connaître l’état decette ligne, que le tampon de sortiesoit activé ou pas.

Nous savons que les signaux en I2Cproviennent d’une sortie à collecteurouvert. Donc les puces qui s’y raccor-dent ne peuvent que drainer du cou-rant pour attirer la ligne au niveau bas.Dans l’exemple, nous relions l’entrée

3e partie : coeurs et systèmes enfouis

nous pouvons, à l’aide du pous-soir S1 de la platine d’expé-

rimentation, le remettre àzéro à tout moment.

Les deux entréesd ’ i n t e r r u p t i o n s

externes, nous lesmettons à lamasse (« 0 »),nous n’enaurons pasbesoin.D a v a n t a g ed’explicationsau sujet desports P0 à P3.Sur un 8052standard, cesports peuvent

f o n c t i o n n e raussi bien

comme entréeque comme sortie.

Dans un FPGA, il estrare d’utiliser des

Figure 1. Le schéma de notre système enfoui (embedded system).

des tampons de sortie à GND. Ensuite,passer l’entrée de validation à « 1 »nous permet d’entraîner le signal à lamasse. Dans ce cas-ci, la broche devalidation pour la ligne SDA est reliéeà l’inverseur du bit 0 à la sortie du portP0. Ce qui veut dire que quand ce bitpasse à « 0 », l’entrée de validationpasse à « 1 » et du même coup le signalSDA retourne à la masse.

Nous pouvons à tout moment lire l’étatde la ligne SDA du bus I2C par l’inter-médiaire du bit 6 du port d’entrée P0.Nous faisons pareil avec la ligne SCL,mais évidemment en utilisant d’autresbits du port P0.

Cette construction nous permet deréaliser le protocole I2C par logiciel.

MicrologicielPeut-être vous êtes-vous déjàdemandé où se situe le logiciel pour lecontrôleur.La mémoire de programme est caséedans le T8052. Il s’agit aussi d’unemégafonction. Lors de la compilation,la mégafonction va utiliser le contenudu fichier « firmware.hex » du réper-toire « firmware » (micrologiciel) pourremplir la mémoire de programme.Nous verrons plus loin la manière d’ymettre à jour aisément le logiciel.

Le programme pour cet exemple estrédigé à l’aide du compilateur gratuitSDCC. On le trouve sur la page d’ac-cueil de SDCC. Vous en aurez besoin sivous comptez modifier le programme àvotre gré. Après téléchargement, lan-cez le « setup ». Il vous est conseillé delaisser en l’état les réglages standard.Quand le logiciel vous demandera sivous voulez ajouter SDCC au cheminnormal, répondez par l’affirmative.Le micrologiciel en question se trouvedans le répertoire sous ex9/firmware.C’est là aussi que vous trouverez unfichier nommé « make.bat ». Un doubleclic dessus et le micrologiciel estrecompilé.

elektor - 6/200660

PRATIQUE FPGA

Le bus I2CSur la platine d’expérimentation, on utilise un bus I2C pourcommander plusieurs puces subalternes. Elles servent à éta-blir les liaisons des E/S numériques et analogiques avec lesconnecteurs K3 et K5 et par bus I2C avec le FPGA. La pucequi attaque l’écran LCD est également abonnée au mêmebus I2C.

La structure des signaux sur un bus I2C est illustrée par lafigure jointe. On y voit clairement que tous les CI qui s’y rac-cordent commandent les lignes SDA et SCL par une sortie àdrain ouvert. En d’autres termes, chaque puce peut attirer leniveau de ces lignes à la masse, mais ne peut jamais leurappliquer la tension d’alimentation. C’est le rôle des résistan-ces de forçage haut, elles font en sorte que le niveau sur laligne soit celui de la tension d’alimentation pour autantqu’aucun des circuits intégrés ne l’attire à la masse.

Chaque communication démarre par ce que l’on appelleune condition de départ, qui se caractériser par un flancdescendant sur la ligne de données SDA alors que la ligned’horloge SCL est haute. Ensuite, la ligne SCL devient basseelle aussi. La fin de communication se marque par unecondition d’arrêt qui se distingue par le fait que la ligne SCLpasse au niveau haut, puis que la ligne SDA devient hauteégalement. Ce sont les deux seuls cas où la ligne SDA chan-ge de niveau alors que la ligne SCL est haute.

Après la condition de départ, le maître envoie d’abord uneadresse I2C sous la forme d’une valeur de 8 bits dont le der-nier détermine si on aura affaire à une opération de lectureou d’écriture. Une lecture correspond à un bit « 1 ». Les septautres bits indiquent l’adresse d’une puce en parti-culier.

Le CI qui reconnaît son adresse maintiendra alorsà la masse la ligne SCL lors du neuvième coupd’horloge, en signe d’accusé de réception. C’estce qu’on nomme d’habitude ACK, pour« Acknowledge », confirmation.

Si le huitième bit était un « 1 », le maître commen-ce alors la transmission du premier octet. Il placedonc le MSB (bit de poids fort) du premier octetsur la ligne SDA et donne un coup d’horloge. Ilfait ensuite de même pour le 6e bit et le scandepar l’horloge, et ainsi de suite jusqu’au LSB, le bitde poids le moins significatif. Lors de la neuvième

impulsion d’horloge, le CIsubalterne tirera de nou-veau la ligne SDA à lamasse en forme d’ACK.À présent, le maître peutenvoyer un autre octet outerminer la communica-tion par une conditiond’arrêt.

Lors d’une opération delecture, les choses sont différentes. Le maître génère unecondition de départ avant de transmettre l’adresse du CIvoulu, avec cette fois-ci un « 0 » comme LSB. Le subalterneappelé répond par un ACK.

Ensuite, c’est le subalterne qui place le premier bit (MSB) àexpédier sur la ligne SDA. Le maître génère un coup d’horlo-ge et accepte le bit. Après réception du huitième bit, le maît-re envoie un ACK. Le maître peut alors décider de recevoirun autre octet ou achever la communication par une condi-tion d’arrêt.

Il faut savoir qu’à tout moment, c’est le maître qui génère lesignal d’horloge. Mais le subalterne peut exercer uneinfluence en retardant l’horloge. Voici comment il s’y prend.

Après que le maître ait relâché le contrôle sur la ligne SCL,elle passe donc à haute impédance, il doit attendre que leniveau sur cette ligne SCL soit redevenu haut. Un subalternepeut pendant cette période maintenir la ligne à la masse sipar exemple il lui faut encore un certain temps pour traiterles données. De cette manière, le subalterne peut retarder lacommunication.

1 0 0 0 0 1 0 01

START

SDA

SCL

060025 - 3 - 11Émission de quelques octets..similaire à l’envoi de l’adresse

ADRESSE : 10010010 (Write)du maître

ACKde l’esclave

6/2006 - elektor 61

Figure 2. Insuffler la mémoire par l’intermédiaire de JTAG.

Figure 3. Charger un nouveau micrologiciel.

Toute l’intelligence du système reposedans le micrologiciel. C’est lui en effetqui s’occupe de la commande du busI2C, du convertisseur A/N et dumodule LCD. Son code source se révèled’une grande simplicité, il ne donnerapas de souci à qui connaît un tout petitpeu de C.

PratiqueLançons le logiciel pour configurer leFPGA à l’aide de l’exemple du mois,dans le répertoire « ex9 ». Après quoi,c’est un message sur l’écran LCD quivous souhaite la bienvenue. Au bout

d’à peu près 4 secondes, l’écran com-mencera à afficher systématiquementles tensions mesurées sur les quatreentrées analogiques de la carte d’ex-périmentation. Vous voici donc en pos-session d’un voltmètre numérique àquatre voies !

Nous savons qu’à côté de la mémoirede programme du contrôleur, dans leFPGA, il y a une mémoire de travail.Grâce à l’adaptation apportée à cecontrôleur, nous pouvons, avec Quar-tus, aller lire et modifier le contenu decette mémoire. Il faut, dans le menu« Tools », cliquer sur « In-SystemMemory Content Editor ». Une nouvellefenêtre se présente, semblable à lafigure 2. Au dessus, à gauche, deuxmémoires y sont renseignées, PROG etXRAM. Dans PROG se trouve le pro-gramme que le 8052 exécute, maisQuartus ne sait pas encore ce qu’il y adedans. La preuve, c’est que dans le

champ en dessous, il a mis un « ? » à laplace du contenu.

On sélectionne la mémoire de pro-gramme d’un clic sur le texte « PROG ».En haut, dans le fenêtre, il y a le texte« Instance Manager: » suivi de plu-sieurs boutons. Cliquez sur celui degauche, du nom de « Read » et quireprésente un document avec une flè-che pointée vers le haut.

Dès lors, Quartus va lire le contenu dela mémoire et l’afficher en dessous.Tout ceci se produit sans occasionnerde charge supplémentaire pour le

8052, vous n’observerez même pas deralentissement du processus.

Nouveau micrologicielNous allons ensuite essayer d’adapterle micrologiciel. Changeons la chaînede caractères de la ligne 57 pour y lire« Test », par exemple. D’un double clicsur « make.bat », dans le répertoirecité, le nouveau texte est enregistré.SDCC va recompiler le micrologiciel etplacer le résultat dans un nouveaufichier « firmware.hex ».

Retournez dans le Memory ContentEditor et pointez la souris dans unchamp de données. Un clic du boutondroit et vous pouvez choisir « ImportData from File… » dans le menu. Allezà présent dans le dossier « firmware »et choisissez-y le nouveau« firmware.hex ».Le logiciel place alors le contenu du

elektor - 6/200662

PRATIQUE FPGA

Figure 4. Désigner l’emplacement du micrologiciel sur le disque dur.

fichier hex dans le tampon de mémoire.Un avertissement s’inscrit qui voussignale que la longueur du fichier hexn’est plus la même que celle du tam-pon de mémoire. Vous pouvez l’ignorer.Appuyer maintenant sur le poussoir S1de la carte d’expérimentation, celui quiassure la mise à zéro du contrôleurdans le FPGA. Maintenez-leenfoncé et cliquez de la sourisle bouton « Write ». Vous lereconnaîtrez au symboleen forme de docu-ment avec une flè-che vers le bas.C’est lui qui va

transférer, vial’interface JTAG, lecontenu de lamémoire tampon danscelle du FPGA.

À vous les manettesDans l’attente du prochain numéro,voici une suggestion pratique. Libre àvous d’acquérir une certaine expé-rience sur le 8052 et, pour y parvenir,le plus simple est probablement decopier le dossier « ex9 » dans un autredossier de manière à pouvoir expéri-menter à votre guise dans cette nou-velle version.Souvenez-vous cependant de ce que lecompilateur s’attend à trouver le micro-logiciel à un endroit bien précis. Facilede lui monter la voie : allez sous l’on-glet « Hierarchy » dans le Project Navi-gator et cliquez sur le signe + à côtédu texte « T8052 ». Une liste apparaît

d r o i tprécis et

le nom dufichier hex que vous

voulez utiliser comme micro-logiciel. Pour terminer, cliquez sur« finish ». Il est important de garderintactes toutes les autres indications.Il ne vous reste plus qu’à recompiler leprojet et vous disposerez dans lamémoire de programme du micrologi-ciel souhaité.

(060025-3)

Liens utiles :

www.opencores.comwww.sourceforge.comhttp://sdcc.sourceforge.net

en dessous dans laquelle vous trouve-rez le texte « rom_cyclone ». Un doubleclic dessus montre une fenêtre duMegaWizard. Un clic sur « Next » vousconduit à la fenêtre suivante de ce

magicien. Il faut aller jusqu’à lafenêtre 7 (figure 3).

C’est là que vousallez dési-

g n e rl’en-

6/2006 - elektor 63

STD_LOGICDepuis le début de ce cours, nous avons fait appel à des signaux de typeSTD_LOGIC qui peuvent prendre différents états parmi lesquels les états « 1 »et « 0 » que nous avons déjà utilisés. Mais les signaux STD_LOGIC peuvent enprendre d’autres, dont « Z » et « — » sont les principaux.

L’état « Z » indique que le signal est à haute impédance. Cela peut par exem-ple se produire à la sortie d’un tampon doté d’une entrée de validation. Il estconseillé de ne PAS utiliser cet état quand on développe un projet à réaliser àl’intérieur d’un FPGA. La plupart des FPGA ne dispose d’aucune possibilité degénérer des signaux internes à haute impédance. Cependant, la plupart desFPGA (et le nôtre aussi) sont capables de fournir des états de haute impédancesur les bornes d’E/S. Nous pouvons dès lors, et uniquement sur ces bornesextérieures, prévoir des états « Z ».

Un autre état, noté « — », correspond à « Don’t care » ce qui signifie : onn’en a cure. Quand on attribue cet état à un signal, on veut simplement direau compilateur qu’il peut en faire un « 1 » ou un « 0 », peu importe, çan’aura aucune influence sur le résultat final. Voilà qui permet au compila-

teur de simplifier éventuellement des fonctions et donc d’utiliser moins decircuiterie dans le FPGA.

Pour réaliser notre interface I2C en Quartus, nous avons fait appel àun ALT_IOBUF. Il s’agit d’un tampon avec entrée de validation, doncun tampon dont la sortie passe à haute impédance, s’isole du reste,

dès que l’entrée de validation passe à « 0 ». Le niveau de la sortie(la broche du FPGA) est disponible par l’intermédiaire d’unsecond tampon.

Coeurs libresLe noyau du 8052 que nous employons provient du coeur du T51. Ilest libre, c’est-à-dire qu’il est à prendre gratuitement sur le site internet

www.opencores.com. Nous l’avons quelque peu adapté en fonction auxbesoins de ce projet-ci.

Sur ce site, tous ces coeurs (aussi appelés IP pour Intellectual Property) sontgratuits, chacun peut les utiliser à sa guise sans rien devoir à personne. Le

8052 que nous employons ici a subi des modifications, principalement en vuede le rendre apte à travailler correctement avec la mémoire interne des FPGACyclone.

Nous n’entrerons pas dans les détails du fonctionnement interne du 8052,exception faite d’un impératif didactique, cela ne présente d’ailleurs pas beau-coup d’intérêt. Le concepteur peut fort bien le considérer comme une « boîtenoire » capable de remplir une certaine fonction. C’est pareil avec les autrescircuits intégrés, nous attendons qu’ils fonctionnent comme prévu, peu nous enchaut par quel procédé ils y arrivent.

Nous avons placé dans le dossier « T » tous les fichiers nécessaires pour l’utili-sation de ce coeur. Tous réunis, les fichiers VHDL de ce dossier constituent uncontrôleur 8052. Le document « top level » de ce processeur est le fichierT8052.vhdl et il est aussi le seul avec lequel nous aurons à travailler directe-ment. Ce n’est pas un lourd travail que de transplanter ce coeur dans un nou-veau projet personnel. Nous vous recommandons cependant, si vous voulezl’employer pour différents projets à élaborer, de recopier le répertoire « ex9 »dans un autre de vos dossiers et ensuite de le modifier à votre guise.

La plupart des signaux du coeur du 8052 parlent d’eux-mêmes. Seuls ceuxqui commencent par « XRAM » demandent un mot d’explication. Ils formentensemble un bus en fourchette, un wishbone-bus, que nous détaillerons dansla prochaine livraison. Ce qu’il vous faut savoir en attendant, c’est que si vousne mettez pas en service ce bus, le signal XRAM_ACK du processeur devratoujours rester à « 1 », au risque d’avoir à constater que de battre, son coeurs’est arrêté…

Jeroen Domburg & Thijs Beckers

Nous allons, dans notre « atelier » de ce mois-ci, nous intéresser d’un peu plus près à des « cir-

cuits qui, s’ils ne sont pas très utiles, peuvent quand même être amusants ». Le montage pré-

senté ici permet, par exemple, d’écrire sur l’eau, le texte disparaissant rapidement ensuite.

Mais on peut également écrire sur des panneaux laqués blancs ou toute autre surface solide

telle que du papier à lettre. Avons-nous éveillé votre curiosité ? Lisez donc la suite...

elektor - 6/200664

PRATIQUE MODDING

La fameuse cartouche de HP, une 51640M, connue sous le nom de« type 40 ». Des sources sur Internet affirment que cette cartouchepeut être remise à niveau (de liquide) au moins 10 fois.

La cartouche jaune toute vierge : belle et propre. Un certain nombred’autres cartouches frimaient moins après de nombreuses heures àtenter de découvrir le fonctionnement des différents contacts.

Le circuit fixé sur la cartouche. Le bouton-poussoir d’activation a étédisposé à un endroit facile d’accès.

La construction fait appel à un dispositif d’utilisation universelle, le« duct-tape ». Pratique également pour fixer la pile.

Tampon électroni

L’un des aspects attrayants de l’électronique en tantque passe-temps est que ce que l’on réalise peut trèsbien se passer d’être utile. Pourvu que l’on s’amuse.C’est dans cet esprit qu’est né ce projet. L’auteur, s’a-charnant à reproduire sur un tableau blanc des paro-les sans intérêt prononcées par un colocataire, cons-tata que son écriture était quasiment illisible. L’écritureelle-même prenait bien trop de temps. L’idée qu’ildevait y avoir un moyen plus rapide de vandaliser letableau blanc d’autrui se traduisit par la naissance dece tampon électronique. Dans ce tampon électronique,c’est une cartouche d’imprimante inkjet qui remplit lafonction du feutre.

CartoucheUne cartouche d’inkjet est, de nos jours, un système com-plexe comportant souvent plusieurs centaines de« buses ». Une buse est un minuscule orifice par lequel sefait la projection des gouttelettes d’encre. La techniqued’éjection varie d’un fabricant à l’autre. Dans le cas dela cartouche HP que nous allons utiliser, le fonctionne-ment des buses est thermique.La tête est constituée d’une plaquette de silicium danslaquelle les canaux des buses vont du réservoir d’encrevers l’avant de la tête d’impression. Au milieu de chacunde ces canaux se trouve une micro-résistance. La circula-

6/2006 - elektor 65

Le circuit a été monté directement sur une platine d’expérimentationsans avoir passé par quelque stade de dessin de platine que ce soit. Le dessous prouve le caractère expérimental du circuit.

Voici ce que produit un passage de l’ensemble sur un morceau de papier... ... tout en maintenant le bouton-poussoir enfoncé.

que Imprimer sans imprimante

tion, pendant une durée extrêmement brève (10 ms seule-ment bien souvent), d’un courant relativement importantdans cette résistance la rend tellement chaude que l’en-cre qui se trouve à cet endroit du canal est vaporisée.Comme, sous forme de vapeur, l’encre occupe bien plusde place que l’encre liquide, l’encre encore liquide setrouvant sur la partie avant du canal se trouve éjectée.Ce phénomène se produit à petite échelle de sorte que lavitesse d’éjection de l’encre par la buse est relativementélevée, ce qui permet de projeter l’encre avec une préci-sion élevée sur le support.Sur une imprimante à jet d’encre normale, c’est unmoteur et un système de guidage qui donne à la têted’impression son mouvement latéral. Il est préférable, sinous voulons réaliser un dispositif portable, de ne pasintégrer ce système dans notre tampon électronique.Nous n’utiliserons par conséquent la cartouche associéeà l’électronique de pilotage de la tête. C’est à l’utilisateurde créer le mouvement. Il est important, lors du déplace-ment, de veiller à un mouvement orthogonal et régulierpar rapport au support d’impression. C’est en forgeantque l’on devient forgeron.

La cartouche que nous avons choisie est uneHP 51640M connue également sous la dénomination de« HP type 40, magenta ». Cette cartouche existe tant enmagenta (rouge violacé) qu’en cyan (bleu ciel) qu’enjaune et en noir. Nous avons testé le montage avec descartouches magenta et cyan, mais il est probable quetoutes les cartouches de type 40 aient le même bro-chage, les jaune et noire aussi. Les autres cartouches HPne semblent pas avoir le même brochage, bien que leprincipe de fonctionnement soit probablement le même.

BusesSur la première génération d’imprimantes à jet d’encre,les cartouches possédaient quelque 24 buses. Le pilotagede l’ensemble était enfantin : toutes les résistances debuses possédaient une extrémité commune reliée à l’unedes broches du connecteur vers l’imprimante, l’autreextrémité de chacune des résistances disposant de sapropre broche de contact. Un simple multimètre permetde mettre en carte le brochage d’une telle cartouche.Les choses se compliquent avec les cartouches plus récen-

elektor - 6/200666

PRATIQUE MODDING

Outre sur du papier, cet appareil fonctionne aussi fort bien sur destableaux réinscriptibles, ce qui avait d’ailleurs été la première idéed’application.

Mais pourquoi s’arrêter en si bon chemin. L’objet représenté ici serafacilement reconnu par nombre d’étudiants (mais aussi de non étudiants).

En raison de la finesse et de la légèreté des gouttelettes il devientmême possible d’écrire sur une surface liquide !

Au bout d’une dizaine de secondes l’encre disparaît, le dessin devenantillisible.

tes. Celle que nous utilisons ici possède plus de100 buses. Le nombre de contacts est heureusement plusfaible. HP a sans doute intégré de l’électronique dans latête d’impression de manière à permettre le pilotage desdifférentes buses. C’est là que l’amateur d’électroniquese trouve confronté à un problème. C’est quoi cetteélectronique ? On peut en effet imaginer différentesméthodes de commande différentielle des buses. Deregistres à décalage et multiplexeurs à une simplematrice permettant un accès individualisé des buses. Sicette dernière méthode se laisse décrypter à l’aide d’unmultimètre, l’identité des autres requiert au minimum unanalyseur logique ou un instinct de génie. L’ouverture del’imprimante dans laquelle vient s’insérer la cartouche nenous amène à rien. Tout ce que l’on peut voir est la miseà la masse d’un certain nombre de connexion, le resteallant vers un circuit intégré non identifié.Après de longues réflexions et mesures, l’auteur découvritune technique dérivée de la technologie d’identificationdes gènes. Éliminer un gène et voir ce qui change dansl’organisme permet d’en identifier la fonction. On peutégalement procéder ainsi avec une cartouche à jet d’en-

cre : recouvrir des contacts du connecteur et voyons oùles choses se gâtent. Après de longs essais il apparutqu’avec très exactement 3 contact (dont une masse) l’im-primante ne produisait plus qu’une ligne très fine. Cescontacts suffisent donc au pilotage d’une buse. |A partirde cette information et quelques bricolages épaulés parun microcontrôleur et une alimentation de laboratoirefournissant 20 V on arrive à découvrir le fonctionnementexact de la cartouche.Finalement, il s’avéra que la cartouche était subdiviséeen 8 secteurs de 17 buses chacun. La tête d’impressionproprement dite est constituée de 2 rangées d’orifices.Chaque rangée d’orifices comporte 4 secteurs, chacund’entre eux ayant son propre contact d’alimentation.L’application d’une tension de 20 V à cet endroit permetd’activer les buses de ce secteur. Leur activation dépenddes entrées de buse. La mise d’une entrée à une tensionpositive entraîne l’éjection d’une gouttelette d’entre parcette buse. En l’absence de tension sur l’entrée de buse ilne se passe rien. La figure 1 donne les positions desdifférentes entrées.

TensionLe reste du circuit se résume en un microcontrôleur(ATTiny2313), un rien d’électronique assurant la communi-cation avec la cartouche, un convertisseur CC/CC chargéde fournir le 20 V requis par les buses, un 78L05 pour l’a-limentation du microcontrôleur et une pile de 9 V chargéede fournir la tension d’alimentation (cf. figure 2).L1, D1, T1, C4, R1 et la partie PWM du microcontrôleurconstituent le convertisseur CC/CC, un simple convertis-seur buck. En voici le fonctionnement. Le microcontrôleuressaie de maintenir à 2,5 V la tension de PD6. Pour celail joue sur la longueur des impulsions qu’il fournit sur saligne PD5. Ces impulsions font entrer T1 en conduction,état qui se traduit par la circulation d’un courant dans L1.Lors du blocage de T1 le courant continue de circuler unbref instant en raison de la présence de L1. C4 secharge alors au travers de D1. Le courant allant vers C4permet de faire monter la tension aux bornes de C4 àune valeur supérieure à celle de la tension d’alimenta-tion. Cette tension subit une division par R1 avant d’êtreappliquée à PD6. Le microcontrôleur stabilise ainsi la ten-sion sur C4 à une valeur fixe. L’ajustable R1 permet parconséquent de fixer aux 20 V requis la tension aux bor-nes de C4. Mettez R1 en position médiane et tournezprogressivement le curseur vers la masse jusqu’à ce quela tension atteigne 20 V.Le 78L05 épaulé par une paire de condensateurs de lis-sage se charge de l’alimentation du microcontrôleur.

CommandeOutre la logique PWM programmée dans le microcontrô-leur, ce dernier intègre également un générateur de carac-tères rudimentaire. Bien qu’il soit possible d’atteindre unerésolution relativement élevée (on pilote 32 buses), il neconnaît qu’une seule police définissant 8 x 8 pixels parcaractère. La raison du choix d’une résolution aussi faibleest la présence de 2 Koctets de ROM Flash seulementdans le microcontrôleur. Si l’on opte pour un microcontrô-leur possédant plus de ROM il devient possible de choisirde meilleures polices. L’auteur a fait appel à son tiroir depièces de rechange qui ne comportait pas de microcon-trôleur de capacité plus importante.La génération des caractères se fait par le biais d’uneligne dans la ROM Flash. Ces derniers sont envoyés aux

6/2006 - elektor 67

Autre cible de ce montage. Attention : l’encre n’est sans doute pas cequ’il y a de meilleur pour la santé.

Une dernière recommandation : si vous voulez vous amuser avec ces cartouches d’encre, faites-le surune surface ne craignant pas d’être salie.

buses. Les secteurs sont activés l’un après l’autre, chaqueactivation de secteur se traduisant par l’activation d’uneseule buse. La raison de cet individualisme est d’éviterque la tête d’impression ne se vide, ce qui se traduiraitpar la fin (temporaire) de jet d’encre. Le changement debuse permet aux buses non activées de se remplir à nou-veau d’encre.

Les lignes de secteur de la cartouche (C1 à C4) doiventêtre alimentées en 20 V pour activer un secteur, ce quenous faisons par le biais de T2 à T5 et T6 à T9. On pour-rait penser que ce double étage à transistors est superflu,pourquoi ne pas connecter T6 à T9 directement au micro-contrôleur ? Cela poserait des problèmes. Le microcontrô-leur intègre des diodes ESD qui forcent des tensions supé-rieures et inférieures à la tension d’alimentation à,respectivement, 5 V et au potentiel de la masse. Si noussupprimions T2 à T5, nous aurions circulation de courant,par le biais de la base, de l’émetteur vers l’alimentation5 V, ce qui n’est pas l’effet recherché.

RéalisationL’auteur a mis son circuit sur un morceau de platine d’ex-périmentation à pastilles, utilisant les composants dont ildisposait. Ceci explique que le FETMOS T1 ait une déno-mination bizarre. On peut en principe utiliser n’importequel FETMOS à canal P tant qu’il est en mesure de sup-porter un courant de crête d’un demi-ampère. La self L1n’a pas non plus de valeur critique. Celle utilisée parl’auteur a été récupérée sur un inverseur de rétro-éclai-rage, mais toute self plus ou moins costaude fait l’affaire.Dès que la ligne de tension 20 V arrive à de l’ordre de20 V, tout est OK.

Autres possibilitésIl est possible d’améliorer ce circuit sous différentsaspects. |A noter, pour commencer, que les buses utili-

sées ne sont pas réparties uniformément sur la cartouche.C’est un véritable travail de moine pour identifier précisé-ment le pilotage de toutes les buses, le brochage adoptéici permet d’écrire un texte relativement lisible. D’autrepart, la consommation de courant n’est pas adaptée àune pile 9 V classique. L’écriture de longs textes la metrapidement (temporairement) sur les genoux. On pourraitenvisager l’utilisation d’un accu Ni-MH de 9 V. Ces der-niers acceptent de produire des crêtes de courant de fai-ble durée. Tertio, le texte produit par le tampon est définipar le code placé dans le microcontrôleur. On pourraitimaginer de le modifier dans la mémoire EEPROM àl’aide d’un câble sériel.

Tout cela n’est pas nécessaire pour du vandalisme sur letableau blanc d’autrui et nous laissons au lecteur le plaisird’adapter ce circuit à son bon plaisir, l’auteur appréciantbien entendu tout feedback quant aux modifications duschéma et du code, ceci pour en faire profiter tout lemonde. Le progiciel, le code-source et d’éventuelles misesà jour sont à télécharger aux endroits habituels ([1] et [2]).Dernière remarque : les cartouches à jet d’encre ne sontpas faites pour être exposées en permanence à l’air libre.Il arrive qu’elles se bouchent l’encre séchant. On peut lessecouer quelques fois vigoureusement (attention aux gout-telettes volant dans tous les sens) et nettoyer l’encre quisuinte à l’aide d’un mouchoir en papier. On veillera àconserver la cartouche « la tête en bas » lorsqu’on ne l’uti-lise pas, cela aide à éviter ces encrassements.

(065116-1)

elektor - 6/200668

PRATIQUE MODDING

T5

R5

4k7

T9

T4

R4

4k7

T9

T3

R3

4k7

T7

T2

R2

4k7

T6

ATTiny2313

RESET

IC1

PB7

PB6

PB5

PB4

PB3

PB2

PB1

PB0

PD0

PD1

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PA1

PA0

10

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

1

2

3

6

7

8

9

4

5

+20V

C3

100n

C2

22µ 25V

C1

22µ 25V

78L05

IC2

T1

STD12NF06

L1

D1

1N4001

10k

R1

C4

22µ25V

BT1

9V

4x BC550

4x BC560

065116 - 11

CARTOUCHE

(type 40)

HP51640M

GN

D

GND

GND

GND

GND

GND

GND

GND

GN

D

GN

D

GN

DR7

R6

R5

R4

R3

R2

R1

R0

C1

C4

C2

C3

+20V

*

*

voir texte*

GND

C1

R4

C2

R0

C3

C4

GND

R

065116 - 12

GND

R

GND

R

R6

C

R1

C

R5

C

R2

C

R

GND

R

GND

R

GND

R7

Figure 1. Brochage de la tête d’impression utilisée. Seuls sont utilisés les contactsR0 à R7 et C1 à C4, le reste n’étant pas mis à contribution dans ce projet.

Figure 2. De par sa petite taille, le circuit pourra être réalisé sur un morceaude platine d’expérimentation à pastilles.

Cette rubrique décrit une série de projets person-nels, modifications et adaptations intéressantesproposés par leurs auteurs. Il arrive dans certainscas qu’ils aborde l’aspect sécurité façon un peucavalière. Il faudra donc prendre leurs propositionsavec le grain de sel requis.

6/2006 - elektor 69

SECRETS DU CONCEPTEUR TECHNOLOGIE

Luc Lemmens

Les picots ô combien insigni-fiants ne servent pas unique-ment à interconnecter des pistesà des fils de câblage, maisconstituent des repères précieuxlors de tests et de mesures à

effectuer sur le circuit imprimé.En dépit de leur simplicitémécanique, les picots pour PCBsont difficiles à monter et à sou-der. Les problèmes les plus sou-vent rencontrés (admettez-le !)sont des doigts brûlés pouravoir maintenu le picot enplace au cours du soudage, desbroches qui tombent d’elles-mêmes dès que la platine estretournée côté « soudures » oupire encore, qui se comportentcomme des chicots pourrisaprès soudage. Essayez de legarder à sa place du bout dudoigt, vous serez récompensépar une belle ampoule, utilisezune pincette, le picot n’est prati-quement jamais positionné cor-rectement, et ainsi de suite.Nous l’avons appris par expé-rience, il est bon de percer,

Outil d’insertion de picotspour les picots, des orificesd’un diamètre légèrement infé-rieur à celui du picot - de cettefaçon, une fois mis en place, lepicot reste parfaitement enplace avant et pendant le sou-dage. Cependant, cela requiertune pression mécanique un peuplus importante pour forcer lepicot en place de sorte quedisposer d’un outil adéquatpeut éviter bien des malheurs.Inutile d’envisager d’utiliser unepincette, la force nécessaire esttrop importante.Pour autant que nous lesachions, il n’existe pas d’outilcommercial conçu spécialementà cet effet. Allons, un peu d’ima-gination, nous allons faire notrepropre outil d’insertion de picots.Essayez de mettre la main surun vieux tournevis ou une lime

Limeou

tournevis

Gainethermorétractable

Platine

060062 - 11Picot

Luc Lemmens

Il peut toujours arriver qu’unecarte à microcontrôleur que l’onvient juste de terminer ne fonc-tionne pas du premier coup ouqu’une carte qui a fonctionnédes années durant rend l’âmesans raison particulière. Celaest bien souvent le début d’unequête pénible à la recherched’erreurs de soudage, de pistesinterrompues ou, pire encore,court-circuitées, de composantsdéfectueux, voire d’identifica-

tion de problèmes dus à unlogiciel rétif.

Ce genre d’opérations peut pren-dre énormément de temps, surtoutle microcontrôleur possède de lamémoire de programme interne etqu’il ne possède pas de bus d’a-dresse et de données accessiblede l’extérieur. Si de plus on ne saitrien du fonctionnement du pro-gramme, le sourire a vite fait d’ê-tre remplacé par une grimace !En règle générale les problèmessont moins dus au logiciel qu’aumatériel. Si le microcontrôleurpossède un bus d’adresses/dedonnées externe on dispose d’unlevier (« Qu’on me donne unpoint d’appui et je soulèverai laTerre » aurait dit, à ce qu’ilparaît, Archimède).Un oscilloscope permet d’identi-fier assez rapidement des parasi-tes sur le bus d’adresses : on nedoit y trouver que des signauxrectangulaires bien « propres »,contrairement à ce qui est le casdu bus de données où l’on décou-vre également des « demi-niveaux » lorsque les lignes dedonnées se trouvent à l’état « tri-state » (haute impédance).Si maintenant on s’aperçoitqu’une ligne d’adresse s’avèreinerte, à quoi cela tient-il, est-ce lemicrocontrôleur qui est défectueux

Opérer par des NOPou est-ce un domaine d’adressesnon utilisé par le logiciel ? Ceciest encore plus vrai pour les lignesde sélection, telles que CS (ChipSelect) et OE (Output Enable) quisubissent un codage depuis le busd’adresses et qui assurent la com-munication avec des périphé-riques (hardware) externe. Nousavons souvent affaire, à ceniveau, à des réseaux combinatoi-res (le cas échéant sous forme dePAL ou GAL) qui ne fonctionnentpeut-être pas correctement, maispour lesquels il est difficile dedéterminer quelle sortie doit êtreactive et quand.Cependant il est dans bien descas facile de résoudre ce pro-blème en forçant le contrôleur àexécuter un programme quibalaie la totalité de la plage d’a-dresse. Le plus souvent, il prendla forme du programme le plussimple que l’on puisse imaginer :ne rien faire. Nous remplissons latotalité de la mémoire de pro-grammes d’instructions NOP (NoOPeration) ce qui n’empêchepas le compteur ordinal de pas-ser en revue, l’une après l’autre,toute la plage d’adresses. Laligne d’adresse de poids faible,A0, présente la fréquence decommutation la plus élevée, laligne A1 ayant une fréquence2 fois plus faible, A2 encore

2 fois plus faible, etc. De plus, surla plupart des circuits, toutes leslignes CS et autres OE s’activent,de sorte qu’il est également pos-sible d’en vérifier le fonctionne-ment à l’aide d’un oscilloscope.Ceci permet déjà de vérifier quel’adressage de la platine est cor-rect, condition sine qua non dufonctionnement d’une carte àmicrocontrôleur.

Attention : certains systèmes utili-sent un chien de garde (watch-dog) externe, circuit intégréchargé de la réinitialisation dumicrocontrôleur si ce dernier neréagit par correctement à inter-valle régulier. Il peut se faire quece genre de circuit empêche uneexécution du programme deNOP; le contrôleur reçoit un ordrede réinitialisation avant que leprogramme n’ait pu passer latotalité de la plage d’adresse enrevue. Il faut dans ce cas-là décon-necter la broche de réinitialisation(reset) du microcontrôleur et l’acti-ver par le biais d’un réseau R/CPOR (Power On Reset) standard(cf. la fiche de caractéristiques ducontrôleur concerné), ou décon-necter momentanément l’entrée dedéclenchement du chien de gardeet la relier à une ligne d’adressede poids faible, A0 par exemple.

(060072-1)

arrivée en fin de vie. Sciez (etlimez) le métal de l’axe du tour-nevis ou de la lime aussi droitque possible et percez un troulongitudinal d’un diamètre àpeine supérieur à celui du picotmais suffisamment profond pourque la collerette du picot reposesur le bord de l’outil une fois cedernier inséré dans le trou. Lepicot est inséré dans l’outil etmaintenu en place de l’ongleou du bout du doigt. L’outil per-met de bien tenir le picot etd’exercer une force d’insertionimportante.Si vous utilisez une vielle lime,pensez à la recouvrir d’un mor-ceau de gaine thermorétracta-ble, ceci vous éviter de vousblesser la main au cas où vousglisseriez.

(060062-1)

elektor - 6/200670

E-blocks et protocoTECHNOLOGIE E-BLOCKS

John Dobson

X-10 est, à l’origine, la marque attri-buée à une série d’appareils fabriqués,dans les années 70, par une petitefirme écossaise du nom de Pico Tech-nology. Le but était de faire circuler surles fils de distribution électrique de lamaison des signaux de commanded’appareils divers tels que lampes,chaufferettes, chaîne hi-fi etc. Depuislors, la firme a développé d’autres

moyens de communication, par Inter-net ou radiofréquences, par exemple,mais ici, nous allons nous concentrersur la transmission par les câbles del’installation électrique existante.L’illustration vous montre le principedu système qui, à l’instar des CPL(courants porteurs en ligne), permet decommander à distance, au départ d’unposte de pilotage, une large gamme

d’appareils électriques par les filsmêmes sur lesquels ils sont branchés,en intercalant des commutateursappropriés.

Modules X10La manière la plus simple de se lancerdans le X10, c’est d’acheter dans lecommerce des modules tout faits.

Pour nombre de nos lecteurs, la domotique est devenue unsujet plein d’intérêt. Dans cet article, nous allons expliquercomment tirer avantage du protocole X10 pour commander à

distance des appareils électriques par le canal des fils duréseau électrique domestique tout en assurant

l’interface avec vos E-blocks.

Aucun travail de conception, vous vousprocurez simplement un central detélécommandes et des commutateursad hoc. La figure 1 illustre l’exemplede deux appareils X10, ceux-ci sontadaptés au marché européen, unmodule interrupteur et un autre, unluminaire avec module gradateur. Il enexiste évidemment pour les pays del’Europe continentale, avec les priseset des fiches conformes aux normesnationales. Rappelons que les prisesde courant de France et Benelux sontdifférentes des normes du Royaume-Uni ou des États-Unis, mais aussi d’I-talie, de Suisse ou encore d’Allemagne.La gamme d’appareils est large, vouspouvez acheter des thermomètres X10,des commandes de moteur, des son-nettes de porte à distance, etc. Dispo-nible aussi sur le marché, un éventailde commandes pour un interrupteurmural de luminaire, un tableau à com-mutateurs multiples et jusqu’à des sys-tèmes pilotés par le PC. Autre avan-tage, ces appareils ne sont pas telle-ment chers, une prise murale pourtélécommander un appareil de 2 000 Wcoûte une trentaine d’euros.

Un brin de techniqueAu fait, ça marche comment ? L’unitéd’émission transmet une salve d’uneporteuse basse tension à 120 kHz etl’envoie sur le câblage de l’installationélectrique domestique, dans une plagetemporelle favorable, à peu près aumoment du passage par zéro de la ten-sion du secteur. L’extraction des don-nées se base sur la présence ou l’ab-sence de la salve à ce moment biendéfini. Ici, on représente un « 1 »binaire par une salve, peu après le pas-sage par zéro du secteur, et un « 0 »binaire se déduit de l’absence de salvede 120 kHz à cet instant. La figure 2vous montre comment former le codebinaire 10010 selon ce protocole.Remarquez que pour rendre le X10compatible avec un réseau triphasé, ilfaut répéter la salve de 120 kHz,déphasée de 120 degrés, sur chaquealternance, aux environs de son pas-sage par zéro, mais nous n’allons pas

nous compliquer la vie pour cela.Il est clair qu’au départ, on doit trouverses marques dans la structure de latransmission. Aussi, tous les messagescommenceront par une trame de syn-chronisation sous la forme de laséquence « 1110 », un motif qui n’inter-vient plus jamais dans aucune partiedu paquet de données. Et ça marche

parce que toutes les transmissions sui-vantes se font sous la forme de pairesen complément à deux et qu’un cyclecomplet est utilisé pour chaque bit dedonnées. De cette manière, vous alleztransmettre 10 pour un bit de données« 1 » et 01 pour une donnée « 0 ».Maintenant que nous savons commentenvoyer les bits, il nous faut voir com-

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le X10

Figure 1. Modules de commutation marche/arrêt et d’allumage de lampe.

Figure 2. La transmission de 10010 en binaire.

La modularité dans la domotique

ment structurer le paquet global. Lesbits de données sont transmis en deuxgroupes de 9 bits. Dans le premiergroupe de 9, les quatre premiers dési-gnent le code du domicile (de A à P) etles cinq autres, le code attribué à l’ap-pareil. Vous le voyez à la figure 3a.

Comme les 9 bits de données sontacheminés avec leur complément, latrame X10 de base prend 22 bits, soit11 cycles de l’onde du secteur.

Le second groupe de 9 bits comporteaussi le code de la maison ainsi que

5 bits de code de commande pour défi-nir la fonction que l’appareil devra exé-cuter. Pour améliorer l’immunité aubruit du système, chaque trame esttransmise deux fois, avec une pause detrois cycles intercalée. De la sorte, lepaquet complet totalise quatre trames

elektor - 6/200672

TECHNOLOGIE E-BLOCKS

Figure 3a. Dans une trame de données en X10, les 9 premiers bits du message.

Figure 3b. Un paquet complet de données réparties sur 47 cycles.

Tableau 1. Panorama des adresses/numéros/instructions X-10.

Adresses Numéros Instructions

A 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 All units Off 0 0 0 0 1

B 1 1 1 0 2 1 1 1 0 0 All Lights On 0 0 0 1 1

C 0 0 1 0 3 0 0 1 0 0 On 0 0 1 0 1

D 1 0 1 0 4 1 0 1 0 0 Off 0 0 1 1 1

E 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 Dim 0 1 0 0 1

F 1 0 0 1 6 1 0 0 1 0 Bright 0 1 0 1 1

G 0 1 0 1 7 0 1 0 1 0 All Lights Off 0 1 1 0 1

H 1 1 0 1 8 1 1 0 1 0 Extended code 0 1 1 1 1

I 0 1 1 1 9 0 1 1 1 0 Hail request 1 0 0 0 1

J 1 1 1 1 10 1 1 1 1 0 Hail Acknowledge 1 0 0 1 1

K 0 0 1 1 11 0 0 1 1 0 Preset Dim 1 0 1 X 1

L 1 0 1 1 12 1 0 1 1 0 Extended data (analogue) 1 1 0 0 1

M 0 0 0 0 13 0 0 0 0 0 Status = on 1 1 0 1 1

N 1 0 0 0 14 1 0 0 0 0 Status = off 1 1 1 0 1

O 0 1 0 0 15 0 1 0 0 0 Status request 1 1 1 1 1

P 1 1 0 0 16 1 1 0 0 0

et se présente comme à la figure 3b.Dans le paquet de données, 5 bits sontutilisés comme code identifiant oucomme ordre à exécuter. Le code d’ap-pareil désigne une unité dans la mai-son (1 à 16). Les codes de fonctionfournissent des instructions à cetteunité. Le tableau 1 vous montre com-ment tout cela fonctionne.

Le code domiciliaire peut être comprisentre A et P, ce qui permet à différentsappartements ou maisons voisines d’u-tiliser le X10 sur la même phase ducourant distribué dans le quartier. Lecode identifiant permet d’adresser spé-cifiquement un système branché survotre installation électrique, un parmiseize, pour lui donner un ordre tel queceux repris dans le tableau.Remarquez dans la figure 1 les deuxroues codeuses par lesquelles vousopérez la sélection. Le disque rougeest un commutateur rotatif à 16 posi-tions pour fixer l’adresse domiciliaire(A à P) et la roue bleue fait de mêmepour le numéro (1 à 16) d’identificationoctroyé à l’appareil.

Notre solutionNous pourrions ici décrire l’architec-ture pratique de l’émetteur et durécepteur X10, mais vu leur prix abor-dable dans le commerce et les implica-tions de sécurité en présence de la ten-sion du secteur, nous allons plutôt exa-miner en détail comment mettre aupoint pareil système pour obtenir rapi-dement des communications X10 fia-bles. Partons d’une interface exis-tante : en Grande-Bretagne, une inter-face Power Line Controller s’appelleXM10U, mais son équivalent américain(en 115 V 60 Hz !) est le TW523, tandisque sur le continent européen, il s’agitdu XM10E.Tout comme son frère d’Outre Manche,le XM10E est équipé d’une interfacesérielle TTL (et CMOS) qui se connectesans souci à une carte E-block X10,comme le montre la figure 5, en utili-sant un simple raccord téléphoniqueRJ11, que l’on retrouve en haut de lafigure 4. Un XM10E coûte une quaran-taine d’euros.L’interface des E-blocks contient la cir-cuiterie adéquate pour protéger votremicrocontrôleur des pics et transitoiresdu XM10E. La figure 6 vous montrel’assemblage des E-blocks que nousavons utilisés :

• un µC PICmicro 16F877A ;• une carte à capteur sur le port A ;

• un écran LCD sur le port B ;• le module X10 sur le port C ;• un clavier sur le port D.

Pour débuter, nous allons construire uninterrupteur électronique simple quimesure la clarté ambiante à l’aide ducapteur sur carte et allume à distance

un luminaire dès qu’il fait sombre.Pour commander le module X10, j’ai puobtenir un bout de programme en Cqui assurera la communication avec leX10, il compte trois routines de base :

X10_Initialize()X10_SetAddress(char house_code,

6/2006 - elektor 73

Figure 5. L’interface X10 en E-block.Figure 4. L’interface de commande XM10U PowerLine sur le site web de Simply Automate.

Figure 6. Le prototype du système X10 en E-block.

char unit_code)X10_Send(char function_code)

Ce bloc de code C s’occupe de toutesles tâches requises par la couche debase des communications sous proto-cole X10, donc les différentes routines,celle qui scrute le point de passage parzéro du secteur, l’émission du code dedépart et celui d’arrêt, le transfert dedonnées, etc. Cependant, si les troisroutines mentionnées vont nous per-mettre la supervision complète duprotocole X10 pour l’émission des com-mandes, il manque le code pour laréception des commandes X10, nous yreviendrons plus tard. La manière deprocéder avec le X10 consiste à initiali-ser l’unité de communication, fixer l’a-dresse de la maison et celle de l’appa-reil et transmettre le code de fonction.

Que la lumière soitComme exemple de mise en applica-tion de la commande par X10, nous

allons construire un allumage automa-tique de lampe avec la carte à capteurphotoélectrique en E-block. Mais aupa-ravant, un peu de C et de Flowcode.Comme nous l’avons vu dans un précé-dent article (Elektor décembre 2005), ilest possible d’inclure du C dans lecode en utilisant l’icône C (ou picto-gramme), puisque Flowcode traduitd’abord en C, avant compilation encode objet pour le PICmicro. Mais sivous incorporez simplement le code Cdans l’ordinogramme (Flowchart), cesinstructions en C ne seront disponiblespour être exécutées qu’en cet endroitprécis. Ce qu’il nous faut pour fairefonctionner le système X10, c’est lemoyen d’inclure un grand morceau deC avec des routines que l’on peutappeler de différents points du pro-gramme. On obtient alors une biblio-thèque de commandes faciles à utili-ser. On y arrive en utilisant les possibi-lités de #DEFINES en Flowcode.#DEFINE est un protocole C qui défi-nit des constantes auxquelles on peut

accéder à loisir dans un programme enC. Cela nous permet aussi d’introduireun bloc de C qui contient des routineset qui sera compilé en tête du code deprogramme en C. On doit le faire endeux étapes. D’abord, on ajoute lacomposante #DEFINE dans la zone detravail et l’on colle le code C sélec-tionné dans la fenêtre de texte.Ensuite, on place #DEFINES Macrodans l’ordinogramme de manière à ceque le compilateur prenne en comptele code C.Voici l’explication de tout l’ordino-gramme.La première icône est le #DEFINEmacro dont nous venons de parler.Nous trouvons ensuite les icônes poureffacer l’écran LCD, initialiser lemodule X10, fixer B 4 comme adresseX10 et entrer dans la boucle sans fin.Dans cette boucle, on échantillonne lecanal 0 du convertisseur A/N, surlequel est branché le photocapteur,ensuite on en extrait les huit bits depoids fort pour les mettre dans la varia-ble LIGHT, on positionne le curseur del’écran LCD et enfin on affiche la valeurde l’illumination pour savoir combienelle vaut. Si elle est supérieure à 128,c’est que le niveau lumineux est faible.En effet, le capteur est la moitié infé-rieure d’un diviseur de tension et sarésistance augmente quand le niveaude lumière baisse, si bien que la ten-sion sur la broche du CAN, et donc lavaleur de la variable LIGHT, s’élève sila lumière diminue. Si le niveau lumi-neux est bas, un message X10_ON esttransmis pour allumer la lampe et l’é-cran LCD affiche ON. À l’inverse, sinous détectons moins de 128, la lumi-nosité est élevée et la lampe s’étein-dra. On a prévu un délai d’une secondepour s’assurer d’avoir le temps d’expé-dier le message X10.La totalité du programme, y compris lecode C, est disponible gratuitement autéléchargement sur le site l’Elektor. Lenom de l’ordinogramme estJDX10_2.fcf et le numéro de fichier est065033-11.zip.Ce programme d’essai devrait suffire àcelui qui désire réaliser chez lui un sys-tème de commande par X10. Si unedemande sensible se manifeste, nouspourrons obtenir un composant X10particulier en Flowcode. Donnez-nousvotre avis sur le Forum d’Elektor.

(065053-I)

Lienswww.letsautomate.comwww.simplyautomate.co.ukwww.intellihome.be

elektor - 6/200674

TECHNOLOGIE E-BLOCKS

Figure 7. La gamme actuelle d’interrupteurs électroniques X10.

Les instructions pour la résolu-tion de ce puzzle sont enfanti-nes. Le Hexadoku utilise leschiffres du système hexadéci-mal, à savoir de 0 à F. Remplissez le diagramme de16 x 16 cases de façon à ceque tous les chiffres hexadé-cimaux de 0 à F (0 à 9 et Aà F) ne soient utilisés qu’uneseule et unique fois danschaque rangée, colonne et

carré de 4 x 4 cases (identi-fiés par une ligne plusgrasse). Certains chiffres sontdéjà placés dans le puzzle eten définissent ainsi sa situa-tion de départ.La solution de ce puzzle vouspermettra de gagner un joliprix. Il vous suffit de nousenvoyer la série de chiff-res en grisé.

(065054-1)

6/2006 - elektor 75

HEXADOKU RÉCRÉATION

HexadokuNous ne pouvions nous arrêter en si bon chemin.Voici, votre hexadoku du mois de juin. Sa résolution(manuelle) vous donnera quelques heures deréflexion. Participez et gagnez l’un des jolis prix.

HEXADOKU RÉCRÉATION

Participezet gagnez !Nous tirerons au sort l’unedes réponses correctes quinous seront parvenues; sonauteur recevra un

E-blocks Starter Kit Professional

d’une valeur de € 365,75;

nous offrirons en outre3 bons Elektord’une valeur de € 50,-chacun. Faites vos jeux !

Où envoyer ?Envoyez votre réponse (leschiffres de la section grisée)par E-mail, télécopie ou courrier avant le 25 juin 2006 à

Elektor c/o Regus Roissy CDGLe Dôme1, rue de la HayeBP 1291001.49.19.26.1995731 Roissy CDGEmail: hexadoku@elektor.fr

Tout recours légal est exclu de même que le sontles personnels de Segment B.V. et leur famille.

Puzzle pour les électroniciens

Les gagnantsLa bonne solution de l’Hexa-docu du numéro 334 est :CDA48Le gagnant du E-blocksStarter Kit Professionalest :M. René (Le Mercier - 22580)

Les 3 bons Elektord’une valeur de €50chacun vont à :J. Kopf (67800), J.-M. Cathelain (62217)et R. Tanguy (95320)Nos félicitations aux lauréats !

Masse en étoi

Karel Walraven

On est en droit de supposer que tout électronicien sait de quoi il retournepour des notions telles que masse, ligne de terre et sécurité par mise à laterre. Il n’en reste pas moins que ces notions constituent l’un des plus grandsmystères de l’électronique. Voyons ce qu’il en est...

elektor - 6/200676

TECHNIQUE BRUITS DE LABO

Vous n’aurez pas manqué de constater que la racehumaine se trouve, normalement, avec les deux pieds surterre. Même dans le monde ésotérique on parle constam-ment de « terres ». Le pire qu’il puisse vous arriver est dene plus être en contact avec la terre, vous êtes alors lejouet des éléments qui nous environnent.Heureusement que la situation est, dans la pratique, bienmoins dramatique. La montée au sommet de la Tour Effelne présente pas le moindre risque et voler très haut dansle ciel à destination de pays lointains ne devrait guèreposer de problème. Nous pouvons en déduire que peu

importe l’endroit où l’on se trouve, pourvu que l’environ-nement soit stable. Il en va de même dans le monde del’électronique lorsqu’il s’agit de la notion de masse. Parce terme de masse nous désignons un point choisi defaçon plus ou moins aléatoire dans un circuit. Pour nepas trop compliquer les choses on utilise le plus souventla ligne d’alimentation négative ou un point situé à mi-chemin entre les tensions d’alimentation positive et néga-tive. Nous supposons, de façon simpliste, que ce pointde masse constitue un point de référence solide, stable etconstant. Ah si cela pouvait être vrai...

6/2006 - elektor 77

le Forcer les courants dans le sens correct

Illustration “Split World” reprise avec autorisation de John Pitre (www.johnpitre.com)

MIC

ALIM

A1 A2

HP

065099 - 11

1

ALIM

A1 A2

065099 - 12

MICHP

2

La figure 1 nous propose un exemple extrêmement sim-ple qui pourra nous aider à comprendre ce qui ce passe.Nous y découvrons une source de signal (Micro), un pré-amplificateur A1, un amplificateur, A2, attaquant unhaut-parleur et, pour finir, une alimentation (Alim). Il com-porte également un symbole de masse, le trait horizontalen gras. Nous supposons avec certitude ou de façonaléatoire que le simple fait de placer ce symbole a pourconséquence de mettre tous les composants qui y sontreliés comme d’un coup de baguette magique au mêmepotentiel, quoi qu’il puisse se passer dans l’univers quinous entoure. La réalité est toute autre. Il n’y pas la moin-dre raison logique de parler de potentiels vu que l’on setrouve en présence de courants et de tensions ne cessantde varier, le processus est dynamique. La ligne de masseelle aussi est sujette à des variations et tout ce que nouspouvons faire est de faire en sorte, par une conceptionintelligente tant du schéma que du circuit, que ces chan-

gements soient les plus faibles possibles. Les choses nevont pas en s’arrangeant lorsque nous ajoutons un autresymbole : celui d’une terre. Ceci garantit une stabilité deroc du circuit, non ? Nous venons ainsi, n’est-ce pas, dele relier à tout ce qui nous entoure ! Et de plus par lebiais d’une barre conductrice qui s’enfonce dans le sol.Dommage, mais cela ne nous amène pas plus loin.Si les fleurs aiment être mise en terre, cela ne rend pasnotre électronique plus stable.Il faut se convaincre que le placement d’un symbole demasse n’a aucun effet sur la réalité des faits et que sonseul but est de permettre de mieux saisir le circuit. Il peutnaître (lire en fait : il naît), sur les lignes de signal, dessignaux gênants; la ligne de masse n’est qu’une piste decuivre de sorte qu’il n’est pas surprenant qu’il puisse ynaître ce même type de signaux gênants. Essayez d’ou-blier qu’un circuit requiert une « terre » ou une « masse ».Il existe nombre d’appareils alimentés par pile qui, bienque totalement « flottants », fonctionnent parfaitement.Nous ne sommes plus, maintenant, en contact avec la« terre », nous flottons. Toutes les liaisons de la figure 1présentent une résistance ohmique, possèdent une certaineself-inductance et ont de plus une certaine capacité relativeles unes par rapport aux autres, il s’agit de connexionsnon idéales telles qu’elles existent dans la réalité.Le courant variable (musique) qui circule dans le haut-parleur produira des tensions variables dans la liaisonpar laquelle il circule. Par conséquent la tension d’ali-mentation de A1 et A2 en est influencée et comme lecourant passe également par la masse, la masse auniveau du pôle négatif de l’alimentation n’est pas iden-tique à la masse des bornes du haut-parleur. Que celapuisse être source de problèmes est le plus évident auniveau de l’entrée micro qui est très sensible. Il circule ducourant par la liaison de masse, ce qui se traduit par destensions qui se trouvent ajoutées au signal du micro etamplifiées avec lui.

Ce sont les courantsqui posent des problèmes.

Faites une copie du schéma et dessinez-y les courants lesplus importants. Nous allons redessiner le schéma enessayant d’isoler les courants du mieux possible. Le sim-ple fait de déplacer les points de connexion de l’alimen-tation nous avance déjà un bon bout, le micro n’étantplus sous l’influence du courant à travers le haut-parleur(figure 2). On voit également l’importance d’un conden-sateur de découplage, les courants variables restant alorslocalisés, cessant de « se promener » à travers l’ensem-ble du circuit (figure 3). Nous obtenons finalement unschéma à lignes d’alimentation en étoile, car les influen-ces entre les différents éléments deviennent ainsi minima-les (figure 4). Il ne circule plus, sur le trajet de signalentre les 2 amplis op par exemple (de couleur verte), decourant d’alimentation néfastes. Si vous avez procédé àcet exercice, vous êtes en fait prêt pour le dessin de laplatine à partir du schéma redessiné. Veillez, sur votredessin des pistes, à réduire au maximum la taille de tou-tes les boucles (figure 5).Comme nous le soulignions dans l’article « Dessin de plati-nes » du numéro 319 (janvier 2005, page 62 et suivan-tes), chaque circuit imprimé est un compromis. Lorsque l’ondoit choisir entre un trajet de signal ou une autre piste, il

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TECHNIQUE BRUITS DE LABO

ALIM

A1 A2

065099 - 13

MICHP

3

ALIM

A1 A2

065099 - 14

MICHP

4

A1 A2

065099 - 15

MIC

5

est évident qu’il faut donner la priorité aux pistes véhicu-lant des signaux. Inutile peut-être de le signaler, mais lapiste de retour est elle aussi un trajet de signal; essayeztoujours de repérer les boucles de courant de signal. Dansnotre exemple, le trajet de retour de signal est, « parhasard », la masse, nombre de concepteurs optant pourcette approche parce qu’elle facilite la réflexion et lesmesures. Il est toujours bon, dans le cas d’une platine dou-ble face, de faire de l’une des faces, un plan de masse.Mais même dans ce cas-là il ne faut pas laisser tomber leprincipe de la masse en étoile et si le besoin s’en fait sen-tir, d’adopter des surfaces de masse séparées (figure 6).Il ne faut cependant pas exagérer, des surfaces de masseséparées pouvant se comporter comme des antennes, leremède étant alors pire que le mal.

Terre de protection et blindageDans le cas d’appareils de classe I le circuit est relié à laterre. On s’assure ainsi de l’absence de tensions dange-reuses sur quelque partie accessible du circuit que cesoit. Prenez toujours vos précautions car il peut circulerdes courants importants. Attention également au blin-dage des liaisons. Concevez votre platine de manière àce que ces courants élevés ne se promènent pas un peupartout et n’importe où. Par conséquent : une surface demasse distincte pour la terre de protection et les blinda-ges, et une autre servant de masse pour le circuit. Il fautbien entendu que les deux soient interconnectées galvani-quement, mais en un seul point pour éviter la circulation

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TOP

D1

D2

D4

D5

IC3

K1

K2

K3 K5

K7 K8

RE

1R

E2

RE

3

RE

4R

E5

RE

6

C1 C2 C3

C4

C5

D6

IC1

IC2

IC4

IC5

R1

R2

R3R4

R5R

6

R7R8 R8A R8B

R9 R10

R11

R12

R13

R14

R15

R17

R18

R19

R20

R21

T1

6

de boucles de courant. La figure 6 donne l’exemple, tousles connecteurs se trouvent sur une surface de masse, lepoint en étoile se situant au niveau du régulateur, et, àpartir de là, une surface pour le µP et une surface pourl’ensemble de puissance (les relais).

(065099-1)

elektor - 6/2006

Le site Elektor - du sang neuf !

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De par l’approche adoptée « Projet par Projet » lors de la construction, le visiteur de cette nouvelle mouture du site trou-vera sur la même page, tout ce qui a trait à un projet donné : téléchargement de l’article au format .pdf, du logiciel, com-mande (platine et composants), mais aussi informations additionnelles et mises à jour.Magazine : fait apparaître le sommaire du numéro le plus récent. Un clic sur le titre concerné permet de lire le début del’article concerné.Collection : Permet de remonter le temps grâce auxarchives. Pour le moment, tous les articles depuis l’année2000 sont téléchargeables, un moteur de recherche per-mettant de travailler par année et/ou par mot-clé.Quoi de neuf sinon sur www.elektor.fr :– Un Forum lecteur – Petites Annonces Gratuites– Nouvelles vous concernant– Courriel Hebdomadaire Gratuit– FAQ– e-CHOPPE, pour tous vos achats

WWW.ELEKTOR.FR WWW.ELEKTOR.FR WWW.ELEKTOR.FR

Des raisons rédactionnelles impératives peuvent se traduire par un non-respect de cette avant-première du prochain numéro.Attention à ne pas le rater, car il devrait être en kiosque à partir du 14 juin 2006.

INFO & MARCHÉ AVANT PREMIÈRE

NUMÉRO DOUBLE 2006PLUS DE 100 MONTAGES, IDÉES, ASTUCESUn numéro à ne pas rater ce numéro double d’été devenu une tradition chez Elektor, avec plus de 100 articlesayant trait à l’électronique. Nos rédacteurs et concepteurs ont à nouveau rassemblé un grand nombre de projetsélectroniques intéressants, tels qu’applications de nouveaux circuits intégrés, montages modulaires, astuces logi-cielles et trucs facilitant le développement.

LE GAMEBOY EN CENTRAL DOMOTIQUELa solution la plus évidente, si l’on veut automatiser son environnement ou une habitation, est d’utiliser un petit auto-

mate programmable (PLC = Programmable Logic Controller). L’un des inconvénients de cette approche est que leconfort de mise en oeuvre d’un PLC est très relatif. C’est la raison du choix d’un Gameboy pour remplir cette fonction.

Il suffit de quelques platines de support pour faire d’un Gameboy le coeur d’un système de réseau (domestique) oud’un dispositif d’alarme. La programmation se fait directement sur le Gameboy par le biais d’un logiciel Windows

confortable. Nous aborderons les aspects matériel et logiciel et vous proposerons différents exemples pratiques.

QUELQUES-UNS DES PROJETS PROPOSÉS :– Testeur de servo RC– Ampli audio 200 W– Compteur Geiger-Müller– Platine de programmation pour le R8C– Contrôleur de LCD– Majordome de garage– Ampli hybride pour casque d’écoute– Adaptateur SCSI– Régulation de tonalité paraphase– R8Ckey– Clé sans fil– Émetteur FM à ampli op– Flash-esclave– Ampli de distribution phono– Mise à niveau DRM– Alarme laser– Module d’E/S I2C pour Gameboy