Mini-projet Electronique

Decryptel

Professeur responsable : Alain LE DUFF

Etudiants I1 : FRANÇOIS Sébastien BARON Julien

Projet Decryptel

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Sommaire

1. Introduction 3

2. But 3

3. Schéma fonctionnel du crypteur 3

4. Etude du décrypteur 3

1) Synoptique du décrypteur 4

5. Description 4

1) Bloc A2 : la boucle à verrouillage de phase 4

2) Bloc A3 : le filtre 6

3) Script Matlab utilisé 7

4) Bloc A1 : le multiplicateur 8

6. Modélisation du montage 9

1) Le multiplieur (bloc A1) 9

2) La boucle à verrouillage de phase (bloc A2) 10

7. Tests 11

1) Test du filtre (bloc A3) 11

2) Réponses en fréquence théorique et expérimentale 11

8. Réalisation 12

1) Schéma complet du montage 12

2) Implantation des composants 13

3) Typon 13

4) Liste des composants 14

9. Conclusion 15

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1. Introduction L’année de I1 comporte un mini-projet en électronique, le but de ce mini-projet est de concevoir un système électronique puis de réaliser un prototype et de s’assurer qu’il fonctionne correctement. Le sujet qui nous a été proposé consistait à mettre au point une maquette permettant de décrypter un signal audio (transmis, par exemple, par un téléphone). Le signal reçu est crypté par une simple inversion de spectre et comporte une fréquence pilote pour aider à sa décryption.

2. But Etude et réalisation d’un système de décryptage de signal audiofréquence téléphonique correspondant à une bande de 300Hz à 3400Hz.

3. Schéma fonctionnel du crypteur

4. Etude du décrypteur Le signal reçu en entrée est à un signal crypté, ce signal est spectralement l’inverse exact du signal d’origine. Nous procèderons par démodulation synchrone, en nous aidant d’une fréquence pilote placée dans le signal crypté. Exemple de signal :

+300 +3400 -300 -3400

S1(F)

F(Hz)

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1) Synoptique du décrypteur

Le signal S1 n’a pas besoin d’être filtré, il l’a été au niveau du dernier étage du crypteur.

5. Description

1) Bloc A2 : la boucle à verrouillage de phase Ce bloc est constitué d’une boucle à verrouillage de phase calée sur 3700Hz. Elle nous permet de reconstituer le signal pilote en phase et ce, malgré des variations de fréquence.

s1

PLL

s2

s3 s4

A2

A3

300-3400 Hz

3700 Hz

A1

+300 +3400 -300 -3400

S1(F)

F(Hz) -3700 +3700

+300 +3400 -300 -3400

S2(F)

F(Hz) -3700 +3700

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En multipliant le signal crypté par le signal pilote reconstitué, on obtient le signal crypté en doublant la fréquence du signal pilote. Ensuite, on peut récupérer le signal par simple filtrage (d’ordre suffisant pour atténuer le spectre supérieur et la fréquence pilote). Notre PLL fournissant en sortie un signal carré, on obtient les différences suivantes :

F(Hz) +3700 -3700

S3(F)

-5400 +5400

(Temporelle)

S2(F)

F(Hz) -18,5k -3,7k +3,7k -11,1k +11,1k +18,5k

Spectre de la porteuse carrée

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La multiplication du signal crypté par un carré provoque donc un étalement spectral, mais le bloc A3 effectuant un filtrage passe bande (300-3400Hz), on obtient en sortie directement le signal décrypté.

2) Bloc A3 : le filtre Filtre passe bande, constitué :

• d’un filtre passe-haut du 1er ordre coupant à 130Hz • d’un filtre passe-bas du 8ème ordre, de type Butterworth, coupant à 3720Hz.

La caractéristique de ce filtre devra respecter celle d’un filtre CCITT avis G132. Nous utiliserons un script Matlab pour calculer la valeur des différents composants normalisés à employer pour le réaliser selon une structure de type Sallen-Key. Les composants employés seront des capacités et résistances de précision, afin d’assurer une caractéristique fidèle.

S3(F)

F(Hz) -18,5k -3,7k +3,7k -11,1k +11,1k +18,5k

S4(F)

-3,72k +3,72k -130 +130

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3) Script Matlab utilisé clear all; %%RAZ %%%% Intervalle de fréquences F = [100:1:10000]; Wm = 2*pi*F; %%%% Gabarit X1 = [300 301 3000 3001 3400 3401]; Y1 = [ 30 0.5 0.5 1 1 30]; g1 = interp1(X1,Y1,F,'linear'); % interpolation linéaire pour relier les points X2 = [0 200 201 3400 3401 4600 4601 5000]; Y2 = [0 0 -0.5 -0.5 0 0 25 25]; g2 = interp1(X2,Y2,F,'linear'); % interpolation linéaire pour relier les points %%%% Filtre Passe - haut fc1 = 130; Wn1 = 2*pi*fc1; [N1,D1] = butter(2,Wn1,'high','s'); % calcule les coefficients du numérateur et du dénominateur d'un filtre % de type Butterworth passe bas en fréquence réduite %%%% Filtre Passe - bas fc2 = 3720; Wn2 = 2*pi*fc2; [N2,D2] = butter(8,Wn2,'s'); % calcule les coefficients du numérateur et du dénominateur d'un filtre % de type Butterworth passe bas en fréquence réduite %%%% Domaine fréquentiel sys1 = tf(N1,D1); % créé une fonction de transfert à partir des coefficients [module1,phase1] = bode(sys1,Wm); % calcule la réponse en fréquence, module et phase sys2 = tf(N2,D2); [module2,phase2] = bode(sys2,Wm); figure(1); plot(F,-20*log10(module2(1,:))-20*log10(module1(1,:)),'g',F,g1,'b',F,g2,'r'); hold on; axis([0 5000 -1 26]); %%%% filtre réel %%%% f = [50 80 100 125 160 200 500 1000 1540 2000 2500 3000 3500 3630 3850 4000 4170 4350 5000]'; %4545 4761 a = [-8.5 -5.5 -4.2 -3 -2.1 -1.6 -0.3 -0.05 0 0 0 -.4 -1.5 -2.2 -4 -6 -7 -10.5 -20.5]'; %-3.4 -5.7 plot(f,-a,'-om'); %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% grid xlabel('Fréquence (Hz)'); ylabel('Atténuation (dB)'); title('Filtre CCITT - avis G132 - Gabarit');

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4) Bloc A1 : le multiplicateur Le multiplicateur est l’élément principal du décrypteur. En multipliant le signal crypté par la porteuse reconstituée, on convolue le spectre du signal crypté par celui de la porteuse, on récupère ainsi le signal originel.

On peut le réaliser de différentes manières :

Multiplicateur Analogique

Avantages : On démodule en utilisant une sinusoïde sans étalement de spectre Inconvénient : Prix élevé > 40

Multiplicateur Analogique à transistors

Non réalisable en composants discrets (variation de température à compenser etc…).

Multiplexeur Analogique

Nécessite deux AOP (suiveur et inverseur) et un multiplexeur analogique pour aiguiller le signal direct ou son opposé.

Structure à AOP et FET

Cette structure nous permet simplement de multiplier le signal crypté par -1 ou +1 au rythme de la porteuse.

Nous retiendrons la structure à AOP et FET, pour sa simplicité de mise en œuvre et son faible coût. Le FET utilisé est un BF245 (canal N)

Commande du FET

bloqué saturé <-5v 0v

A0

A1

Ve

Porteuse reconstituée

Ve

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6. Modélisation du montage 1) Le multiplieur (bloc A1)

22se

R

RV

RV VV

Vse +=+=−

DS

DSe RR

RVV

+=+

−+ = VV

221 s

DS

DSe

VRR

RV =

−

+ ( ) 22

2 s

DS

DSDSe

VRR

RRRV =

+−−

RRRR

VV

DS

DS

e

s

+−=

Donc, lorsque RDS est infinie (FET bloqué), Vs/Ve = 1 et lorsque RDS est faible Vs/Ve = -1. D’après la documentation du BF245B, caractéristique de RDS

La porteuse sera reconstituée par une boucle à verrouillage de phase NE567 calée sur la fréquence de la porteuse.

Celle-ci nous fournit à sa sortie un signal carré en phase avec la porteuse du signal crypté. La sortie a un retard de /2 sur la porteuse. Il nous faut interfacer la PLL avec le FET au moyen d’un AOP inverseur avec un décalage :

Sortie de la PLL

5v 0v

Etat du FET

bloqué saturé <-5v >0v

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2) La boucle à verrouillage de phase (bloc A2) Fonctionnement de la boucle à verrouillage de phase NE567 : La PLL nous fournit en sortie (broche 8) un signal carré oscillant à la fréquence de la porteuse, à partir d’un oscillateur local de fréquence proche de la fréquence pilote. L’oscillateur intégré utilise le couple R1C1.

La documentation nous permet de déterminer leurs valeurs :

kHzCR

f 7,3*1,11

110 == avec Ω<<Ω kRk 202 1

Soit Ω= 57501R et nFC 471 = Dans la pratique, nous avons utilisé une résistance talon de 4.7k en série avec une résistance variable de 4.7k, pour permettre un réglage de la fréquence de l’oscillateur de la PLL. La résistance R2 fixe le palier de tension en entrée pour laquelle la sortie est nulle, nous utiliserons la valeur recommandée :

Ω= kR 1302 D’après la documentation de la NE567, C2 permet de fixer la bande passante dans laquelle la PLL se synchronise :

D’après la figure 4 pour 0%4 fBP = 3

20 10.16. =Cf soit µFC 7,42 = C3 est fixé à sa valeur typique :

µFCC 10*2 23 ≈=

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7. Tests 1) Test du filtre (bloc A3)

Après câblage et test individuel de chacune des cellules du filtre passe-bas du 8ème ordre, nous avons relevé à l’aide d’un décibel-mètre la réponse en fréquence du filtre complet (filtre passe-haut suivi du filtre passe-bas : F(Hz) 50 80 100 125 160 200 500 1000 1540 2000

A(dB) 8.5 5.5 4.2 3 2.1 1.6 0.3 0.05 0 0

F(Hz) 2500 3000 3500 3630 3850 4000 4170 4350 5000

A(dB) 0 0.4 1.5 2.2 4 6 7 10.5 20.5

2) Réponses en fréquence théorique et expérimentale

Légende :

Mesures expérimentales Prévisions

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8. Réalisation 1) Schéma complet du montage

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2) Implantation des composants

3) Typon

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4) Liste des composants Quantité Valeur Boitier Identifiant du composant

1 C025-025X050 C10 1 LED3MM U$2 2 1.5n E15-5 C23, C25 5 1K 0204/5 R1, R2, R3, R8, R10 1 1N4148 DO35-10 D1 1 1n E15-5 C24 1 2.2k 0204/5 R22 2 2.2n E15-5 C19, C29 1 3.3n E15-5 C20 2 4.7n E15-5 C26, C30 1 4.7u E2-5 C1 2 10k 0204/5 R5, R21 1 10u E2-5 C11 1 15n E22-6 C28 1 22k 0204/5 R12 1 47 0204/5 R11 2 47n C025-025X050 C21, C22 1 47n E2-5 C12 1 47n E22-6 C18 1 100K 0204/5 R4 7 100n C025-024X044 C3, C4, C5, C8, C9, C16, C27 4 100n C025-025X050 C2, C13, C14, C15 1 100n C050-075X075 C17 1 130k 0204/5 R7 1 1000 0204/5 R9 2 1000u E3,5-10 C6, C7 2 1580 0204/7 R15, R16 2 1780 0204/7 R13, R14 1 4700 0204/5 R6 1 7805T TO220H IC3 2 9090 0204/7 R19, R20 2 16200 0204/7 R17, R18 3 BAN BANANE_FIN U$1, U$3, U$4 1 BF245 TO92 Q1 2 CONBNC CON-BNC U$5, U$6 1 NE567N DIL08 IC2 2 TL081P DIL08 IC1, IC5 2 TL082P DIL08 IC4, IC7 1 TL084P DIL14 IC6

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9. Conclusion Au cours de ce mini projet, nous avons pu éclaircir mais aussi revoir par la pratique ce que nous avions appris en cours concernant la représentation fréquentielle d’un signal. Ce projet nous a aussi permis de mieux cerner quel pouvait être l’emploi d’une boucle à verrouillage de phase pour reconstituer une porteuse. Nous avons pu aussi acquérir des astuces de réalisation, comme pour la mise en place du multiplicateur à amplificateur opérationnel et transistor à effet de champ. La partie qui a été à nos yeux la plus importante fut la modélisation du système, d’abord dans la phase d’étude, lorsqu’à l’aide de Matlab nous avons pu calculer les valeurs des composants discrets à employer pour notre filtre, mais aussi lorsque nous avons exprimé le modèle du multiplicateur. Ce projet nous a donc intéressés par l’ensemble des domaines auquel il faisait appel. Nous regrettons cependant que la carte ne soit plus utilisable en l’absence d’un crypteur.