Transcript Filtre ADSL (TPe) - Physique en Sup IV

PCSI - Lycée Carnot
Etude d’un filtre ADSL
ETUDE D’UN FILTRE ADSL
I Présentation
Le terme ADSL signifie Asymmetric Digital Subscriber Line, ce que l’on peut traduire par ligne numérique à débit asymétrique.
C’est une technique de communication permettant de faire coexister sur une ligne (fils de cuivre) les communications téléphoniques
(PSTN) et les flux de données numériques.
Comme son nom l’indique, le débit montant (upstream) est plus faible que le débit descendant (downstream).
Avec cette technologie, la propagation des signaux sur la ligne est divisée en trois bandes de fréquences come suit :
* voix : 0 à 4 kHz (on rappelle que les fréquences audibles se situent entre 20 Hz et 20 kHz environ),
* trafic montant : 25 kHz à 140 kHz environ,
* trafic descendant : 140 kHz à 1,1 MHz (ou 2,2 MHz pour l’ADSL2+) environ.
Le filtre gigogne ADSL est placé sur chaque prise téléphonique et permet de séparer les communications téléphoniques vocales du
flux de données destiné au modem.
II Diagramme de Bode
1) Filtre à vide
Le diagramme obtenu est le suivant (courbe de gain uniquement) :
10,00 1,00 1 Gain 0,1 10 0,10 0,01 f (kHz) Quelle est la nature de ce filtre ? Quel phénomène se produit un peu en dessous de 10 kHz ?
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Etude d’un filtre ADSL
2) Filtre chargé
On désire maintenant obtenir expérimentalement la réponse fréquentielle de ce filtre, donc tracer le courbe de gain du
diagramme de Bode, lorsqu’il est chargé avec une résistance de 600 Ω, ordre de grandeur de la résistance interne d’un
téléphone.
On dispose pour cela d’un GBF et d’une carte d’acquisition reliée à un ordinateur.
Compte tenu de l’absence de point commun entre l’entrée et la sortie
(schéma ci-contre), on utilisera la carte en mode différentiel pour éviter un
"problème de masse" : le signal d’entrée sera obtenu en faisant la
différence des potentiels EA1 – EA5 (avec EA5 à la masse) et le signal de
sortie par EA0 – EA4. On adaptera la durée totale d’acquisition à la
fréquence des signaux, ainsi que le calibre des voies à leur amplitude.
Comparer avec la courbe précédente (mesures jusqu’à ≈ 30 kHz).
Déterminer graphiquement la fréquence de coupure ainsi que l’atténuation en haute fréquence (pente de l’asymptote). Quel est
l’ordre de ce filtre ?
Les caractéristiques de ce filtre sont-elles compatibles avec l’utilisation qui en est faite (voir I) ?
III Filtrage
* On cherche à vérifier que le filtre réalise bien la séparation souhaitée entre les fréquences vocales et celles du flux de données.
On réalise le montage ci-dessous :
10 kΩ
EA1 – EA5 (avec EA5 à la masse)
GBF
Filtre
EA0 – EA4
SA1
ADSL
10 kΩ
Le dispositif en amont du filtre (à vide) est destiné à superposer un signal sinusoïdal de basse fréquence (100 Hz) fourni par la
sortie analogique SA1 de la carte d’acquisition à un autre signal sinusoïdal de plus haute fréquence (30 kHz) délivré par un GBF
(les deux résistors de résistances de fortes valeurs sont indispensables afin que les deux générateurs ne se court-circuitent
mutuellement).
Les masses du GBF placé en amont du filtre et de la carte d’acquisition seront reliées. Pour la même raison que précédemment (II),
cette dernière sera utilisée en mode différentiel.
Observer à l’aide du logiciel Synchronie les signaux entrant (EA1 – EA5) et sortant (EA0 – EA4) du filtre ainsi que leurs
décompositions en série de Fourier. Réalise-t-on l’opération souhaitée ?
Remarque :
On peut constater une réplication du spectre. En plus du spectre correct, se trouve superposé son symétrique par rapport à fe/2,
où fe est la fréquence d’échantillonnage de la carte d’acquisition. On dit qu’il y a repliement du spectre. On utilise parfois un
filtre anti-repliement par remédier à ce problème.
* On charge maintenant le filtre avec une résistance de 600 Ω et on lui applique un simple créneau de fréquence 9 kHz.
Observer à l’aide du logiciel Synchronie les signaux entrant et sortant du filtre ainsi que leurs décompositions en série de Fourier.
Commenter l’action du filtre sur le signal appliqué.
III Obtention de la courbe de gain du diagramme de Bode du filtre non chargé (facultatif, une fois tout le reste effectué)
On utilise cette fois-ci un GBF et un oscilloscope couplé à une sonde différentielle.
Cette dernière contenant des amplificateurs opérationnels, il est nécessaire de la connecter à l’alimentation continue ± 15V (à l’aide
d’une connectique particulière XLR) avant de lui appliquer les signaux. En outre, afin de disposer d’une bande passante suffisante,
on réduira son amplification (k = 1/50). Enfin, l’oscilloscope sera utilisé en mode AC afin de couper d’éventuelles composantes
continues susceptibles de fausser les mesures.
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