mercredi 23 janvier 2013

Photos

Quelques photos commentées... ou pas.




L'intérieur avant le câblage. Les deux perçage et les petits potentiomètres sont prévu pour deux pins inverseurs, connectés avec des jack 3.5mm. Lorsque j'ai étudié les modifications de Graham Hinton au moment de décider de les implémenter ou non, j'ai interprété l'explication sur les pins inverseur comme pouvant passer du signal positif au négatif grâce au pot. D'où les +/- de la sérigraphie. Cela sera un bon défi de réaliser un circuit qui agit ainsi.


Les supports des panneaux sont des barres alu carrées 1.5mm. Les perçages sont taraudés sur les côtés et dessus. C'est une solution un peu lourde dans tous les sens du terme, mais je n'ai pas trouvé d'équerres adaptés et non pré-percés, ni assez épais pour réaliser un pas de vis stable.










Pour le support des pins, j'ai utilisé un morceau d'une chute du matériau de la surface de la matrice Ghielmetti (une sorte de bois, ou aggloméré, très dense et dur), que j'ai percé et usiné. Deux pièces sont montées à la verticale avec une mousse synthétique pour que le pin tienne en place. J'ai simplement taraudé deux perçage et utilisé les vis de fixation du tout sur le panneau.
Le diamètre du manchon noir avant les connecteurs est de 3.1mm. On trouve facilement des forets de 3.2 ou 3.3mm (pour les perçage en vue d'un taraudage M4). Un investissement qui en vaut la peine, car la tenue est ainsi bien assurée.





Le montage des résistances sur les pins Ghielmetti est assez facile, il suffit d'être un minimum précis: la résistance ne doit pas excéder 7mm (taille standard des 1/4 de watt), et le fil doit être plié très près du corps (ce qui idéalement n'est pas recommandé car la sollicitation mécanique pourrait l'endommager). Le fil allant directement du corps au tube central est idéal à 5mm, l'autre le dépasse de 2.5mm. Il faut veiller à ce que la soudure pénètre et prenne bien à l'intérieure du tube central, il m'est arrivé d'en voir une se casser. Le capuchon doit être collé (non, ce n'est pas un pas de vis, et il ne se clip pas). J'ai utilisé une colle plastique rapide. C'est là tout le problème si on achète des pins déjà montés: il est très délicat de retirer le capuchon sans l’abîmer. J'y suis parvenu sans trop de dégâts sur une série d'occasion avec deux pinces et un chiffon, en serrant un peu pour les décoller, puis en tournant.
Les résistances sont des 2K7 métal 0.1%. La précision en soi n'a pas grande importance, c'est surtout pour obtenir le même résultat sur un patch en échangeant les pins au moment de le refaire.

D'autres images à venir sur ce post...

jeudi 17 janvier 2013

Joystick

Le joystick d'origine est pratiquement introuvable. Il existe de nombreux modèles qui peuvent faire l'affaire. C'est souvent ce no-name chinois (modèle 4SJ200-0A-M4-S) qui est utilisé, car il est bon marché et dans le cas d'un remplacement, il est parfaitement adapté à l'ouverture de l'original. On peut toutefois déplorer qu'il ne soit pas aussi robuste et bien conçu que celui utilisé par EMS, mais il fonctionne.
Le problème de cette adaptation se situe plutôt au niveau des impédances.

valeur des potentiomètres et spécifications

Les potentiomètre originaux sont marqués 10K et les spécifications donnent des tensions de sorties de +/-1.5V ou +/-2V selon le modèle (je crois que le MKII et l'AKS sont en 1.5V).
Seulement voilà, les potentiomètres originaux ne sont pas utilisés dans leur pleine course, mais seulement à 33% de celle-ci (cela reste à vérifier, c'est plus une déduction de mes calculs). On peut bien sûr trouver des joysticks n'utilisant qu'une partie de la course, y compris pour le modèle cité plus haut (à voir s'il existe effectivement, parfois ils n'existent que sur le papier et doivent être commandés chez le fabriquant en très grande quantité. C'est le cas pour la version sans ressorts de centrage: le même modèle en NS (no spring), n'existe pas à la vente. Il est toutefois très facile de les retirer).

problématique


Calculons un diviseur simple de tension, à partir de la propotionalité des trois résistances pour obtenir +/-2V aux bornes du potentiomètre:


10V/21V = R1/Rtot
4V/21V = 10K/Rtot
7V/21V = R2/Rtot

on obtient:
  • R1 = 25K
  • Rpot = 10K
  • R2 = 17.5K
On mesure bien les tensions souhaitées, mais à présent connectons la sortie du potentiomètre du joystick au potentiomètre Range de 5K (relevé sur les AKS que j'ai eu entre les mains): la tension chute à +55mV et -6mV, en toute logique. On le déduit grâce à thévenin :

Rth =  R1 || Rpot+R2  (|| : en parallèle avec...)
1/R1 + 1/R2 = 1/Rth

puis le théorème du diviseur de tension donne pour +2V:

Vout = ( Rrange / Rrange+Rth ) · Vth = 5K/13.1K · 2V = 0.552V

Si l'on ajoute à cela que les impédances d'entrée des modules sont de ne sont que de 10K, le résultat est catastrophique.

Si l'original n'utilise effectivement que 3.3K des 10K du potentiomètre, nous pouvons compter sur une tension de thévenin de +/-3V, qui chutera à 2V en attaquant le potentiomètre range. L'impédance totale de tout le circuit du joystick n'excède alors pas 1.6K, ce qui, bien que ne pouvant pas être considéré comme soutenu, devait être un bon compromis pour EMS à l'époque.

On pourrait calculer R1 et R2 de façon à ce que la chute de Vth nous donne les bonnes tensions Vout, mais au-delà de la complexité du calcul (voir plus bas), cela ne réglerait pas le problème de haute impédance: pour obtenir des tensions supérieures, R1 et R2 seraient inférieures à celle du diviseur ci-dessus, mais la résistance totale serait toujours au-delà de 1.6K, ce qui n'est déjà pas brillant.

première solution

On utilisera donc un suiveur de tension simple, ou "buffer", à partir d'un Ampli OP. Le TL082 ou TL072 sont de bon choix, ce sont des doubles AOP à entrées JFET, donc à très haute impédance. La tension de sortie est égale à celle d'entrée (Gain=1), mais avec une impédance très basse, de quelques ohms seulement, parfait pour attaquer un ou même plusieurs modules sans chute de tension.

Celui-ci sera inséré entre la sortie du joystick et le range.

deuxième solution

Si le range  est au maximum, toute la tension attaque les modules, mais si celui-ci est à mi-course, nous avons à nouveau une chute, car l'impédance monte à 1.25K. Ça n'est pas dramatique en comparaison du circuit original, mais on peut vouloir l'éviter tout de même. On peut également vouloir éviter les aller-retours de fils vers la matrice si on y place les buffers.

Calculons donc R1 et R2 pour Vout = +/-2V, puis plaçons le buffer à la sortie du range. J'ai procédé comme suit:
  1. utiliser deux modèles simples de diviseurs (deuxième figure), et tracer la courbe de toutes les possibilités de valeurs de R1 et R2 tel que Rout = 2V, puis pour Rout = -2V
  2. adapter cette deuxième courbe de façon à ce qu'elle corresponde à la première
  3. utiliser les valeurs de R1 et R2 aux croisement des courbes
1.
Ecrivons une formule qui nous donne Vout = 2V:

Vo = (Rrange / (R1||R2)+ Rrange) · Vth
Vth = ((R2 / R1+R2) · Vabsolu) -9V         (V absolu = 21V)

Si l'on assemble les deux formules:

Vo = (Rrange / (R1||R2)+Rrange) · ((R2 / R1+R2) · Vabsolu)̣̣ -9V
ou:
2V = (5K / (R1||R2)+5K) · ((R2 / R1+R2) · 21V) -9V

Isolons R1. Il vient:

R1 = 25000R2 / 27500+R2

De la même façon, R1 et R2 pour -2V donne:

R1 = -35000R2 / R2-17500

J'ai utilisé Grace pour tracer les courbes, mais n'importe quel logiciel similaire fera l'affaire, pour autant que l'on puisse lire les valeurs intermédiaires, avec le pointeur par exemple.

2.
Réintroduisons le potentiomètre dans notre raisonnement:
La première courbe est en fait R2+Rpot en fonction de R1, et la deuxième R2 en fonction de R1+Rpot. Adaptons cette dernière et retraçons une courbe avec les nouvelles valeurs:
R2+Rpot et R1-Rpot

3. On peut maintenant relever les valeurs, et soustraire 10K à R2. J'ai obtenu:
R1 = 6214K
R2 = 9272K
Pour obtenir ces valeurs pratiquement, il faudra utiliser deux résistances en parallèle ou en série, selon ce qui est le plus arrangeant (on peut facilement faire chuter précisément une résistance de valeur pratique à peine supérieure à la valeur requise avec une résistance en parallèle de grande valeur. La précision se fera grâce au défaut de la plus petite dû à la tolérance).
J'ai du répéter le point 2. car un des potentiomètre du joystick n'était que de 8.8K.
J'ai fait le montage sur une plaquette d'expérimentation, que j'ai fixé sur le joystick à l'aide de l'une de ses vis. Je mesure ainsi +/-1.97V à la sortie vers la matrice. L'erreur provient sans doute de la tolérance des potentiomètres, des imprécisions de décimales dans les calculs et de la tolérance lors de la mesure des résistances. Mais l'important est surtout d'avoir une tension stable pour attaquer les modules, ce qui est parfaitement le cas.


mardi 8 janvier 2013

Câblage

Le câblage n'est pas des plus compliqués, pour autant que l'on procède méthodiquement et minutieusement, et que la conception en amont permette de le réaliser de façon cohérente.

Choix des fils

Voici les types de fils que j'ai utilisés:
  • alimentations: Pour les lignes souples alimentant les PCBs et les panneaux, du fil multibrins 0.5mm2, très souple (mais semble malheureusement épuisé). Pour les lignes sur les panneaux, du fil plein Kabeltronik 0.8mmØ.
  • fils de liaisons: pour toutes les liaisons simples non-blindées, le même Kabeltronik en 0.5mmØ.
  • blindés: du fil simple Sterner 0.14mm2 ou du double selon les modules. Il présente l'avantage d'être assez souple et la gaine est de petit diamètre (2.4mmØ pour le simple, 3.8mmØ pour le double).
  • Pour les passages entre les deux parties,
    une lame de laiton munie de
    mousse synthétique serre les fils
  • passage entre les deux parties: pour passer de la valise au couvercle, j'ai utilisé quelques blindés 2X (ci-dessus), et des nappes. Pour le fil simple une nappe Sterner 8X, et une nappe blindée BKL à quatre gaines.
On peut débattre longtemps de l'utilisation de tel ou tel autre matériel, fil unique ou multibrins... J'ai opté pour les fils pleins plus par défaut pour une erreur de commande que par choix délibéré, mais sans regrets. Je n'ai pas trouvé de blindés plus fins, comme ceux de l'original ou vus sur d'autres machines (j'avais récupéré il y a longtemps quelques torons d'une copie de Farfisa qui partait à la casse. Ils m'ont souvent servi).  Il y a peut-être le Mogami, assez onéreux, mais je ne l'ai découvert qu'après coup. Les fils de 2-3mm de diamètre de gaine, bien que raisonnablement fins, sont assez difficile à tirer proprement parfois, surtout pour les parties plus exiguës comme la matrice.


Préparation, quelques marquages pour les
alimentations

 

Câblage


Tous les fils ont été marqué à l'aide de gaine thérmo, numéro de board et de ligne correspondants à l'original.

Alimentations
 J'ai commencé par les alimentations, +12V en rouge, -9V en bleu, masse en noir. Le fil rigide à une bonne tenue et aide ainsi à tracer des chemins propres et clairs, auxquels il sera facile d'ajouter les fils plus fins/souples.

J'ai privilégié le câblage en étoile: des lignes séparées partent de la carte d'alimentation pour attaquer chaque modules et les panneaux haut et bas. Là aussi, les lignes arrivent en un point puis sont distribuées en évitant au maximum le câblage en série. Il s'agit tout de même d'un compromis, car on ne peut placer plus de trois ou quatre fils sur une même borne de potentiomètre.

Signaux et contrôles
Tout devient vite confus, d'autant qu'il est difficile d'arranger et de fixer les fils provisoirement. Il faut donc veiller en avançant à les faire passer en respectant la "maille" (dessus - dessous) pour ne pas avoir de surprise par la suite.
Les fils sont ensuite rassemblés en torons à l'aide de brides nylon. J'ai également utilisé quelques supports autocollants pour torons de ce type.




 



Masse
Celle de chaque carte passe ensuite au connecteur D-SUB, puis aux blindages par un fil étamé soudé sur le PCB. Pour l'instant, aucune n'est reliée à un rail en plus sur les panneaux. De même, tous les blindés arrivant à la matrice ne sont pas connectés entre eux. Les parties métallique de l'appareil se sont reliées qu'à la terre. Notez que l'anodisation des panneaux isole suffisamment la surface pour que le voltmètre indique une résistance infinie lorsqu'on y applique les pointes, donc à ne pas utiliser comme vecteur de masse. Du coup, aucun élément du panneau n'y est relié électriquement, comme par exemple les jacks.


le résultat peut sembler chaotique à mesure que
l'on ajoute des lignes
assez propre au final

Alternatives

Je mentionne ici tout de même quelques choix à faire, et les solutions que je n'ai pas retenues.
Les slots (carte enfichable)
Comme sur l'original. Au moment de concevoir les PCB, je n'avais pas trouvé les slots originaux, relativement obsolète, ni un nombre de pistes qui me convenait (canaux supplémentaires pour les mods). Mais ça reste un bon choix: la carte est facilement amovible, pas de connecteur à souder sur celle-ci...
Les D-SUB
Assez solides, facilement enfichable également. Il faut toutefois prévoir une platine pour la base d'accueil.
Les connecteurs simples
De type Molex par exemple. Ils sont utilisés pour de nombreux projets (voir les liens ci-contre). De nombre de lignes variable, ils permettent d'avoir un connecteur par module ou par chemin de câble. Il existe également des modèles de connexion de PCB. On peut même connecter les éléments des panneaux (pots, switches) grâce à ce genre de plaquettes.
Il peut toutefois être fastidieux et extrêmement délicat de fixer les cosses sur les fils, puis sur les connecteurs. Des outils dédiés existent, mais coûtent en général démesurément cher.
Pour ma part, je n'en ai utilisé que pour les lignes d'alimentations des cartes, des Molex MicroFit 3 pôles.
Torons à la façon EMS
Le résultat est très joli. Sans autres commentaires...

mardi 20 novembre 2012

Panneaux

Cette dernière période a été consacrée aux panneaux.
Il y a de nombreux choix à faire pour une telle réalisation en pièce unique: un panneau professionnel réalisé pour un appareil généralement construit en série passe par les diverses étapes de conception graphique, perçage et découpage à la chaîne (aujourd'hui souvent au laser), anodisation, sérigraphie...
Toutes ces étapes sont extrêmement onéreuses lorsqu'elle sont réalisées pour de très petites quantités: le temps passé sur le design et l'ingénierie (diamètres de perçages pour les éléments, découpes), la programmation des machines, la réalisation des cadres de sérigraphie. C'est pourquoi peu des ces méthodes sont accessibles aux diyourselfers.
Il existe cependant de nombreuses alternatives abordables tant en coût qu'en savoir-faire et en équipement, mais il s'agit de bien trier.
On peut percer relativement proprement un trou de 10-20mm avec une simple perceuse et un foret approprié, mais ça devient compliqué pour une ouverture rectangulaire ou d'une forme complexe. J'avais fait quelques tentatives sur d'autres projets avec une fraiseuse à main de modélisme et quelques accessoire de guidage, mais je n'ai jamais obtenu un résultat satisfaisant. De même pour des trous de 15mm, avec une mèche conique ou une mèche-cloche: le résultat n'équivaut jamais celui d'une fraiseuse à plateau.
La "sérigraphie" aussi est délicate, et il s'agit de bien trier toutes les méthodes que l'on trouve sur internet: décalque, transfert au fer à repasser (même méthode que pour le marquage des PCB de ce même projet), papier autocollant, etc. Si certaines solutions donnent un résultat plus fin, le dessin ne tient souvent pas les années.

J'aurais pu avoir accès à un atelier de mécanique par une connaissance, mais un accompagnement aurait été nécessaire, ce qui signifie pas mal de temps pris de mon côté comme du sien. De même pour la sérigraphie, puisque je connais quelques ateliers, mais encore une fois, c'est un métier et on en acquiert pas la maîtrise au premier passage de racle.

C'est pourquoi j'ai opté pour Schaeffer, bien connu du monde du DIY, qui offre un service d'usinage et de gravure colorées d'éléments graphiques ou d'impression par anodisation sur faces avant.

dessin

De nombreuses soirées de travail derrière l'ordinateur. J'ai utilisé Inkscape, un excellent logiciel libre de dessin vectoriel. Il offre de nombreux outils de dessin et surtout de placement, d'alignement et de transformation, à l'aide de grilles et de magnétisme des objets, pour un résultat extrêmement précis, ce qui est de rigueur pour ne pas se retrouver avec de mauvaises surprises. Cependant, il ne fait pas tout, et la conception d'un panneau donne beaucoup de fil à retordre.

Chaque élément a ses propres diamètre et/ou forme de perçage, le marquage de sa fonction, et ne doit pas se chevaucher avec d'autres éléments à ses abords, y compris dessous (je n'aurais pas pu mettre la matrice au-dessous du transfo, ce qui de toute manière aurait été une mauvaise idée). Pour cela, chaque élément relativement récent possède (normalement) sa propre fiche de donnée (datasheet), avec ses caractéristiques électriques/électroniques, son comportement dans différent milieux, et, peut on espérer, ses principales dimensions. Toutes ne sont pas bien renseignées, il faut donc parfois les mesurer (et donc déjà les posséder, ce qui pose problème en cas de conception avant commande, et ce qui contraint parfois au choix d'un composant mieux documenté): par exemple, je n'ai pas trouvé les distances entre les passages de vis de fixation de la matrice Ghielmetti, j'ai donc du jouer du calibre à plusieurs reprises, c'est également le cas du galvanomètre Shinohara (je peux vous transmettre ces deux fichiers désormais, écrivez-moi). Beaucoup de cotes sont renseignées en inch, selon la provenance de l'élément. Il faut alors convertir (ou changer le système de mesure de l'élément Inkscape).
Ce dessin donnera deux documents:  un plan de perçage, et un dessin de la sérigraphie, chacun épuré du superflu.

Une fois le plan de perçage réalisé, il faut encore le transférer sur le logiciel Front Panel Designer de Schaeffer. S'il est limité du côté du dessin, il n'en reste pas moins un excellent logiciel dédié, parfaitement stable et fonctionnel également sous Linux. Il accepte le format DXF, dans lequel on peut facilement exporter un projet Inkscape, que l'on importe en tant que "contour libre" dans FPD. On transformera ensuite chaque perçage en objet standard, cela réduit le coût.

Et voici donc les panneaux, fraîchement arrivés:

panneau bas

panneau haut