jeudi 31 juillet 2014

Le RGB

Vous avez vu? Dans les articles précédents je parle souvent du RGB ... et des amplis RGB.
Ok, le mot ampli, tout le monde comprend.... ça amplifie (et généralement on arrête là toute réflexion)
-- Et ça veut dire quoi "amplifier"?
-- ben on a quelque chose de petit et hop, on en fait quelque chose de gros.
-- Alors un ampli RGB ça transforme un petit RGB en gros RGB?

Une petite mise au point s'impose. Tout d'abord il faut se poser 2 questions:
Quelles sont les caractéristiques du signal à amplifier ?
Que faut il amplifier dans ce signal ?

Un signal R (ou G, ou B):
Les signaux R, G et B pouvant être acquis par une TV sont des signaux variables dans le temps (à la vitesse du balayage du faisceau d'électrons qui vient frapper l'écran), compris entre 0 et 1V au maximum (mais souvent limités à 0.7V)

Cette tension est acquise aux bornes d'une résistance de 75 Ohms.

La présence d'une composante continue sur ces signaux est éliminée à l'entrée du téléviseur (par un condensateur de liaison par exemple)



Que faut il amplifier ?
Les signaux RGB sont générés par un périphérique vidéo, situé bien loin du téléviseur. Bien entendu ils sont générés de manière à être "plus ou moins" utilisables par la TV. Il se peut qu'ils contiennent une composante continue, c'est pour cela que la TV propose un couplage AC (j'ai mis une capa de liaison symbolique sur le schéma mais en fait l'élimination de la composante continue est assurée en aval de l'acquisition aux bornes des 75R, généralement par un traitement numérique) avec ce périphérique.
Par contre, l'appareil qui génère le signal RGB possède sa propre impédance de sortie, qui n'est pas nulle devant l'impédance d'entrée de la TV (qui n'est que de 75 Ohms) Alors que l'appareil génère un signal dont la partie variable est à exploiter, la TV ne peut exploiter qu'un signal plus faible.


L'amplificateur qu'il faut placer entre les 2 sert donc à générer le courant que la TV va absorber alors qu'elle ne devrait pas, tout en conservant l'identité de la partie variable des signaux.

De plus, afin d'optimiser la puissance reçu par la charge (la TV), il convient d'adapter l'impédance de la ligne reliant l'ampli à la TV, en y plaçant une résistance égale à l'impédance d'entrée de la TV, soit 75 Ohms (attention, il ne faut pas confondre l'apport de ces 75 Ohms avec un routage d'impédance caractéristique 75 Ohms que l'on mettrai en place pour éviter les problèmes de réflexion d'onde) Dans ce cas, la tension acquise par la TV est moitié moindre que celle en sortie d'ampli. C'est pourquoi les générateurs RGB fournissent en réalité une tension 2 fois supérieures à celle nécessaire (c'est ce que j'entendais par "plus ou moins")



Le transistor bipolaire:
On rappelle qu'un transistor bipolaire, c'est un amplificateur de courant, rendu possible:
- si un débattement suffisant est laissé à la tension entre le collecteur et la base 
- si le courant à amplifier a toujours le même sens (on choisit la nature de son transistor suivant le sens du courant que l'on veut amplifier)



Entre la base et l'émetteur, le bipolaire se comporte comme une diode: peu de résistance au courant, et une chute de tension d'environ 0.6V.

Le montage à Collecteur commun:
Les montages simples à base de transistors bipolaires sont principalement des montages à émetteur commun, c'est à dire que l'émetteur est relié à un potentiel commun au reste du montage (la masse pour un NPN) Mais l'amplificateur qui nous intéresse se fait par un montage à collecteur commun, i.e. avec le collecteur relié à potentiel positif du circuit.



Sur le schéma ci-dessus, vous pouvez voir que, à la chute de tension de 0.6V près, pourvu que le transistor soit passant, alors la tension de sortie vc est égale à la tension d'entrée vb, quelque soit le courant que la charge Rs consomme.
Quel est le rapport avec la nature "amplificateur de courant" du bipolaire vue en préambule?
Si Ve augmente, alors le courant qui va passer dans la Base de l'émetteur augmente. Son amplification par un fort gain va débiter dans le collecteur, et la somme des 2 courants (quasiment égale au courant du collecteur) va débiter dans la charge. La tension aux bornes de cette charge augmente donc en conséquence, pour suivre l'augmentation de la tension d'entrée. Elle ne la suivra plus seulement si en en demande trop, et que la tension aux bornes de la charge se rapproche de la tension d'alimentation du montage (par exemple si on demande 4.5V alors que le montage est alimenté sous 5V) La tension Vce n'est plus suffisante pour assurer un fonctionnement en ampli du bipolaire. On dit que ce dernier rentre en saturation.

L'amplificateur de courant suiveur de tension:
Nous avons donc à amplifier la partie variable (< 1V) d'un signal possédant éventuellement une petite composante continue.
Si on propose directement ce signal à l'entrée du montage précédent, la tension de sortie va suivre la tension d'entrée, seulement lorsque celle-ci sera supérieure à 0.6V (condition pour que le transistor soit passant) Bref, il va falloir prier pour que la composante continue de Ve soit importante !
Ou bien, on peut créer volontairement une composante continue autour de la partie variable de Ve. Pour cela:
- on retire la composante continue initiale
- on la remplace par une partie variable maîtrisée, à l'aide d'un pont diviseur, généralement de valeur médiane à la pleine échelle permise, par exemple 2.5V pour une alimentation 5V. Ce choix permet une amplification d'une partie variable comprise entre -2V et 2V environ (cela dépend du transistor utilisé)



En sortie, nous avons une tension aux bornes de la résistance de charge égale à la partie variable qui était à amplifier, avec une composante continue de 2.5V-0.6V. Cette composante continue est généralement ôtée en sortie de montage par une capa de liaison de sortie (dans notre cas contenu en entrée de TV)
Notons bien la forte impédance de l'ampli en régime variable, conformément au schéma de spécification vu plus haut. C'est ce caractère qui assure que l'on suit bien la tension RGB génére par le périphérique, et non pas cette tension moins une chute de tension relative à l'impédance de sortie de l'appareil et à une impédance de ligne (qui aurait pu être mise volontairement à 75Ohms en prévision d'une adaptation de ligne sans ajout de cet ampli)



Cette architecture d'amplificateur (on parle parfois d'adaptateur d'impédance) est typiquement celui préconisé pour la console PC Engine. Ci-dessous une image issue du site GAMESX



J'ai décidé de ne pas utiliser ce schéma pour les raisons suivantes:
- la capa de liaison est déjà présente en entrée de TV
- selon moi la tension fournie en entrée de TV est 2 fois trop importante

Une autre arcitecture a été proposée par Sodipeng:



Quelques remarques:
- pour que les transistors soient passant (et ils le sont sinon vous n'auriez pas d'images), c'est forcément que l'on a une composante continue générée en sortie de console (ce qui est aussi le cas sur la master système)
- là aussi on a une capa de liaison en sortie, à priori inutile car présente en entrée de TV
- il va falloir qu'on m'explique à quoi ça sert de mettre une résistance de 75R sur l'émetteur du transistor (sérieusement, si quelqu'un a la réponse...) Car que l'on mette 75R ou 1K, on aura toujours la même tension en entrée de TV (et certainement 2 fois trop importante) ... la différence c'est juste que l'on consomme plus (via le collecteur)

PS: je n'ai pas ouvert le boitier Audio Video + de Sodipeng ... je n'ai pas pu vérifié ce schéma. J'ai un petit doute sur la nature de la diode 1N4148 qui ne servirait à rien. S'il m'avait fallu mettre un composant à cet endroit, j'aurais mis une diode Zener d'une dizaine de V, dont le courant, si elle est passante, serait limité par la résistance de ligne 1K. Cela permet d'assurer un niveau contrôlé à la commutation lente, alimentée par un transfo dont on ne connaît pas la tension de sortie (elle dépend souvent de la consommation)

L'ampli SEGA est quant à lui effet plutôt bien fait:
- sachant que le signal variable à amplifier est positif, la polarisation du transistor ne sert qu'à surmonter la barrière de 0.6V que représente la jonction base-émetteur (polarisation de 0.8V)
- la valeur élevée de la résistance de charge (Rs sur mes schémas) de l'ampli contribue à la forte valeur de résistance d'entrée de ce dernier
- on a bien une adaptation d'impédance entre la sortie de l'ampli et l'entrée de la TV (ou presque)
Notons tout de même l'absence de la capa de liaison en entrée d'amplificateur. Cela sous entend qu'une console SEGA n'est pas sensé présenter de composante continue (on peut imaginer une capa de liaison intégrée au générateur RGB)





Notons que beaucoup utilisent l'ampli SEGA pour leur PC Engine. Dans ce cas, si cette console propose une composante continu sur son RGB, la polarisation de 0.8V prévue par SEGA  va être dégradée.

Pour ma part, et puisque je n'ai pas trop le temps de faire des mesures sur consoles, pour un ampli RGB"générique, j'opte pour l'architecture suivante:


Vu la forte résistance d'entrée de l'ampli, la capa de liaison en entrée peut se contenter d'une faible valeur (coupure @1/RC): 100nF suffiront.
Concernant le choix du transistor, le plus important est qu'il puisse fonctionner suffisamment rapidement pour suivre les variation du signal vidéo (prendre fmax>100MHz)

Le signal de synchronisation:
Pour s'afficher correctement sur une TV, le signal RGB a besoin d'une synchronisation. Il s'agit d'impulsions (largeur de l'ordre de la µs) qui commandent le retour du faisceau d'électron sur le bord de début de balayage de l'écran. Lorsque l'image est en composite, la TV a aussi besoin de cette synchronisation, qui est alors portée par le signal composite lui même. C'est pour cela que le signal de synchronisation d'un périphérique vidéo RGB se connecte sur la broche composite de la Péritel.

Mais attention un signal de synchronisation "pur" (qui ne contient pas d'autre information) est souvent d'amplitude trop forte pour la TV (qui, en composite, traite un signal de 0.3V et peut encaisser sur cette broche un signal de 1V)

C'est pour ces raisons que l'utilisation du signal de synchronisation pur nécessite l'utilisation d'un ampli, qui n'a rien à voir avec l'ampli RGB vu précédemment (et vous aurez compris que c'est pour cette raison qu'il faut shunter cet étage lorsque l'on utilise l'adaptateur RBG SEGA pour une Megadrive japonaise qui ne fournie qu'une synvchronisation sur le signal composite)



Ici on n'est plus du tout en régime "petit signal", même si l'on garde le couplage capacitif et la polarisation nécessaire du transistor qui en découle. Cette polarisation est de 2.5V sur la Base.
Le signal de synchronisation qu'il attend en entrée doit être  proche de 5V d'amplitude (crête-crête):
- lorsqu'il est à son état haut, le transistor est saturé, et le niveau de sortie est donnée par le pont diviseur que forment les résistances sur le Collecteur et l'Emetteur (1V pour l'ampli GAMESX et 0.5V pour l'ampli SEGA)
- lorsqu'il est à son état bas, le transistor est bloqué (potentiel sur la base = 2.5V de polarisation -2.5V de variation), la sortie est à 0V

On a donc en sortie un signal
- dont la valeur moyenne importe peu car on a toujours une capa de liaison à l'entrée de la TV
- inférieur à 1V d'amplitude (préférez le dimensionnement SEGA)



Le signal de commutation lente:
Le signal de commutation lente est un signal à fournir à la TV via la prise Peritel pour lui dire "il va falloir considérer les signaux que j'envoie par la Peritel pour afficher une image"
Ces signaux ne sont pas forcément des signaux RGB. On peut très bien y acheminé un signal composite. Sur nombre de TV, ce signal composite peut être fournit sur une connectique plus simple (type RCA) en façade. Dans ce cas, il n'y a pas de moyen simple d'envoyer du 12V sur la Peritel. Les TV ont donc sur leur télécommande une touche de commutation vers un canal "AUXILIAIRE Vidéo", qui permet de forcer l'image depuis la source Peritel ou RCA en façade de TV.

Bref, le signal de commutation lente n'est pas obligatoire. On peut très bien jouer avec sa télécommande à la place (mais c'est toujours agréable de voir sa TV commuter toute seule sur ce canal AV lors de la mise sous tension de la console)

Attention, la norme relative à ce signal a évoluée avec le temps (et surtout avec l'arrivée du 16/9)
Alors qu'avant un niveau haut (proche de 12V) faisait passer la TV en mode AV, et qu'un niveau bas (proche de 0V) faisait passer la TV en mode TV, un troisième niveau, médian a fait son apparition: il fait passer la TV en mode AV 16/9. Le niveau haut a gardé sa fonction de commutation AV en 4/3: ainsi tous les anciens périphériques, conçus pour générés une image en 4/3, et qui respectaient l'ancienne norme, continuent à fonctionner sur des TV récentes.

Ci-dessous les niveaux bas, médian et haut relatifs à la commutation lente:
0V à 2V: inactif
5V à 8V: AV 16/9 sur certaines TV
9.5V à 12V: AV 4/3

"tous les anciens périphériques ...continuent à fonctionner sur des TV récentes" ... il faut comprendre "tous les périphériques qui respectaient la norme"
A l'époque des TV 4/3 il était courant de connecter directement le 5V proposé en sortie de DIN de la NEO GEO sur la commutation lente de la TV.

Çà marchouillait en effet bien sur les TV 4/3. Problème: sur une TV 16/9, ça fera commuter votre TV en 16/9 !!

Bon à savoir: l'impédance d'entrée de la TV sur cette broche n'est pas de 75Ohms, mais de 10K.

Le signal de commutation rapide:
Ce signal sert à dire à la TV "c'est les signaux RGB qu'il faut prendre en compte pour l'affichage de l'image"
Eh oui, nous verrons que le RGB a besoin d'un signal de synchronisation pour fonctionner. On présente donc à la TV un signal de synchronisation, ou bien le signal vidéo composite (qui porte la aussi la synchro) Quel que soit le signal de synchro choisi, on le présente toujours sur la même broche de la prise Péritel: celle du signal vidéo.

En l'absence du signal de commutation rapide, si l'on a choisi de synchroniser l'image par le signal composite, comment voulez vous que la TV choisisse toute seule lequel de ces 2 signaux (composite ou RGB) est à afficher ??

Bon, généralement elle choisie le RGB, mais ce n'est pas toujours le cas. Ne vous réjouissez pas trop vite que votre TV affiche l'image de votre Coregrafx importée par Sodipeng ou de votre Neo Geo et regardez bien la qualité de l'image. Est ce vraiment du RGB ou du composite ?

Les niveaux de tensions sont les suivants:
0V à 0.4V: inactif
1V à 3V: actif

Attention, l'impédance d'entrée de la TV sur cette broche est de 75Ohms. Si vous réglez ce niveau de tension via un pont diviseur (à partir du 5V régulé c'est possible ... à partir de la sortie d'un adaptateur secteur ça ne l'est pas car la valeur de cette tension dépend de ce qu'on tire dessus), il va falloir le prendre en compte.
On peut utiliser une diode Zener de 2.7V (consommation de l'ordre de la dizaine de mA), mais là aussi cette résistance de 75R est à prendre en compte dans votre dimensionnement car elle tire la cathode à la masse. Il faut donc s'assurer qu'en l'absence de cette zener, la tension au point milieu du pont diviseur formé soit supérieur à la tension de la Zener que l'on va placer (2.7V) Cela assure que cette dernière sera passante. Le dimensionnement de la résistance de pilotage est alors simple, puisque la tension à ses bornes sera de Vcc-2.7V.

Une carte RGB générique:

Attention: sur le schéma suivant la présence de R18 est une erreur, il faut shunter cette empreinte (pour utilisation de la synchro pure)

Avec tout ce qu'on a dit, on est en mesure de proposer un ampli RGB avec des composants discrets dont les principales caractéristiques sont:
- signaux d'entées = RBG avec composante continue ou pas, amplitude à vide = 1.4V
- 2 empreintes disponibles pour les capas de liaison (céramique ou chimique)
- génération du 10V pour la commutation lente et 2.7V pour la commutation rapide
- utilisation d'une synchro RGB (mise en forme le cas échéant) ou composite

Cette carte est spécialement indiquée pour la NEC PC Engine (modifiée SODIPENG ou on), la NEO GEO (mais inutile car l'ampli interne de la console suffit), la MS et la MD (mais attention, le 12V n'est pas dispo en sortie de ces consoles)

















7 commentaires:

  1. Salut et merci pour ces explications. J'ai pu fabriquer un "ampli rgb en C SYNC" pour ma core grafx2 grace a un boitier rvb 3085 de sega. Pour les signaux RGB, j'ai juste remplacer la résistance d'entrée (27 ohms) par un condensateur de 10uF. Pour le signal synchro j'ai galéré plus longtemps. d'abord j'ai enlevé la résistance qui est en parallele avec le condo d'entrée (ce qui par ailleurs est suffisant pour faire tourner une megadrive jap ou neo geo aes en CSYNC, au lieu d'utiliser le SYNC over composite video de certains tuto). Puis j'ai rajouté une résistance de 75 ohm en sortie (sur emetteur du transistor 4 du boitier). Par contre j'ai voulu faire des mesures de tension et la.... malgré un pont diviseur de tension avec 2 resistances identiques (10K) je ne trouve pas un voltage de 2.5V sur chaque résistances, et ceux bien sur avant de brancher le signal de synchro..... et la je me pose des questions sur ce fait. (j ai un signal de 1.75 V sur la base du transistor)... mais malgré cela , le bazar tourne!

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    1. tout d'abord merci de partager votre expérience. Concernant les capas en entrée d'ampli, avez vous essayé en laissant les résistances ? En effet, si l'ampli SODIPENG fonctionne, c'est que la sortie de la console intègre déjà la capa de liaison et la polarisation. Donc si j'ai le temps, et si vous ne l'avez pas déjà fait, je vais tenter un ampli sans capa de liaison. Concernant le deuxième point .... si la capa de liaison est bien dimensionnée en effet vous devriez obtenir 2.5V (qu'il y ait une polarisation en amont ou non) Avec quoi avez vous fait vos mesures ?

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    2. bonsoir, pour les résistances je les ai enlevé pour récupérer les emplacements sur le PCB. donc non je n'ai pas essayé de laisser les résistances (élimination de toutes composantes continues)
      pour l'ampli SYNC. j'ai mesuré d'abord sur le circuit en ne mettant que du 5V et une masse (donc pas de signal). En voyant les résultats au multimetre, j'ai desoudé les 4 résistances et le npn c945 pour reconstruire le circuit tout seul en alimentant avec 5V et masse, j'obtiens les memes mesures, soit:
      Vb = 1.25V
      V (resistance 1 du pont)=3.75
      vbe = 0,65V (donc passant)
      Ve (à travers r=100ohm)= 0.55V
      Vc (à travers R =820 ohm) = 4.38V
      Vce = 0.05V (donc saturation)
      le circuit ne fonctionnait pas en l'état, j'ai mis une résistance de 75 ohm à la sortie (emetteur du npn). et la plus de problème de synchro (je rappelle que j'ai enlevé la résistance de 27 ohm qui se trouve en entrée de l'ampli synchro, chose que j'ai deja faite pour faire fonctionner le boitier SEGA 3085 avec un clone de megadrive jap.
      j'espère que mes explications restent claires concernant ces voltages. je me suis connecté sur le port arrière de la core grafx2 avec des fils type dupont. j'ai remplacer le circuit "blank" du boitier par une résistance de 150 ohm (j'avais besoin de récupérer les résistances de 75 ohm). il n'y a pas de signal composite envoyé vers la péritel donc l'image qui s'affiche est obligatoirement du rgb en Composite Sync. j'ai testé avec un jeu et cela semble stable, une nette amélioration comparée au composite vidéo de base qu'offre la console. voila j'espère que cela fera avancer le shmilblik!

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    3. Je crois que sans les capa en entrée cela fonctionne, car il y a des gens qui ont utilisé cette ampli RVB SEGA, je ne pense pas qu'ils ont mis ces capa. Je les ai mis un peu en suivant votre conseil concernant les composantes continues qu'il pourrait y avoir mais vous le faite remarquer, si l'ampli SODIPENG fonctionne sans... cela veut bien dire que la PC engine peut s'en passer.

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    4. Bonsoir,
      Je m'invite sur cette discussion passionnante pour vous soumettre une enigme:
      J ai une superfamicom qui branchee au moyen d un cable officiel rgb nintendo (game cube pal) refuse categoriquement de commuter sur une tele crt b&o. Je precise a toutes fins utiles que sur la meme entree et au moyen du meme cable la commutation se fait sans probleme pour la gale cube, et avec les cables appropries idem commutation parfaite pour la pc engine et la dreamcast. Quelle est selon vous la raison de cette absence d image? Avec le meme cable sur l entree peritel 2 j obtiens une ilage composite donc je pense que le probleme vient de la superfamicom. Serait ce une tension insuffisante? Auquel cas un transistor ou capa a changer?

      Merci pour vos lumieres

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  2. Bonjour, je ne suis plus trop dans le coup ces derniers temps, et je ne me suis jamais intéressé à cette machine. Cependant j'ai lu avec attention votre message et voici qui pourrait vous mettre sur la voie:
    Quand une entrée propose 2 péritel, la n°2 n'est câblée qu'en composite. Vu que vous obtenez une image cela signifie que le signal de synchro est du type "synchro+composite"
    La différence entre une SFC et une SNES est peut être la même qu'entre une MD japonaise et une MD française (je crois bien que la signal de synchro d'une MD française est une synchro pure, et non un signal composite)

    A vérifier donc:
    - la disponibilité des signaux RGB en sortie de SFC
    - une tension d'environ 2.5V sur la broche de commutation rapide (sur une neo geo par exemple c'est du 5V qui est dispo, il faut alors rajouter une résistance en série sur la broche correspondante)

    Si j'ai le temps j'irai faire un tour sur le net pour vérifier le brochage d'une SFC.

    Vous pouvez me contacter directement par mail à eddy.foucault@gmail.com

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  3. vérification faite: seul du 5V est dispo. Donc soit vous devez utiliser un câble RGB japonais ou alors vous mettez uen résistance dans votre boitier de connexion avant la TV.
    Vous avez le câblage des version NTSC et PAL60Hz ci dessous
    http://www.metagames-eu.com/forums/oldies/je-cherche-un-vrai-cable-rgb-pour-ma-super-famicom-100178.html

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