Märklin Digital et DCC
Les protocoles en détail
(avec leurs dérivés EDiTS, Fleischmann, Roco...)
1 - Evolution de la commande à distance des trains
Les limites de la commande analogique
Hormis le cas particulier des locomotives Märklin, alimentées en courant alternatif, la totalité des modèles réduits ferroviaires actuels est alimentée
en courant continu, dont la polarité détermine le sens de déplacement du train. La valeur moyenne de la tension d'alimentation détermine quant à elle la vitesse de
rotation du moteur, et donc la vitesse de déplacement du train.
Dans les premiers systèmes d'alimentation, on faisait simplement varier la valeur efficace de la tension d'alimentation, soit par déplacement d'un doigt sur le bobinage
secondaire d'un transformateur, soit par insertion d'une résistance (rhéostat) en série avec le moteur.
L'alimentation à tension redressée variable ne pose pas de rééls problèmes en elle-même,
mais des problèmes corollaires surviennent (linéarité de la commande, manque de sensibilité à faible vitesse, chutes de tension dans les voies, etc..)
Les alimentations électroniques ont permis de résoudre la majorité de ces problèmes, le plus souvent par utilisation de courants pulsés.
Il est même possible de commander l'éclairage d'un train indépendamment de sa vitesse de déplacement (soit par superposition d'une onde HF au courant continu, soit par utilisation d'une onde carrée à rapport cyclique variable).
Toutes ces solutions, quel que soit leur degré de raffinement, posent le même problème : ce qu'on alimente, c'est LA VOIE, et non pas LE TRAIN. Comme il est impossible de diriger le courant produit par l'alimentation vers
un train en particulier, tous les trains situés sur le même tronçon de voie reçoivent la même alimentation, et donc, se comportent de la même façon.
JOUEFMATIC : un premier pas vers l'indépendance du matériel roulant
Dans le courant des années 1970, le constructeur Français JOUEF a mis sur le marché un système révolutionnaire : le JOUEFMATIC. Pour la première fois, il devenait
possible de commander plusieurs trains situés sur la même voie, indépendamment les uns des autres.
Dans le système JOUEFMATIC, les voies sont alimentées en courant alternatif 14V 50Hz (ce que l'on appelle couramment 'la tension pour accessoires').
Par définition, il n'est donc pas possible de placer sur la même voie des trains équipés JOUEFMATIC, avec des trains non équipés, faute de quoi les moteurs de ces derniers
sont détruits à brêve échéance par le courant alternatif.
Comment fonctionne JOUEFMATIC ?
Le principe de base consiste à ajouter sur l'onde sinusoïdale 50Hz une rafale HF très brêve. Dans les récepteurs montés sur les locomotives, on trouve un circuit
oscillant LC qui est capable, comme un récepteur de radio, de capter ce signal HF, pour peu qu'il ait une fréquence bien particulière définie par le réglage de ce fameux circuit LC.
Ce principe est d'ailleurs ni plus, ni moins, celui qui était utilisé sur les premiers récepteurs de radio PO/GO.
Comme un récepteur JOUEFMATIC ne peut détecter qu'une seule fréquence (celle sur laquelle il est réglé par construction), on peut envoyer dans la voie autant de signaux HF qu'on le désire (f1, f2, f3, f4...) : le récepteur
réglé pour détecter la fréquence f1 ignore superbement toutes les autres !!!
Dans l'absolu, il existe toutefois un certain nombre de restrictions qui limitent le nombre de fréquences présentes simultanément sur le circuit de voie (problèmes des harmoniques et de la largeur de bande des filtres)
Dans les récepteurs JOUEFMATIC, l'étage de puissance chargé d'alimenter le moteur utilise le même principe que celui des BB15000, à la seule différence que les thyristors utilisés par JOUEF
sont limités à 1 ou 2 ampères, alors que les thyristors des BB15000 sont capables de supporter 1800 ampères...
En choisissant le moment où on enclenche les thyristors par rapport au début de l'onde secteur, on peut régler à volonté la valeur moyenne de la tension appliquée au moteur, et donc sa vitesse de rotation.
Les émetteurs JOUEFMATIC 'jouaient' donc sur ce que l'on appelle l'angle d'amorçage, pour piloter à distance les thyristors des redresseurs.
Märklin Digital : de la porte de garage au modélisme...
Développé en Allemagne à la fin des années 1980, le système Märklin Digital est à l'origine un joyeux bricolage, mis au point par un électronicien génial de la firme allemande.
En lisant la notice d'un composant fabriqué par MOTOROLA (le MC145026), et destiné à l'origine à la fabrication de télécommandes de systèmes comme les portes de garage, cet ingénieur a
eu l'idée de transmettre les impulsions non plus par infra-rouge ou ondes hertziennes, comme MOTOROLA
le préconisait, mais par les rails...
Le fait d'utiliser les rails comme média de transmission a permis de résoudre en outre le problème de la puissance pour alimenter les moteurs, et ce dans les deux sens de marche du train.
Au lieu de transmettre simplement des impulsions électriques unipolaires, on envoie un courant alternatif de forme carrée, avec un courant suffisant pour être utilisé pour alimenter l'étage de puissance du décodeur
installé dans la locomotive.
Ce courant alternatif est redressé localement dans le décodeur, pour fournir d'une part la tension d'alimentation du circuit décodeur, d'autre part un onduleur (moteurs AC) ou un pont hacheur (moteurs DC) pour alimenter le
moteur sous tension variable.
DCC NMRA : quand les américains n'en font qu'à leur tête
Märklin a toujours fait des efforts louables pour rendre son protocole public. De plus, cette société n'a jamais demandé le moindre centime de royalties à quiconque intégrait son protocole (y compris celui de
2° génération) dans ses propres produits.
On aurait donc pu espérer que ce protocole, malgré ses défauts, se serait imposé au niveau européen. Mais c'était sans compter avec nos amis modélistes d'outre-Atlantique, qui avait (comme d'habitude...) leur point
de vue sur la question.
La toute-puissante NMRA (association des modélistes ferroviaires américains) se pencha alors sur un protocole développé par LENZ (ex-collaborateur de Märklin), proposé entretemps à Flesichmann et Roco. Ce
protocole, totalement différent de celui de Märklin (et donc incompatible), fut adopté en 1994 sous le nom de DCC (Digital Command Control).
Il est vrai que le protocole DCC permet d'accéder à des fonctions nettement plus nombreuses que les décodeurs Märklin. Afin de supporter ce protocole, les décodeurs DCC doivent impérativement être construits
autour de microprocesseurs (plus précisément des microcontrôleurs).
Résultat des courses : il existe dorénavant deux protocoles largement répandus (plus d'innombrables variations plus ou moins compatibles), sur le marché européen.
Une petite comparaison rapide
Le tableau qui suit permet de connaître d'un simple coup d'oeil les caractéristiques de chaque type de télécommande numérique.
Plus plus de détails (techniques ou non), reportez-vous aux pages qui suivent.
(Le JOUEFMATIC a été inclus dans ce tableau unqiuement par nostalgie...)
Protocole JOUEFMATIC Märklin 1° génération
(alias format MOTOROLA)Märklin 2° génération EDiTS Pro DCC / NMRA
Promoteur JOUEF Märklin Märklin ELEKTOR LENZ / NMRA
Type Analogique Numérique Numérique Numérique Numérique
Courant porteur Sinusoïdal 14V 50Hz Carré assymétrique 18..22V 38kHz
(76 kHz pour les appareils de voie)Carré assymétrique 18..22V 38 KHz Carré assymétrique 18..22V 38 kHz Carré symétrique 18..22V 8,6kHz/4,3kHz
Nombre de décodeurs
supportés12 80 80 79/80
(249 avec logiciel V1.2)99
(+décodeurs spécifiques)
Commande des appareils de voie Impossible 316 moteurs d'aiguille 316 moteurs d'aiguille 316 moteurs d'auguille Pas directement
Nombre de vitesses possibles Illimité 14 14/15
(selon décodeur)14/15
(selon décodeur)14/28/126
(selon décodeur)
Direction absolue Oui Non Oui Oui Oui
Détection d'erreur de transmission Non Par répétition du message Par répétition du message Par répétition du message Par code de contrôle
Compatible avec Rien ! EDiTS EDiTS Pro
Märklin 1° générationEDiTS
Märklin 1° et 2° générationTout système NMRA
Fonctions spécifiques par décodeur Non 1 commande par direction 1 commande par direction
+ 4 fonctions auxiliaires1 commande selon direction
+ 4 fonctions auxiliaires1 fonction auxiliaire en 'BASIC'
9 fonctions auxiliaires en 'EXTENDED'
Arrêt d'urgence général
(hors coupure puissance)Non Non Non Non Oui
Le protocole MOTOROLA (ou protocole Märklin de 1° génération) en détail
Le protocole Märklin de 2° génération en détail
Le protocole DCC (ou protocole LENZ) en détail
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