Electronics I
Résumé
Les concepts de base permettant de comprendre, d'analyser et de concevoir les circuits à base d'AmpliOp, dédiés à l'acquisition et conditionnement des signaux analogiques sont traités en théorie et pratique. Cela englobe l'amplification, le filtrage, la conversion A/N et les générateurs de signaux.
Contenu
Le cours intègre d'une manière cohérente trois canaux d'apprentissage que sont la théorie, la simulation et l'expérience pour traiter le programme suivant:
Introduction: du signal analogique au traitement numérique
- Description d'une chaîne d'acquisition et traitement générique (interface capteur, amplification, filtrage, conversion analogique-numérique).
- Applications: Capteur dans le contexte de l'IoT (toujours plus de data provenant de toujours plus de capteurs). Wearable for health monitoring. Exemple 1: interface de capteur de HR pour wearables. Exemple 2: récepteur radio.
Concepts de base
- Circuits linéaires et leur mise en équation (Rappel).
- Analyse temporelle et fréquentielle, digramme de Bode.
- Bruit électronique (introduction).
Amplificateur (AO + R)
- L'amplificateur opérationnel (AO) (description fonctionnel à haut niveau sans rentrer dans le détail de son implémentation).
- Modèle idéal et notion de terre virtuelle.
- Gains en mode différentiel et en mode commun.
- Fonction de transfert en boucle ouverte.
- Imperfections (gain fini, largeur de bande finie, non-linéarité et distorsion, offset, bruit).
Principe de la contre réaction appliquée aux AO
- Amplificateur de tension: montage inverseur et non inverseur.
- Concept plus général.
- Impact de la contre réaction sur la distorsion et le bruit.
- Fonction de transfert en boucle fermée.
- Réponse indicielle (temps d'établissement, slew-rate).
- Exemple de l'amplificateur d'instrumentation.
Filtres analogiques (basé sur les AO : AO + R + C)
- Les différents types de filtres.
- Filtres RC-actifs
AO en réaction positive
- Comparateurs
- Bascules
- Oscillateurs et Générateurs de signaux.
Introduction aux Convertisseurs Analogique/Numérique et Numérique/Analogique:
- Echantillonnage, Quantification et Codage
- Architectures de base : Flash, SAR, Sigma-Delta (description au niveau avec AO)
Systèmes électroniques: Notions de base
- Exemples d'architectures (capteur, ECG, système de communication)
- Spécifications fondamentales: Linéarité, Bruit, Sensibilité et gamme dynamique
- Cas Pratique: Electrocardiographe optique et électrique (Différents scénarios d'implémentation pour différents compromise)
Mots-clés
Electronique, Amplificateur opérationel, contre réaction, Fonctions électroniques linéaires, Diagramme de Bode, Bascules, Oscillateurs, amplificateur d’instrumentation, Filtres actifs,
Compétences requises
Cours prérequis obligatoires
Électrotechnique I et Électrotechnique II
Concepts importants à maîtriser
-
Acquis de formation
A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:
- Analyser un amplificateur de tension à base d'AO en réaction négative, calculer ses caractéristiques (digramme de Bode en phase et en amplitude, Pôles, Zéros, Gain, Impédances d'entré et de sorties ...).
- Réaliser une fonction de transfert en phase et en amplitude à l'aide d'un AmpliOp et d'éléments RLC t et extraire ses caractéristiques (Pôles, Zéros, Gain, Impédances d'entré et de sorties ...).
- Analyser les imperfections et limitations de l'AO (Offset, Impédance d'entrée finie, Slew Rate, GBW) et quantifier leurs effets sur la réponse du circuit.
- Expliquer les avantages d'une amplification différentielle.
- Concevoir des filtres simples (passe-bas, passe-haut, passe-bande) à partir d'un gabarit et dimensionner leurs éléments.
- Esquisser la réponse temporelle d'un circuit à AO en réaction positive, type comparateur à seuil et générateur de signaux.
- Expliquer le fonctionnement des architectures de base d'un convertisseur analogique/Numérique et pouvoir les comparer en termes de performances.
- Expliquer la fonction des différents blocs d'un système de mesure pour les capteurs.
- Analyser différents scénarios d'implémentation d'un système de mesure et les compromis qu'ils engendrent en termes de performances.
- Démontrer un certain nombre de connaissances pratiques : lire et comprendre une datasheet, choisir des composants adéquats selon l'application, minimiser les éléments parasites et le bruit des alimentations dans un circuit, respecter la limite de puissance des composants, connaitre les limites des appareils de mesure et leurs différents modes de fonctionnement, comprendre l'origine des erreurs de mesure et estimer leurs valeurs
- Utiliser des simulateurs de circuits (type SPICE) pour vérifier le fonctionnement des circuits et valider ainsi l'ensemble des concepts du cours
Compétences transversales
- Planifier des actions et les mener à bien de façon à faire un usage optimal du temps et des ressources à disposition.
Méthode d'enseignement
cours ex cathedra, exercices dirigés, Travaux pratiques en laboratoire, mini-projet de simulation à la maison.
Méthode d'évaluation
Triple évaluation : Mini-projet de simulation - Test en laboratoire - Examen théorique
Ressources
Ressources en bibliothèque
- Electronique Analogique / Mudry
- Amplificateur Opérationnel et Application / Kayal
- Microelectronic circuits / Sedra
Liens Moodle
Préparation pour
Électronique II
In the programs
- Semester: Fall
- Exam form: Written (winter session)
- Subject examined: Electronics I
- Courses: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- Exercises: 1 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- Type: mandatory
- Semester: Fall
- Exam form: Written (winter session)
- Subject examined: Electronics I
- Courses: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- Exercises: 1 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- Type: mandatory
- Semester: Fall
- Exam form: Written (winter session)
- Subject examined: Electronics I
- Courses: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- Exercises: 1 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- TP: 2 Hour(s) per week x 14 weeks
- Type: optional