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IC-EMC

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Mes Enseignements / Teaching activities

 

Enseignements effectués à l'INSA de Toulouse :

Electromagnetic Compatibility for Integrated Circuits (Master ESECA)

The course of electromagnetic compatibility (EMC) of integrated circuits (IC) proposes: a general introduction of the evolution of IC technologies and its consequence on EMC, the parasitic emission and interference mechanisms, the basic measurement methods to characterize EMC issues at IC level, and basic guidelines to improve EMC of ICs.

The course is illustrated through real case studies and measurements. Labs and a project based on the freeware IC-EMC are proposed.

 

contact : Etienne Sicard, Alexandre Boyer

 

Bureau d'étude Dimensionnement d'interface radio pour réseaux mobiles - 4e année IR

Ce bureau d'étude intégrateur des différentes compétences en télécommunication acquises par les étudiants de 4IR a pour but mise en place d’un processus de dimensionnement et de planification de l’interface radio d’un réseau cellulaire, en prenant l’exemple concret de l’interface LTE d’un réseau cellulaire 4G. Les principales propriétés du canal radioélectrique et leurs effets sur la couverture et la qualité de service, ainsi que les modèles courants de calcul de propagation dans différents types d’environnement sont présentées dans le cadre de cet enseignement.

Le bureau d'étude est divisé en deux parties : la première, théorique, permet de déterminer la portée et la capacité d'une cellule afin d'en déduire certains éléments de dimensionnement (nombre de sites, de fréquences). La seconde partie est une étude plus détaillée faisant appel à un outil de planification radio (ICS Telecom) visant à optimiser la connectivité du réseau cellulaire.

Le bureau d'étude est donné sous la forme d'un Apprentissage Par Projet (APP).

contact : Alexandre Boyer

Système électronique pour les communications - 2e année MIC

L'objectif pédagogique de cet enseignement est de présenter les fondements des systèmes électroniques analogiques et numériques utilisés par l’ingénieur concepteur de systèmes électroniques de communications. Organisé de treize parties, l’objectif est de présenter les fonctions analogiques et numériques typique d’un système de télécommunication comme un téléphone portable. L’aspect conditionnement du signal est abordé avec la présentation des différentes structures de filtres analogiques, où les expressions canoniques sont démontrées. L’étude des montages à amplificateurs opérationnels est conduite en régime linéaire dans l’espace de Laplace puis en régime saturé. La seconde partie du cours aborde les concepts de l’électronique numérique : logique combinatoire et séquentielle, portes, bascules, registres, multiplexeurs, convertisseurs, mémoires. Le lien vers le traitement numérique du signal est présenté au travers des architectures de CAN et CNA. La problématique de communication et d’interfaçage entre différentes familles logiques est analysée en associant les notions de protocole de communication en fonction des modes de transmission (synchrone, asynchrone, duplex,..). Les principes de base des modulations analogiques et numériques, indispensables à tous systèmes de communication, sont aussi présentés.

contact : Alexandre Boyer

 

Conception analogique des circuits intégrés - 5e année ESE

Cet enseignement est donné sous la forme d'un apprentissage par projet (APP). Le projet porte sur la spécification et la conception au niveau schématique d'un transmetteur de puissance sans fil entièrement intégré et répondant au standard QI, développé par le Wireless Power Consortium. Celui-ci est dédié à une station de recharge pour petit appareil électronique mobile (smartphone principalement) implanté dans des véhicules. A la fin de ce module, l’étudiant devra avoir compris et pourra expliquer (principaux concepts) :

  • Etre capable de mettre en place un flot typique de conception « full custom » d’un circuit analogique à l’aide d’un outil de CAO industriel
  • A partir d’un cahier des charges, être capable de proposer une spécification détaillée comprenant un schéma-bloc fonctionnel, une vue brochage, et une topologie (architecture à base de transistor) pour le circuit demandé)
  • Concevoir un circuit à l'aide d'un design kit (sélectionner les composants disponibles, connaître leurs caractéristiques, leurs limites)
  • Etre capable de mettre en œuvre et interpréter les principales simulations électriques proposées par les outils de CAO pour prédire les caractéristiques d’un circuit analogique
  • Savoir optimiser le schéma électrique d’un circuit et trouver un compromis entre les différents paramètres du circuit, en fonction d’un cahier des charges (contraintes en terme de performances, robustesse aux parasites, exigences environnementales, variations process)

L’étudiant devra être capable de :

  • Mettre en place une méthodologie de conception (assistée par ordinateur) afin de répondre à une spécification
  • Concevoir en full custom des circuits CMOS analogiques/RF au niveau schématique
  • Dimensionner correctement les transistors et les composants passifs associés pour obtenir les performances attendues
  • Simuler les performances de circuits CMOS analogiques à l’aide d’outils de CAO professionnel (Cadence)

Contact : Alexandre Boyer

 

Canaux de transmissions bruitées - 4e année IR

Le rôle d’un système de télécommunications est de transmettre à distance des informations d’un émetteur à un ou plusieurs récepteurs au travers d’un canal de manière aussi fiable que possible et à coût réduit. Dans un système de transmission numérique, une suite finie de symboles représente l’information. Celle-ci est transmise sur le canal de transmission par un signal « réel » ou analogique. Ce signal peut prendre une infinité de valeurs différentes et est ainsi soumis à différentes formes de perturbations et d’interférences, pouvant conduire à des erreurs d’interprétations du signal recueilli par le récepteur. Le rôle de l’ingénieur en télécommunications est de s’assurer que le récepteur pourra recevoir le message émis par l’émetteur sans aucune erreur, par un dimensionnement judicieux du canal de transmission et par la mise en place de techniques le rendant plus robuste.

Ce cours permet une présentation générale des techniques de télécommunications numériques en partant de la problématique de la fiabilisation du canal de transmission lorsque celui-ci est soumis à un ensemble de perturbations diverses. Le cours démarre par une présentation de l’architecture d’un canal de transmission numérique et de leurs caractéristiques, puis décrit l’origine des perturbations qui dégradent la qualité d’une communication numérique (bruit thermique des récepteur, bruit de phase, distorsions, brouillage, propagation par chemins multiples, …) et leurs effets sur le signal (interférence inter-symbole, erreur binaire). Ensuite, le cours présente les limitations d’un canal de transmission en terme de débit et de rapport signal sur bruit, prévues dans le cadre de la théorie de l’information, et donne quelques modèles de canaux de transmission bruités. Dans les deux derniers chapitres, le cours proposent un ensemble de techniques couramment utilisées dans les systèmes de télécommunications actuelles pour améliorer la robustesse d’une transmission d’information. Ces techniques sont divisées en deux catégories : celles qui sont effectuées en bande de base (codage de source, code correcteur d’erreur, brassage des données, mise en forme électrique du signal en bande de base, …) et celles effectuées hors de la bande de base (multiplexage, modulation, diversité, démodulation synchrone, égalisation ...).

Contact : Alexandre Boyer

 

Antennes & Outils et modèles pour la transmission- 4e année IR

Ce cours vise à fournir les connaissances de base sur les antennes utilisées dans les radiocommunications, et de fournir les outils de base pour la compréhension des phénomènes de propagation des ondes électromagnétiques (propagation libre ou propagation guidée sur ligne de transmission). Le but de ce cours est triple : 1. comprendre le principe de fonctionnement d’une antenne, leurs caractéristiques et connaître les principaux types d’antennes employées pour les radiocommunications. 2. comprendre les problèmes liés à la propagation guidée sur une ligne de transmission, notamment les problèmes d'adpatation d'impédance, et les solutions employées. 3. disposer de modèles permettant d'estimer l'effet de l'environnement sur la propagation d'un signal, notamment l'atténuation de parcours. Ces modèles dits de propagation permettent de faire le lien entre la perte de propagation issue d'un calcul de bilan de liaison (voir cours de canaux de transmission bruités) et la portée de ce lien RF (c'est-à-dire la distance maximale de séparation entre l'émetteur et le récepteur garantissant des conditions de réception acceptable). Le cours est orienté de la manière suivante : le premier chapitre revient sur des notions d’électromagnétisme afin de mieux comprendre le principe de fonctionnement d’une antenne et la propagation guidée d'une ligne de transmission. Le second chapitre présente les caractéristiques principales d’une antenne, en se concentrant uniquement sur les antennes utilisées en émission. A l’issue de ce chapitre, vous devrez être capables de « décoder » la datasheet d’une antenne. Dans le troisième chapitre, les principaux types d’antennes utilisées pour les radiocommunications sont présentés (dipôles, boucle, antenne patch, ouverture rayonnante …). Des formules pratiques sont données pour un premier dimensionnement de ces antennes. Cependant, en raison de la complexité de la résolution des équations de Maxwell, la conception d’antenne repose essentiellement sur l’utilisation de simulateur numérique. Le quatrième chapitre est dédié à la résolution des problèmes d'adaptation d'impédance des lignes de transmission et des antennes, qui garantissent un transfert de qualité des signaux. Un outil graphique appelé diagramme de Smith sera présenté et employé afin de dimensionner les réseaux d'adaptation d'impédance. Le cinquième chapitre est dédié aux antennes de réception : les relations permettant de relier le champ incident et la puissance reçue par l’antenne sont présentées, l’équation de Friis, aussi appelée aussi équation des télécommunications, est introduite car elle permet de faire des bilans de liaisons radio simplifiée. Il s’agit d’un modèle de propagation très restrictif car uniquement valable en espace libre, mais le but de ce cours n’est pas de présenter en détail les modèles de propagation. Cette version de ce cours omet donc ces notions. Enfin, les notions de diversité spatiale et de polarisation sont présentées. Le sixième chapitre traite des réseaux d’antennes, qui permettent littéralement de « tailler » un diagramme de rayonnement complexe à partir d’éléments rayonnants basiques. Les principes de base des réseaux sont présentés. Ces bases sont nécessaires pour aborder certaines techniques de pointe utilisées aujourd’hui en télécommunications. La fin de ce chapitre en abordera certaines. Enfin, le dernier chapitre proposera une liste non exhaustive de modèles de propagation pour les environnements terrestres, en environnement extérieur et intérieur. Ces modèles sont primordiaux lors du dimensionnement de réseaux de téléphonie mobile, de réseaux sans fil locaux (par exemple WiFi), de réseaux de radio ou télédiffusion, de réseaux de capteurs sans fil, d'application de RFID …

Contact : Alexandre Boyer

 

 

 

Communications numériques sans fil pour les objets connectés- 5e année ISS

Ce cours vise à fournir les connaissances de base sur le fonctionnement des émetteurs-récepteurs radiofréquences numériques (mécanismes de traitement bande de base et de couches radio). Il vise aussi à fournir des outils simples pour évaluer leurs performances :

  • Bande passante requise
  • Capacité ou débit binaire maximal
  • Sensibilité d’un récepteur
  • Link performance
  • Portée radio
Le cours adresse aussi les contraintes en terme de réglementations radio. Les concepts vus en cours sont illustrés au travers de la norme IEEE 802.15.4 (Zigbee).

Contact : Alexandre Boyer

Techniques et systèmes de transmission - 5e année RT

Les performances des systèmes de télécommunications sans fils dépendent de l'interface radio (de son paramétrage et de son placement), mais aussi des caractéristiques des antennes (et équipements associés) et aux effets parasites dus à la propagation hertzienne. A la fin de cette UV, les étudiants sont capables de comprendre l'influence d'une interface radio, des équipements employés (particulièrement les antennes) et les modes de propagation pour :

  • Assurer une couverture radio suffisante
  • Optimiser la capacité d'un canal de transmission
  • Garantir la qualité de transmission

 

Cet enseignement est donné sous la forme d'un apprentissage par projet (APP). Le projet proposé est centré sur l'étude d'une interface radio WCDMA pour un réseau cellulaire UMTS. Deux problèmes sont proposés :

  • Conception d'une antenne de station de base pour un réseau UMTS (conception sur le logiciel FEKO d'une antenne secteur, beamforming, sensibilisation aux normes d'exposition aux ondes électromagnétiques)
  • Planification et dimensionnement d'un réseau cellulaire WCDMA (bilan de liaison, compromis couverture/capacité, calcul de couverture pour différents types d'environnement, optimisation d'un réseau cellulaire UMTS à partir d'un outil de planification).

Contact : Alexandre Boyer

Documents Pour l'APP:

 

 

TP de compatibilité électromagnétique - 5e année SE

Ce TP est associé aux cours d'Industrialisation et Qualification. Le but de ce TP est de réduire l'émission électromagnétique conduite produite par un microcontrôleur 16 bits fictif (le STARCORE) en optimisant le budget de capacités de découplage. Cette optimisation est faite à l'aide du logiciel IC-EMC. Une fois le budget de capacité de découplage déterminé, le routage "faible émission" d'un circuit imprimé 4 couches est réalisé sous le logiciel Altium Designer.

Contact : Alexandre Boyer

 

Bureau d'étude automobile - 5e année ESE

Dans les véhicules actuels sont embarqués de nombreux composants électroniques (microcontrôleur, capteur, actionneur de puissance, …) permettant d’améliorer la fiabilité du système, la sécurité et le confort des passagers et le rendement énergétique. La mise en place et l’optimisation de tous ces organes électroniques à l’intérieur d’un véhicule nécessite un savoir faire large en électronique (analogique, numérique, puissance) et en informatique matérielle.

Le but de ce TP est de réaliser une application automobile simple (contrôle d’un essuie-glace, gestion de l’allumage des phares, affichage graphique d'information sur un écran LCD, afficheur à aiguille…), tout en veillant à respectant plusieurs contraintes fortes des applications automobiles (fiabilité et robustesse de l’application, sécurité et confort des passagers, faible consommation énergétique du système, communication entre systèmes). Les étudiants disposent de plusieurs maquettes (cluster d'instrumentation, phare, tableau de bord, portière, hayon arrière, ...) et de composants électroniques dédiés à des applications automobiles (microcontrôleur 32 bits pour Body Controller et Cluster d'instrumentation, commutateur de puissance, superviseur d'alimentation). Ces composants sont fournis par la société NXP. A partir d'un cahier des charges commun construits par les étudiants, chaque binôme développe une partie de l'application finale correspondant à un des sous systèmes (portière, afficheur, tableau de bord...). Ces différents sous systèmes doivent être interconnectés et communiquer par bus CAN.

Contact : Patrick Tounsi, Alexandre Boyer

 

Risques Electromagnétiques (module Qualité, Sécurité, Environnement) - 4e année AE & IR

Le but de cette intervention de 4 heures est de présenter les risques qu’encourent les personnes lorsqu’elles sont exposées aux champs électromagnétiques. Deux types de risque sont considérés : les effets directs sur la santé humaine, et les effets indirects notamment sur la sûreté de fonctionnement des systèmes électriques et électroniques (problèmes d’interférences électromagnétiques). Bien que largement débattu, les effets des champs électromagnétiques sur la santé étant un sujet à controverse. Ce cours vise donc faire le point sur les risques avérés sur la santé dans des « environnements électromagnétiques » usuels, décrire l’origine des problèmes d’interférences électromagnétiques, présenter les recommandations et exigences prévues par les autorités en terme d’exposition des personnes et des systèmes aux champs électromagnétiques, ainsi que les méthodes permettant de garantir qu’elles sont respectées.

Contact : Alexandre Boyer

 

Enseignements effectués à l'extérieur de l'INSA de Toulouse :

CEM des circuits intégrés (ENSEEIHT / Département Electronique et Génie Electrique par la voie de l'Apprentissage)

Le but de ce cours est d'introduire à la compatibilité électromagnétique, appliquée aux circuits intégrés. A l'issue de ce cours, les participants sont capables de comprendre les origines des phénomènes d'émission et de compatibilité électromagnétique (CEM) à l'échelle d'un circuit, d'acquérir les connaissances de base pour faire face à un problème de CEM, et se familiariser avec les règles de conception courantes orientées CEM pour les circuits et le circuit imprimé.

Cet enseignement est partagé en 12 h de cours, 16 h de travaux pratiques et de bureau d'étude. Les aspects pratiques traitent de cas d'étude réels et font appel à l'outil de simulation IC-EMC.

Contact : Etienne Sicard, Alexandre Boyer

Part 1. Overview

Part 2. Basic concepts

Part 3. EMC measurement methods for ICs

Part 4. EMC design guidelines for PCB and ICs

Practical trainings with IC-EMC

Data for Exercise 5 of Practical trainings

Enoncé Bureau d'étude

Données pour le Bureau d'étude

 

Couplage électromagnétique (Cursus ISMIN - Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne à Gardanne)

La conception des systèmes électroniques fait souvent abstraction de son « comportement électromagnétique » (propagation du signal, couplage électromagnétique parasite, rayonnement électromagnétique, …), qui peut limiter ses performances voire dégrader son fonctionnement. L’objectif de ce cours est de donner à un élève ingénieur les bases théoriques nécessaires pour comprendre le « comportement électromagnétique » des systèmes électroniques (du circuit intégré au circuit imprimé) et construire des modèles compacts de ces phénomènes adaptés à la simulation des systèmes électroniques.

CONTENU

Partie 1 : Concepts de base

• Rappels d’électromagnétisme (électrostatique, magnétostatique, induction électromagnétique, concepts d’inductance et de capacité)
• Equations de Maxwell
• Onde plane, propagation et caractéristiques

Partie 2 : Propagation guidée dans les lignes de transmission

• Mise en évidence des phénomènes de propagation sur une ligne
• Concept de lignes de transmission, lignes de transmission usuelles
• Equations des lignes, paramètres linéiques d’une ligne
• Solutions dans le domaine temporel (diagramme de Bounce, modèle de Branin)
• Applications : réflectométrie et intégrité du signal
• Solutions dans le domaine fréquentiel
• Applications : transformateur d’impédance, adaptation d’impédance
• Modèle quadripolaire d’une ligne de transmission

Partie 3 : Rayonnement électromagnétique et antennes

• Rayonnement électromagnétique et concept d’antenne
• Caractéristiques d’une antenne (diagramme de rayonnement, gain, PIRE, impédance d’entrée, polarisation…)
• Modélisation d’une antenne
• Principaux types d’antennes (dipôle de Hertz, boucle, dipôle demi-onde, monopôle)
• Propagation en espace libre, équation de Friis, bilan de liaison
• Application : energy harvesting

Partie 4 : Conclusion
• Problèmes liées aux phénomènes électromagnétiques dans les systèmes électroniques, cas concrets
• Notion de compatibilité électromagnétique (CEM)
• Directives et normes CEM

Présentation de cours

Corrections des exercices d'application