UE A - Electronics systems

La conception d'un système d'acquisition d'électrocardiogramme (ECG) sera utilisée pour illustrer le dimensionnement, la conception et la validation d'un système électronique.

EN:

The design of an electrocardiogram (ECG) acquisition system will be used to illustrate the dimensioning, design and validation of an electronic system.

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La conception d'un circuit imprimé (PCB) est une étape qu'il ne faut pas négliger. Une mauvaise conception de PCB peut en effet ruiner les performances d'un système entier, même si la conception du circuit et du système est de bonne facture.

Ce module vise à présenter les principales bonnes pratiques à suivre lors de la conception d'un PCB, afin d'atténuer les problèmes de compatibilité électromagnétique, d'assurer la sécurité de l'utilisateur, de réduire le coût de fabrication, de faciliter la fabrication et le test du produit, etc.

EN:

Printed circuit board design is a step that should not be overlooked. A bad PCB design can indeed ruin the performances of a whole system, even though the circuit and system designs might be excellent.

This module aims at introducing good practices to follow when designing a PCB, in order to mitigate electromagnetic compatibility issues, ensure user safety, reduce the fabrication cost, allow easy manufacturing and testing of the product, etc.

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Ce module présente les architectures de conversion de puissance qui permettent la gestion de l'énergie. Une attention particulière est portée aux topologies utilisées dans les systèmes de stockage d'énergie (hacheurs entrelacés, fly-back multi-sorties, convertisseurs SEPIC, étages push-pull pour drivers). Il traite également des principes de fonctionnement et de l'utilisation des circuits intégrés dédiés aux fonctions de recharge, d'équilibrage, d'évaluation de l'état de santé, de surveillance et de contrôle des accumulateurs (lithium-ion, supercondensateurs), des convertisseurs d'hybridation de source, de la mise en œuvre de stratégies de gestion et de récupération de l'énergie.

Cette approche théorique est illustrée par des exemples concrets à travers des exercices et par quatre travaux pratiques avec des logiciels en mode mixte portant sur les sujets suivants :
- Alimentation à découpage et LDO pour charger une cellule lithium-ion.
- Convertisseur Buck-Boost utilisé pour l'équilibrage des cellules des supercondensateurs.
- Onduleur basse tension pour le transfert d'énergie sans fil.
- Système de récupération d'énergie basé sur une source photovoltaïque avec contrôle MPPT. 

EN:

This module introduces the power conversion architectures that allow energy management. Special attention is paid to the topologies used in energy storage systems (interleaved choppers, multi-output fly-backs, SEPIC converters, push-pull stages for drivers). It also deals with the operating principles and the use of integrated circuits dedicated to the functions of recharging, balancing, health status evaluation, monitoring and control of accumulators (lithium-ion, supercapacitors), source hybridization converters, implementation of energy management strategies, energy recovery.

This theoretical approach is illustrated by real examples through exercises and by four pratical works with mixed-mode software dealing with:

1. Switched-mode power supply and LDO to charge a lithium-ion cell;
2. Buck-Boost converter used for supercapacitors cells balancing;
3. Low voltage inverter for wireless power transfer;
4. Energy harvesting system based on photovoltaic source with MPPT control.

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Au regard du nombre grandissant de capteurs sans-fil faible puissance, récupérer l'énergie dans l'environnement se révèle être une solution prometteuse pour répondre à leur besoin énergétique et ainsi s'affranchir des batteries conventionnelles. 

Actuellement, les batteries sont toujours massivement utilisées malgré leur coût non négligeable, leur durée de vie limitée et les polluants qu'elles sont susceptibles d'engendrer. La récupération d'énergie (energy harvesting) est une alternative prometteuse davantage respectueuse de l'environnement et permettant une alimentation théoriquement infinie de capteurs sans-fil dans l'environnement. L'énergie solaire, thermique et vibratoire sont aujourd'hui beaucoup étudiée pour différentes applications (bâtiment intelligent, médecine, agriculture intelligente, surveillance environnementale, aéronautique, aérospatial...).

Un récupérateur d'énergie nécessite (i) un transducteur convertissant l'énergie provenant de l'environnement (solaire, thermique, chimique, vibratoire...) en énergie électrique et (ii) d'une interface électrique de gestion d'énergie.

EN:

Regarding the ever-increasing number of remote low power sensors, harvesting the energy from the surrounding environment is a pertinent solution to meet the energy needs but reduce the use of conventional batteries. On the one hand chemical batteries are still massively chosen despite their non-negligible cost, their limited lifetime and the pollution they are likely to produce. On the other hand, harvesting ambient energy is a promising alternative to power autonomously and indefinitely remote sensors in addition to process in an eco- friendly way. Solar, thermal and vibrational energies are currently studied and promising for different applications (smart buildings, medicine, agriculture, security issues such as eartquake and fire detection, aeronautic, aircrafts…).

Energy harvesting requires (i) a transducer to convert the environmental energy (solar, thermic, chemical, vibrational…) into electrical energy and (ii) an power management unit (PMU) to extract the maximum energy from the transducer and to convert the electrical signal into the one required by the sensor.

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Ce module permet d'appréhender les avantages spécifiques à diverses plateformes de calcul embarqué pour effectuer du traitement de signal. Cette découverte se fait par l'intermédiaire de projets spécifiques (associations objectif/plateforme matérielle) et de présentations croisées entre les étudiants.

Cours en ligne:
https://yannick-bornat.enseirb-matmeca.fr/wiki/doku.php?id=en341:accueil

EN:

The module explores the pros and cons of different platform targets for embedded signal processing in the context of a healthcare system. This comparison work will be performed as concurrent hands-on projects with binoms studying different processing platforms or different processing objectives.

Online resources:
https://yannick-bornat.enseirb-matmeca.fr/wiki/doku.php?id=en341:accueil

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La compatibilité électromagnétique est un sujet important lors de la conception d'un système électronique. Ce module vise à fournir des connaissances pour mieux comprendre quels sont les défis de cette thématiques, comment sont caractérisées les émissions électromagnétiques d'un système électronique et comment atténuer ces dernières.

EN:

Electromagnetic compatibility is an important topic when designing an electronic system. This module aims at providing knowledge for better understanding what the challenges are, how electromagnetic emissions of an electronic system are characterized, and how to mitigate those emissions.

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