Design and Architecture of analog electronic systems

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Les étudiants doivent maîtriser les compétences suivantes: représentation des signaux, en temps continu dans les domaines temporel et en fréquentiel, représentations mathématique des systèmes (fonction de transfert, réponse impulsionnelle, stabilité, filtrage), principes et propriétes des transformées de Fourier, Laplace,analyse des circuits électriques utilisant des éléments passifs (R, L, C) en régimes continus, transitoires et alternatifs, compréhension du fonctionnement général des amplificateurs opérationnels, diodes et transistors ainsi que de leurs montages électroniques élémentaires, tels que vu dans les cours LFSAB1106, LELEC1370 et LELEC1530.

Le monde dans lequel nous vivons devient de plus en plus numérique avec des systèmes embarqués digitaux qui nous entourent et communiquent avec le cloud. Cependant, le monde physique est intrinsèquement analogique. Les systèmes embarqués digitaux ont donc besoin de fonctions analogiques pour interagir avec le monde physique, leurs utilisateurs, le cloud, les sources d'énergie ainsi qu'entre eux. Pour ce faire, ils utilisent des capteurs, des actuateurs, des interfaces utilisateurs, des unités de gestion de l'alimentation, des communications filaires et sans fils. Les systèmes digitaux ont également besoin de certaines fonctions analogiques clé réalisée en interne pour un fonctionnement optimal : des mémoires, la génération d'horloges et  la régulation de tension. Dans ce cours, nous étudions les systèmes électroniques principaux qui implémentent ces fonctions.

Dans le cadre des formations ELEC et ELME, ce cours présente les architectures de systèmes analogiques de manière complémentaire au cours ELEC2531 sur les architectures de systèmes digitaux. Il sert de base aux cours de synthèse de circuits intégrés (ELEC2650, ELEC2570 et ELEC2620).

a. Contribution de l'activité au référentiel AA du programme ELEC

• AA1 Socle de connaissances: concepts électroniques (AA1.1), logiciels de simulation et de CAO (AA1.2-3).
• AA2 Compétences d'engineering: analyse de problème (AA2.1) et comparaison de solutions (AA2.3).
• AA3 Compétences de R&D: se documenter sur les solutions existantes dans le domaine visé par les classes inversées (AA3.1).
• AA5 Compétences de communication: communication orale (AA5.3, AA5.6).
• AA6 Compétences professionnelles: utilisation des normes appropriées (AA6.1), évaluation critique de solutions techniques (AA6.3) and apprentissage autonome (AA6.4).

b. Acquis d'apprentissage spécifiques

À l'issue de ce cours, l'étudiant en circuits et systèmes électroniques sera en mesure de :

• identifier les performances clé d'une fonction analogique dans un contexte applicatif donné,
• expliquer le fonctionnement des architectures typiques de systèmes analogiques,
• modéliser qualitativement les performances par rapport à l'architecture,
• évaluer les performances des architectures typiques de systèmes analogiques avec des simulations SPICE.

La contribution de cette UE au développement et à la maîtrise des compétences et acquis du (des) programme(s) est accessible à la fin de cette fiche, dans la partie « Programmes/formations proposant cette unité d’enseignement (UE) ».

L'évaluation est basée sur des présentations faites par les étudiants en classe inversée et sur un examen écrit.

Le cours est organisé comme suit.

• cours magistraux sur les concepts analogiques génériques et sur les blocs de base,
• séances d'exercices sur ces concepts et blocs,
• classe inversées données par les étudiants sur les applications analogiques typiques et les architectures de systèmes spécifiques associées,
• séminaires donnés par des experts du monde de l'industrie.

• Bruit
• Circuits basés sur des amplificateurs opérationnels
• Filtres analogiques
• Références de tension
• Circuits de gestion de l'alimentation
• Convertisseurs analogiques-digitaux et digitaux-analogiques (ADC/DAC)
• Circuits mémoires
• Capteurs d'images CMOS
• Oscillateurs
• Boucle à verrouillage de phase
• Communications série à haute vitesse

Supports

• Slides des cours magistraux et résolutions d'exercices sur Moodle.
• B. Razavi,"Design of Analog CMOS Integrated Circuits", McGraw-Hill, 2001.
• P. R. Gray et al, "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits', Wiley, 5th Edition, 2009.
• R. J. Baker, "CMOS Circuit Design, Layout and Simulations", Wiley, 2010.