Semestre 7 - Parcours Electronique (EN)

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Cet enseignement permet d’acquérir les notions permettant de concevoir des amplificateurs RF en technologie hybride et intégrées (MMIC)

• Les filières technologiques en hyperfréquence
• Les amplificateurs RF :
  • HEMT : fonctionnement, caractéristique IV
  • Linéarité : P&dB, IP3, C/I3
  • Rendement, PAE
  • Choix de la classe d'amplification
  • Stabilité des transistors
• Conception d'amplificateurs :
  • Adaptation de puissance
  • Graphes de fluence
  • Optimisation en gain
  • Amplificateurs Large bande
• Exemple de conception
• Amplificateur à gain fixe
• Amplificateur faible bruit
• Oscillateurs

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1. Introduction générale aux PLL et oscillateurs

• Rappels sur les besoins en synchronisation et génération de fréquence dans les systèmes électroniques.

• Architecture de base d’une boucle à verrouillage de phase (PLL) : détecteur de phase, filtre de boucle, oscillateur commandé en tension (VCO), diviseur de fréquence, charge pump.

• Domaines d’application : télécommunications, conversion de données, horloges de processeurs, circuits RF.

2. Détecteurs de phase et circuits associés

• Multiplieur de phase : fonctionnement analogique.

• Détecteur XOR : approche logique et applications simples.

• Détecteur à flip-flop : détection séquentielle de phase.

• Détecteur PFD (Phase-Frequency Detector) : fonctionnement détaillé, linéarité, large plage de capture.

• Charge Pump : conversion courant-tension, effets de déséquilibre et impact sur le bruit de phase.

3. Filtre de boucle et dynamique de la PLL

• Structure et rôle du filtre de boucle : intégrateur, filtre passe-bas actif/passif.

• Analyse de la PLL en mode verrouillé : stabilité, marge de phase, réponse en fréquence.

• Analyse de la PLL en mode capture : dynamique transitoire, acquisition de phase.

• Notions de bande passante, temps de verrouillage et jitter.

4. Oscillateurs commandés en tension (VCO)

• Principe de fonctionnement du VCO.

• Relation tension/fréquence et linéarité.

5. Principes des oscillateurs autonomes

• Conditions d’oscillation et contre-réaction positive.

• Oscillateurs harmoniques et LC : topologies, stabilité, pureté spectrale.

• Notion de résistance négative : interprétation énergétique et réalisation pratique.

• Oscillateurs à quartz : principe de résonance, stabilité fréquentielle, app

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• Étude d'un système Tx/Rx
• Notion de fonctions de réseaux
• Détermination d'une fonction f(p) stable partiellement connue
• Fonctions positives et réelles et dipôles passifs
• Synthèse de dipôles passifs
• Filtres Passifs
• Filtres Actifs

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Enseignement de travaux pratique sous le logiciel Agilent Advanced Design System.

Mise en applications des notions abordées en Cicuits passifs RF et Circuits Actifs RF

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Afin d’interagir avec le monde qui nous entoure, il est souvent nécessaire de délivrer une puissance non négligeable à la charge qui peut être un objet électro-mécanique pour le mettre en mouvement (hauts-parleurs, moteurs, éléments piezo-électrique ...), une antenne afin de pouvoir émettre sur de grandes distances ... Cette tâche incombe à l’étage de sortie d’un amplificateur qui est directement connecté à cette charge. Celui-ci doit alors être capable de délivrer un signal de forte puissance sans en détériorer ses propriétés.
Aussi, l’étage de sortie doit posséder les propriétés suivantes :
— Avoir une faible impédance de sortie pour que l’impédance de la charge de sortie ne génère pas une perte de gain.
— Fournir des signaux de fortes amplitudes (en tension et en courant).
— Distordre le moins possible le signal alors que l’on a à faire à des signaux de fortes amplitudes (à mettre en regard des études petits signaux d’électronique linéaire pour réaliser la fonction d’amplification).
— Transférer la puissance à la charge avec le maximum d’efficacité, ce qui implique que la
puissance dissipée par l’étage de sortie doit être la plus faible possible. Ceci est d’autant plus important de nos jours pour rendre plus autonome les objets fonctionnant sur batterie d’accumulateurs.
— Être capable de dissiper la puissance sans détérioration des performances de ses composants actifs

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L'émetteur qui comporte principalement un oscillateur contrôlé en tension (VCO) dont la fréquence varie linéairement avec l'amplitude du signal d'entrée. La fréquence centrale f0 devra être relativement grande devant la plus élevée des fréquences audio FM du signal à transmettre. Le flux lumineux contenant l'information à transmettre est émise par une diode électroluminescente (DEL) à haut rendement dont l'intensité est proportionnelle à son courant instantané de polarisation dans la plage des fréquences de modulation. Un préamplificateur-filtre traite le signal modulant audio à transmettre avant de l'appliquer à l'entrée du VCO.

Le récepteur comporte à son entrée une photodiode PIN silicium dont la réponse spectrale est adaptée au spectre d'émission de la DEL. Ce photorécepteur génère un courant photoélectrique proportionnel à l'intensité du flux lumineux reçu. Le courant photoélectrique est amplifié par un circuit transimpédance qui donne une tension de sortie proportionnelle au courant alternatif d'entrée. Un amplificateur sélectif à grand gain amplifie le signal photoélectrique et le soumet à un discriminateur qui effectue la conversion fréquence-tension. Pour cela, on utilise une boucle à verrouillage de phase (PLL). Après filtrage du signal audio, un amplificateur audio push-pull en classe AB permet d'exciter un haut parleur ou un casque

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Ce cours initie les étudiants à la conception de circuits numériques à l’aide du langage VHDL (VHSIC Hardware Description Language). Il couvre la syntaxe de base, la modélisation de circuits, la simulation et la synthèse sur FPGA. Les étudiants apprendront à décrire des circuits combinatoires (porte logiques, multiplexeurs, décodeurs) et séquentiels (bascules, registres, machines d’état), ainsi qu’à utiliser des outils de CAO pour valider leurs conceptions.

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Ce cours aborde les principes et les défis liés à la conversion et au traitement des signaux dans une chaîne d’instrumentation. Les thèmes principaux incluent :

• Conversions analogique-numérique (CAN) et numérique-analogique (CNA) : architectures (flash, SAR, sigma-delta, etc.), résolution, rapidité, et limitations.

• Bruit et erreurs : bruit de quantification, rapport signal sur bruit (SNR), distorsion harmonique (THD), et repliement de spectre (aliasing).

• Filtrage associé : conception de filtres antirepliement, filtres à capacités commutées, et filtres numériques (FIR, IIR).

• Applications pratiques : étude de cas sur des chaînes d’acquisition (capteurs, conditionnement, CAN) et de génération de signaux (CNA, reconstruction, filtrage).

• Outils et méthodes : utilisation de logiciels de simulation (PSpice, MATLAB) et d’instruments de mesure (oscilloscope, analyseur de spectre).

Le cours combine des cours théoriques, des travaux dirigés, et des séances de laboratoire pour appliquer les concepts à des problèmes concrets.

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I- Rappels : Lois de l’électromagnétisme

I-1- Notion de champs électromagnétiques instantanés

I-2- Equations de Maxwell

I-3- Régime harmonique en électromagnétisme

I-4- Densité de puissance moyenne et énergie en électromagnétisme

II- Propagation électromagnétique en espace libre

                II-1- Modes en espace libre: notion d’onde plane

II-2- Champ électromagnétique d’une onde plane et principales propriétés

II-3- Loi de conservation de l’énergie électromagnétique en propagation libre

II-4- Vitesses de groupe et de phase d’une onde plane

II-5- Exemple : Coefficients de réflexion et de transmission d’une surface diélectrique plane

et statique

III- Propagation électromagnétique guidée

                III-1- Mode en propagation guidée : notion de modes propagatifs et évanescents

III-2- Phénomène de dispersion en électromagnétisme

III-3- Champ électromagnétique d’un mode et principales propriétés

III-4- Loi de conservation de l’énergie électromagnétique en propagation guidée

III-5- Vitesses de groupe et de phase d’un mode

III-6- Exemple : Guide rectangulaire à parois électriques ou magnétiques

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• Spectre RF et applications

• Intégration de filtres :
  • Filtres à stubs
  • Filtres à saut d'impédance
  • Filtres à base d'inverseurs d'impédance
  • Filtres à lignes couplées

• Multipôles
  • Diviseur
  • Coupleur
  • Coupleurs hybride
  • Coupleurs de proximité
  • Application des coupleurs : Atténuateurs, déphaseurs, mélangeur, montages équilibrés

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Le cours est divisé en trois parties. Des supports vidéos sont disponibles entre les séances pour approfondir ou mieux comprendre certaines notions.

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Analyse spectrale (autocorrélation et densité spectrale), filtrage et échantillonnage des signaux aléatoires avec une attention particulière pour le filtre adapté et le filtre de Wiener. Traitement non-linéaire des signaux aléatoires. Signaux construits à l’aide de processus de Poisson

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Cet enseignement consiste principalement en un travail sur un projet de programmation objet mettant en œuvre la simulation de circuit électronique précédé de quelques séances de TP encadrées et en autonomie pour acquérir les notions de base.

Caractéristiques générales des langages à objet (encapsulation, classification, héritage, polymorphisme, liaison dynamique, etc.) – Les bases de la programmation en C++ (typage, structuration de programmes, références, etc.) – Les spécificités de l’orienté-objet en C++ (classification et héritage, entrées-sorties, exceptions, templates).

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Le cours est une introduction complète à la microélectronique embarquée.
Il couvre :

1. Les principes de base du numérique (échantillonnage, quantification, bus, mémoires).

2. Le fonctionnement détaillé d’un microprocesseur : unités de calcul, commande, cycle d’exécution et jeu d’instructions.

3. Les mémoires : RAM, ROM, EEPROM, Flash, et leur hiérarchie.

4. Les microcontrôleurs PIC :

   • Architectures Harvard et Von Neumann

   • Différences RISC / CISC

   • Organisation mémoire et gestion des interruptions

   • Périphériques : ports d’E/S, timers, CAN (ADC), UART, SPI, etc.

   • Exemples de codes assembleur et C pour PIC18 et PIC24.

C’est donc un cours à la fois théorique et pratique, orienté vers la compréhension du matériel et la programmation bas niveau.

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Un semestre de 12 séances interactives et hebdomadaires. Développement des compétences en communication professionnelle en anglais, incluant l’interaction orale, la rédaction de documents professionnels, la compréhension de supports authentiques, ainsi que l’autonomie, l’esprit critique et les compétences interculturelles. L’évaluation comprend des épreuves orales, individuelles et collectives, visant à apprécier la capacité des étudiants à argumenter, débattre et interagir en anglais de manière claire et pertinente. Elle repose également sur une évaluation écrite individuelle permettant de mesurer la structuration de la pensée, la cohérence de l’argumentation et la qualité de l’expression écrite.

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Un semestre de 12 séances interactives et hebdomadaires. Développement des compétences en communication professionnelle, incluant l’interaction orale, la rédaction de documents professionnels, la compréhension de supports authentiques, ainsi que l’autonomie, l’esprit critique et les compétences interculturelles. Évaluation par niveau, basée sur des productions écrites, des prestations orales individuelles ou en groupe, et une évaluation continue de l’attitude et de la participation en classe.

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Pour une EPS inclusive, adaptée et motivante, l'étudiant pourra

-choisir les activités supports parmi une vingtaine, dans des modes de pratiques variées : développement personnel, activité de découverte, activité projet,  activité artistique, activités compétitives, 

-renforcer les compétences psychosociales, en multipliant les situations collectives et d'interactions sociales (coopération, intelligence collective, s'engager dans différents rôles sociaux)

-se tester et se responsabiliser au regard de son "Score santé" personnel

-apprendre en situation expérientielle.

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L’enseignement s’organise sur un semestre de 12 séances hebdomadaires, structuré en deux modules — PPP Research et PPP Interview — dédiés à l’exploration des parcours professionnels et à l’approfondissement du projet professionnel personnel. Il est complété par une journée internationale consacrée à la découverte des opportunités de mobilité académique et professionnelle, ainsi que par des conférences métiers animées par des professionnels et partenaires industriels.

L’évaluation repose sur le développement d’un e-portfolio individuel et sur une présentation orale individuelle du projet professionnel devant un jury composé d’enseignants-chercheurs, d’experts en ressources humaines et de partenaires industriels.

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