Atelier Traitement du signal - captronic.fr · Traitement analogique du signal Capteurs Actionneurs...

of 66 /66
Atelier Traitement du signal INSTN – Saclay – 5 & 6 Juin 2012

Embed Size (px)

Transcript of Atelier Traitement du signal - captronic.fr · Traitement analogique du signal Capteurs Actionneurs...

  • Atelier Traitement du signal

    INSTN Saclay 5 & 6 Juin 2012

  • Introduction

    Michel Robiolle Captronic

    - Les nouveauts de l'offre Captronic- Le programme des deux journes

    8h45

    9h15

    9h30

    9h45

    10h15

    11h00

    11h15

    12h15

    12h30

    9

    8

    7

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    14h00

  • 8h45 - 9h15 Accueil & caf

    9H15 - 9h30(Captronic) Introduction

    9h30 - 9h45 Tour de table, expriences et attentes des participants

    9h45 - 10h05 (Alciom) Introduction au traitement du signal

    10h05 - 11h00(Alciom) Architecture lectronique pour le traitement du signal

    11h00 - 11h15 Pause

    11h15 12h15 (Alciom) Les signaux chantillonns

    12h15 - 12h30 Questions-rponses

    12h30 -14h00 Djeuner

    Agenda : Mardi 5 juin / Matine

  • 14h00 - 14h30(Analog Devices) Synthse de L'offre d'ADI pour le traitement du signal 14h30 15h45 (Analog Devices) La conversion A/D et D/A

    15h45 16h00 Pause

    16h00 - 17h00(Alciom) Un outil gratuit adapt au traitement du signal : SciLab

    17h00 - 17h30 Questions-rponses et clture de la journe

    Agenda : Mardi 5 juin / Aprs-midi

  • 9h00 - 9h15 Accueil & caf

    9H15 - 10h15(Alciom) Le filtrage numrique

    10h15 - 10h30 Pause

    10h30 - 11h00 (Texas Instrument) Synthse de l'offre analogique de TI pour les applications de traitement du signal

    11h00 - 12h15(Texas Instrument) Les processeurs embarqus et le traitement du signal

    12h15 - 12h30 Questions-rponses

    12h30 -14h00 Djeuner

    Agenda : Mercredi 6 juin / Matine

  • 14h00 - 14h45(Alciom) Exemples d'autres algorithmes frquemment utiles

    14h45 - 15h15(National Instrument) Synthse de l'offre NI pour le traitement du signal

    15h15 15h30 Pause

    15h30 16h45 (National Instrument) L'utilisation de Labview pour le traitement du signal

    16h45 17h00 (Alciom) Synthse de l'atelier

    17h00 - 17h30 Questions-rponses et clture de la journe

    Agenda : Mercredi 6 juin / Aprs-midi

  • Tour de table

    Vous, votre socit, vos expriences, vos attentes...

    8h45

    9h15

    9h30

    9h45

    10h05

    11h00

    11h15

    12h15

    12h30

    9

    8

    7

    6

    5

    4

    32

    1

    14h00

  • Introduction au traitement du signal

    Robert Lacoste - ALCIOM

    Rapide prsentation d'Alciom Les limites de cet atelier Qu'est ce que le traitement du signal ? Panorama des applications Panorama des algorithmes typiques Quelques ordres de grandeurs conomiques

    8h45

    9h15

    9h30

    9h45

    10h05

    11h00

    11h15

    12h15

    12h30

    9

    8

    7

    6

    5

    4

    32

    1

    14h00

  • Introduction au traitement du signalRapide prsentation d'Alciom

    Conseil, R&D sous contrat et tudes amont en lectronique Spcialistes des signaux mixtes:

    Systmes sans fil Acquisition de signaux Systmes embarqus Hyperfrquences Electronique rapide Transceivers intgrs Synthse de frquence FPGA & DSP Ultra-basse consommation

    Experts certifis par ADI, TI, Microchip, Cypress & Freescale Labelliss SRC, accrdits Crdit Impt Recherche, experts Captronic 120 clients depuis 2003, 60% PME & startups, 15 prix internationaux L'quipe: 4 ingnieurs & une assistante, CA 600K, bass Chaville (92)

  • Introduction au traitement du signalLes limites de cet atelier...

    Attention: En deux jours vous ne serez pas des experts...

    L'objectif est de vous donner une culture gnrale du domaine pour:

    Comprendre l'intrt et les limites du traitement du signalIdentifier les projets pouvant en bnficier utilementVous lancer et dvelopper des applications simplesEt au moins comprendre les solutions proposes par vos partenaires

    Atelier utilisant le moins de mathmatiques possible... mais avec commme consquence des approximations et des simplifications.

    Un expert est une personne qui a commis toutes les erreurs possibles

    dans un domaine trs restreint.(Niels Bohr)

  • Introduction au traitement du signalQu'est ce que le traitement de signal ?

    Capteurs ActionneursTraitementanalogiquedu signal

    Capteurs ActionneursTraitementnumriquedu signalA

    DC

    DA

    C

    Actionneurs01011 11011

    Les signaux rels sont (quasiment) toujours analogiques

    Le traitement numrique du signal consiste : Discrtiser (numriser) les signaux d'entre Les traiter sous une forme numrique Rgnrer des signaux analogiques pour les sorties

  • Introduction au traitement du signalQu'est ce que le traitement du signal ?

    Les avantages du traitement numrique?

    Prcision et stabilit des traitements Complexit virtuellement non limite Flexibilit / adaptabilit des traitements Intgration aise des fonctions sur une puce, peu de composants externes Rduction de cot

    Et les inconvnients?

    Etapes de discrtisation non parfaites Comptences pluridisciplinaires ncessaires Consommation & dissipation souvent plus importante Performances potentiellement limites Risque d'oublier les fondamentaux analogiques et la nature des signaux...

  • Introduction au traitement du signalQu'est ce que le traitement du signal ?

    Digital Signal Processing DSP=Digital Signal Processor

    Un Digital Signal Processor est un composant spcifiquement optimis pour excuter des algorithmes de traitement du signal

    Par contre il est tout fait possible d'excuter des algorithmes de type Digital Signal Processing sur un autre type de composant: microcontrleur, processeur gnrique, FPGA, PC, etc

    Pour cet atelier: DSP=Digital Signal Processor, sinon traitement (numrique) du signal

  • Modems

    Contrle demoteurs

    Automatiqueet rgulation

    Introduction au traitement du signalPanorama des applications

    Traitement du son,SONAR

    Reconnaissanced'images

    Reconnaissancede la parole

    Protocoles sans fil(OFDM,...)

    Tlcom(galisation,...)

    RADAR,contre-mesures

    Mdical (ECG, EEG,...)

    Traitementd'images

    Physique (mto, gophysique,...)

    Signaux vido

    Signaux audio

    Signaux physiques

    Signaux lectriques

    Signaux radio

    Compression du son(MP3, etc)

    Alimentationsintelligentes

    Dmodulation(GPS, SDR, ...)

    Annulation d'cho

    Rduction desinterfrences

    Compression vido(MP4, etc)

  • Introduction au traitement du signalPanorama des algorithmes typiques

    Les grandes classes d'algorithmes de traitement du signal?

    Filtrage (FIR, IIR, CIC, moyennage,...)

    Traitements temporels (Diffrentiation, intgration,...)

    Changement de dbit (dcimation, interpolation,...)

    Transformation temps/frquence (FFT, DFT, ondelettes,...)

    Dtection (reconnaissance de pattern, de frquence, dtection synchrone,...)

    Dtection et correction d'erreurs (Hamming, Viterbi, Turbo-codes,...)

    Compression / Dcompression

    Dtection et annulation d'artefacts (annulation d'cho,...)

    Modulation / Dmodulation (FSK/PSK, modulation I/Q, AGC,...)

    Boucles de rgulation (PID, PLL,...)

    Synthse de signaux (DDS, NCO, ARB,...)

  • Introduction au traitement du signalQuelques ordres de grandeurs conomiques

    Attention : ne concerne que les DSP en eux-mmeAttention : donnes un peu anciennes, mais les ordres de grandeur sont interessants...Sources : http://www.fwdconcepts.com/DSP%2709/ (2009), Databeans (2010)

    http://www.fwdconcepts.com/DSP%2709/

  • Architecture lectronique pour le traitement du signal

    Robert Lacoste - ALCIOM

    Structure gnrale d'une chane de traitement du signal Les composants critiques DSP, microcontrleur, FPGA : quelle architecture pour quelle application ? Le casse-tte du routage d'une carte signaux mixtes

    8h45

    9h15

    9h30

    9h45

    10h05

    11h00

    11h15

    12h15

    12h30

    9

    8

    7

    6

    5

    4

    32

    1

    14h00

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalStructure gnrale d'une chane de traitement du signal

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    C

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : les amplificateurs

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    C

    Adaptation d'impdance avec le capteur (resp. la sortie) Adaptation de l'amplitude du signal Gain variable si besoin, maximise les performances de la chane Adaptation de l'offset du signal Adaptation d'impdance avec l'entre de l'ADC (resp. la sortie du DAC)

    Attention au produit gain x bande Attention l'impdance d'entre en HF ou en commut de l'ADC!!! Attention la linarit, surtout si risque de signaux forts Attention aux tensions d'offset et courants de fuite, surtout en temprature Hautes frquences: privilgier des structures diffrentielles

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : les amplificateurs

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : les filtres anti-repliement

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    C

    Fondamentaux, mais sujet abord un peu plus tard...

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : ADC et DAC

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    C

    Convertisseur Analogique/Numrique (resp. N/A), le cur de la chane... Des multitudes de familles, des performances amliores tous les jours! La topologie interne importe souvent moins que les spcifications mais pas toujours simple comprendre Les spcifications critiques sont trs diffrentes d'un projet l'autre

    Sujet abord en dtail cet aprs-midi

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : ADC et DAC

    Les paramtres importants ne sont pas les mmes selon les applications! Attention: bruit pic/pic de l'ordre de 7 fois le bruit RMS...

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : ADC et DAC

    Input voltage

    Output code

    +/-DNL

    Theoretical voltage step

    Maximum error : INL

    Petit zoom sur des paramtres souvent mal compris: DNL & INL

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : ADC et DAC

    DC Fs/2F = Inputfrequency

    2 x F 3 x F 4 x F

    SFDR SNRSINAD

    Des paramtres dont nous aurons besoin trs vite:

    SNR thoriquede dc Nyquist: 6,02N+1,76dB ENOB = (SINAD-1,76)/6,02

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : L'horloge

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    C

    L'horloge est critique pour la discrtisation des signaux Contraintes de stabilit, mais aussi et surtout de bruit de phase

    time

    Inputvoltage

    Sampling time jitter

    Measurement noise

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : L'horloge

    Exemple: 20MHz, 79dB jitter tolrable de l'ordre de 0,9ps RMS Attention: le jitter d'une simple porte 74HCT00 est dj de 2,2ps! Privilgier les sources propres: TCXO, voire OCXO, transformateurs,

    transistors non saturs, forts courants moyens, etc

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques : Rfrence de tension

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    C

    Pour applications haute prcision la stabilit de la source est primordiale Pour les applications HF, son filtrage HF est primordial Il peut tre ncessaire de payer plus cher la rfrence que l'ADC...

    Exemple: ADC lent avec 16 bits de rsolution effective, ref=2V Besoin d'utiliser la prcision absolue de l'ADC? Prcision ncessaire de la source = 2.0/216 = +/-15V = +/-7,5ppm Rfrence type AD588 (16$) = 0,01% (100ppm)+1,5ppm/C...

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLes composants critiques

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    C

    Alimentations aussi critiques pour les performances... Sparer, bien sr, numriques et analogiques Ferrites + capacits a minima, et/ou rgulateurs ddis Choisir si besoin des rgulateurs bas bruit Dcouplages adapts au plus prs de chaque pin

    +3V

    3DIG

    +3V

    3AN

    A

    C111uF

    C121uF

    +3.3V / 200mA3

    1

    2

    U4MCP1702T-3302E/MBFarnell=1605558

    L1

    FERRITEFAB=WURTHREFFAB=742792641FARNELL=163-5705 C13

    1uFC14100pF

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalDSP, microcontrleur, FPGA : quelle architecture pour quelle application ?

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    C

    Contraintes hardware(connectivit, consommation,

    encombrement, alimentation, ...

    Puissancede calcul(MOPS)

    TailleMmoire

    (RAM / flash)

    Type de Calculs

    (flottant/entier)

    Cahierdes

    charges

    Conception & Spcificationsalgorithmes

    Simulation

    Savoir-fairede l'quipe

    Contraintesconomiques

    8/16 bit?32 bit ?

    PC?Micro-DSP?

    DSP?FPGA?

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalDSP, microcontrleur, FPGA : quelle architecture pour quelle application ?

    8/16 bit 32 bit micro-DSP DSP FPGA

    Quelques exemples (non limitatif bien sr) :

    Prsentations DSP ddies cet aprs-midi et demain

    8051's

    PIC18/24(Microchip)

    MSP430(TI)

    Etc...

    ARM's(TI/Stellaris, NXP,..)

    Coldfire, powerPC(Freescale)

    MIPS/PIC32(Microchip)

    Etc...

    TMS320C2XXXX(TI)

    TMS320C6000(TI)

    Blackfin,Sharc(ADI)

    Artix/Virtex(Xilinx)

    DsPIC(Microchip)

    MC56F8XX(Freescale)

    DSP56K,StarCore(Freescale)

    Etc... Etc...

    Cyclone/Stratix(Altera)

    ECP(Lattice)

    Etc...

    Beaucoup de solutions mixtes: FPGA+DSP, ARM+DSP, multi-coeur, ARM+FPGA, ARM sur FPGA, etc, etc) Emergence de solutions MPP (Picochip, Kalray, Cavium, ...)

  • RADAR,contre-mesures

    Architecture lctronique pour le traitement du signalDSP, microcontrleur, FPGA : quelle architecture pour quelle application ?

    Contrle demoteurs

    Automatiqueet rgulation Protocoles sans fil(OFDM,...)

    Tlcom(galisation,ADSL,...)

    Mdical (ECG, EEG,...)

    Traitementd'images

    Compression du son(MP3, etc)

    Alimentationsintelligentes Annulation d'cho

    Compression vido(MP4, etc)

    1GOPS

    Reconnaissancede la parole

    Mdical (IRM, scanner.)

    8/16 bit32 bit

    Tlcom(modems )

    Traitement du son,SONAR

    micro-DSPDSP

    FPGA

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalDSP, microcontrleur, FPGA : quelle architecture pour quelle application ?

    Flexibilit des entres/sorties

    8/16 bit

    32 bit

    micro-DSP

    DSP

    FPGA

    Com

    plex

    it d

    e m

    ise

    en o

    euvr

    eMais aussi...

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalDSP, microcontrleur, FPGA : quelle architecture pour quelle application ?

    Cot

    8/16 bit

    32 bit

    micro-DSP

    DSP

    FPGA

    Con

    som

    mat

    ion

    Mais encore...

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalDSP, microcontrleur, FPGA : quelle architecture pour quelle application ?

    8/16 bit

    32 bit

    micro-DSP

    DSP

    FPGA

    Une tentative de synthse, trs schmatique...

    A rserver aux applications trs basiques, ultra faible cot et peu volutives

    Parfait pour les applications basses performances et bas cot, o le traitement du signal n'est qu'annexe. Mmoire importante possible simplement

    Intermdiaire entre un DSP et un microcontrleur, souvent en concurrence avec un 32 bits plus vloce. Peut tre un bon choix pour la consommation.

    La solution sur mesure pour les applications ncessitant performances et aussi grande flexibilit

    A rserver aux applications hautes performances et assez simples fonctionnellement (flot de donnes)

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLe casse-tte du routage d'une carte signaux mixtes

    Rgle d'or: segmenter la surface, et isoler les parties analogiques sensibles loin des perturbateurs (numrique, DC/DC, etc)

    Entre

    Filtrage ADC FPGA Bus Numrique

    Alimentation analogique

    Alimentation gnrale

    perturbpropre

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalLe casse-tte du routage d'une carte signaux mixtes

    Plans de masse: Dans 99,999% des designs, prfrer un plan de masse unique et COMPLET une masse segmente (d'o 4 couches si possible)

    Car si plan de masse segment, alors TOUTES les traces doivent idalement passer sur la zone de raccordement des masses...

  • Architecture lctronique pour le traitement du signalSynthse...

    Entres ProcesseurnumriqueAD

    C

    Vref

    Sorties

    RAM Flash

    Horloge(s)Alimentationsnumriques

    Alimentationsanalogiques

    DA

    CChaque lment peut tre critique, et doit tre tudi avec attention !

    Ne pas ngliger l'analogique...Bien peser les besoins avant de choisir l'architecture

  • 8h45

    9h15

    9h30

    9h45

    10h05

    11h00

    11h15

    12h15

    12h30

    9

    8

    7

    6

    5

    4

    32

    1

    14h00

  • Les signaux chantillonns

    Robert Lacoste ALCIOM

    Temps / frquence, introduction la transforme de Fourier Les bases de l'chantillonnage, et Shannon .... Le repliement de spectre, qu'est ce que c'est ? La conception de filtres anti-repliement Exemples Surchantillonage et dcimation Cas particulier des DAC, effet la discrtisation

    8h45

    9h15

    9h30

    9h45

    10h05

    11h00

    11h15

    12h15

    12h30

    9

    8

    7

    6

    5

    4

    32

    1

    14h00

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    (http://www.iut-bethune.univ-artois.fr/sokol/cours/ser_four/fourier.html)

    La thorie:

    De manire synthtique: Toute fonction priodique physique peut tre dcompose comme une

    somme de sinusoides de frquences F, 2F, etc, avec des amplitudes et des phases donnes

    De mme on peut dcomposer tout chantillon de signal de dure donne en une telle somme (ce qui revient supposer que l'chantillon est une priode d'un signal thorique plus long)

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    Visuellement, sur un signal de 8 points:

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    V

    t

    Time domain Frequency domain

    V

    f

    Signal samplesdigitized at a contant rate

    Amplitude and phaseof sine components

    of increasing frequency

    N real samples N/2 frequency bins (phase & amplitude)

    DFT

    IDFT

    La transforme de Fourier permet de calculer les amplitudes et phases des diffrentes sinusoides de la dcomposition Et vice-versa (fonction symtrique) Sries infinies pour des signaux continus, mais somme finie si signaux discrtiss... En pratique pour des signaux discrtiss: DFT (Discrete Fourier Transform) Ou son algorithme de calcul rapide: FFT (Fast Fourier Transform)

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    V

    t

    Time domain Frequency domain

    V

    f

    Signal de 256 points chantillonn 1Msps(soit une dure de 256s)

    256/2 = 128 frquences, de 1MHz/256=3,906KHz 1MHz/2 = 500KHz par pas de 3,906KHz

    FFT

    IFFT

    Exemple pratique:

    Frquence 0 = Composante DC

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    Time domain Frequency domain

    Une transforme de Fourier manipule de manire naturelle des nombres complexes

    Signal complexe de N couples (I/Q) Spectre complexe (phase/amplitude), DC + N frquences, (ngatives et positives)

    Signal rel de N chantillons Spectre complexe (phase/amplitude), DC + N/2 frquences positives, les frquences ngatives ayant les mmes amplitudes et phases

    V

    t

    Time domain Frequency domain

    V

    fSignal rel

    FFT

    IFFT

  • V

    t

    V

    f

    Input signal Real and imaginaryParts of the amplitude forfrequency bin k

    ConvolutionV

    t

    Numerical sine at frequency k (first with Phase 0 then with phase 90)

    Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    Comment sont calculs les amplitudes et phases?

    Algorithme utilisable directement si une seule frquence est recherche... N multiplications par frquence, d'o N x N oprations FFT = algorithme optimis, seulement N x log(N) oprations...

  • (Source: http://www.esiee.fr/~francaio/enseignement/version_pdf/V_theorie.pdf)

    Quelques transformes de Fourier trs utiles...:

    Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    Exemples effectifs :

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    La magie de la transforme de Fourier: retrouver un signal dans du bruit C'est le processing gain!

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    Une proprit qui nous sera utile:

    Qu'est ce que le produit de convolution?

    * =

  • Les signaux chantillonnsTemps / frquence, introduction la transforme de Fourier

    La magie de Fourier et des convolutions...

    La TF d'une convolution est...le produit terme terme des TF de chacune des deux fonctions

    FFT

    FFT

    X

    IFFT

    *

    3x512xlog(512)+512=10 094 multAu lieu de 512x512=262 144 multiplications...

  • Les signaux chantillonnsLes bases de l'chantillonnage, et Shannon ....

    L'chantillonnage consiste transformer un signal analogique (continu) en signal numrique (discret), en capturant des valeurs intervalle de temps rgulier

    (source : wikipedia)

    Seules les informations prsentes sur les points de capture sont enregistres Tout le reste est perdu !

  • Mathmatiquement :

    L'chantillonnage revient multiplier le signal par un peigne de Dirac

    Les signaux chantillonnsLes bases de l'chantillonnage, et Shannon ....

  • Dans le domaine frquentiel, cela revient convoluer le signal par un mme peigne de Dirac

    Le spectre du signal initial est rpt l'infini...

    X

    Les signaux chantillonnsLes bases de l'chantillonnage, et Shannon ....

  • Les signaux chantillonnsLe repliement de spectre, qu'est ce que c'est ?

    Consquence :

    Si chantillonnage frquence Fs, alors absolument rien ne diffrentie :

    un signal de frquence F

    Un signal de frquence Fs+F

    Un signal de frquence Fs-F

    Un signal de frquence 2Fs+F

    Etc etc...

    C'est le phnomne d'aliasing

    Fs

    F

    Fs+F

    Fs-F

    2Fs+F

  • Les signaux chantillonnsLe repliement de spectre, qu'est ce que c'est ?

    Comprendre l'aliasing dans le domaine temporel :

  • Les signaux chantillonnsLe repliement de spectre, qu'est ce que c'est ?

    Comprendre l'aliasing dans le domaine frquentiel :

    Un ADC ne peut s'utiliser que dans UNE zone de Nyquist bien dfinie

    En gnral c'est la premire Filtre passe-bas coupant partir de Fs/2

    Mais cela peut tre aussi n'importe quelle autre bande (filtre passe bande) : c'est le sous-chantillonnage (undersampling).

    1st Nyquist

    zone2nd Nyquist

    zone3rd Nyquist

    zone4th Nyquist

    zone

    Fs 2 x FsFs/2 1.5 x FS

  • Les signaux chantillonnsLa conception de filtres anti-repliement - Exemples

    Exemple :

    Utilisation d'un ADC 125Msps type AD9265 Numrisation d'un signal utile de 0 20MHz Perturbateurs prsents potentiellement toute frquence, de mme amplitude Souhait d'utiliser toutes les performances de l'ADC sans dgradation notable

    Quel filtre anti-repliement?

  • Les signaux chantillonnsLa conception de filtres anti-repliement - Exemples

    Les spcifications du filtre idal :

    SINAD de l'ADC=78,7dBFS, donc rjection ncessaire aprs 62.5Mhz > 78dB Gain error = 0,4% (en tension), donc stabilit dans la bande passante meilleure

    que 1,004 au carr soit 0,03dB

    Fs125Msps

    Fs/262.5MHz

    DC

    -78dB

    -0.03dB-3dB

    20MHz

  • Les signaux chantillonnsLa conception de filtres anti-repliement - Exemples

    Coupure 3dB un peu plus haute que 20MHz, typiquement 25MHz 75dB d'attenuation ncessaires sur log

    2(62.5/25)=1,3 octave...

    Rappel : Filtre d'ordre 1 = 6dB/octave d'attenuation

    D'o besoin d'un filtre d'ordre 75/(6 x 1,3) = 9,6 ordre 10 !

    Fs125Msps

    Fs/262.5MHz

    DC

    -78dB

    -0.03dB-3dB

    25MHz

    10-pole filter : 60dB/octave

    20MHz

  • Les signaux chantillonnsSurchantillonage et dcimation

    Difficult de raliser des filtres anti-aliasing aussi raides et cots levs D'o la solution du sur-chantillonnage :

    Frquence de numrisation largement suprieure 2 x Fmax Le filtre anti-repliement ainsi simple Filtre numrique permettant de rduire ensuite la bande passante Dcimation finale pour rduire le dbit binaire

    Exemple : cartes audio 192Ksps...

    AD

    C

    Dcim0-20KHz

    Fc 20KHz, ordre 3 Fs=192Ksps Fc 20KHz,numriqueFin=192spsFout=192/4=48ksps

    AD

    C0-20KHzFc 20KHz, ordre >8 Fs=48Ksps

  • Les signaux chantillonnsSous-chantillonnage

    Sous-chantillonnage = utilisation d'une zone de Nyquist autre que la premire Exemple :

    Attention : l'ADC doit avoir une bande passante analogique suffisante...

    Source: http://www.pentek.com/pildocs/6982/techother/putundersamp.pdf

    AD

    C0 25MHz

    Fs=50Msps

    AD

    C100 125MHz

    Fs=50Msps

    http://www.pentek.com/pildocs/6982/

  • Questions / Rponses8h45

    9h15

    9h30

    9h45

    10h05

    11h00

    11h15

    12h15

    12h30

    9

    8

    7

    6

    5

    4

    32

    1

  • Djeuner...8h45

    9h15

    9h30

    9h45

    10h05

    11h00

    11h15

    12h15

    12h30

    9

    8

    7

    6

    5

    4

    32

    1

    14h00

  • 5, parvis Robert Schuman Robert Lacoste92370 Chaville Tel : 01 47 09 30 51www.alciom.com Mail : [email protected]

    Experts en signaux mixtes

    Diapo 1Diapo 2Diapo 3Diapo 4Diapo 5Diapo 6Diapo 7Diapo 8Diapo 9Diapo 10Diapo 11Diapo 12Diapo 13Diapo 14Diapo 15Diapo 16Diapo 17Diapo 18Diapo 19Diapo 20Diapo 21Diapo 22Diapo 23Diapo 24Diapo 25Diapo 26Diapo 27Diapo 28Diapo 29Diapo 30Diapo 31Diapo 32Diapo 33Diapo 34Diapo 35Diapo 36Diapo 37Diapo 38Diapo 39Diapo 40Diapo 41Diapo 42Diapo 43Diapo 44Diapo 45Diapo 46Diapo 47Diapo 48Diapo 49Diapo 50Diapo 51Diapo 52Diapo 53Diapo 54Diapo 55Diapo 56Diapo 57Diapo 58Diapo 59Diapo 60Diapo 61Diapo 62Diapo 63Diapo 64Diapo 65Diapo 66