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Systèmes électroniques

Systèmes électroniques. Introduction Fonctions électroniques analogiques amplification, filtrage, oscillation Conversion Analogique-Numérique Fonctions numériques Microprocesseur. Frederic.Gaffiot@ec-lyon.fr. Exemple de système. Digital Camera. Exemple de système.

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Presentation Transcript

  1. Systèmes électroniques Introduction Fonctions électroniques analogiques amplification, filtrage, oscillation Conversion Analogique-Numérique Fonctions numériques Microprocesseur Frederic.Gaffiot@ec-lyon.fr Systèmes Electroniques - 2002-2003

  2. Exemple de système Digital Camera Systèmes Electroniques - 2002-2003

  3. Exemple de système Capteur:CCD image sensor zone active Systèmes Electroniques - 2002-2003

  4. Exemple de système Capteur:Effet Photoélectrique photon photon Conduction Band 1.26eV énergie   Valence Band : trou -: électron Les porteurs générés thermiquement sont indissociables des porteurs générés par effet photoélectrique : courant d ’obscurité Le silicium est transparent pour les longueurs d ’onde supérieures à 1µm Systèmes Electroniques - 2002-2003

  5. Exemple de système Capteur:CCD (charge coupled device) Interline Transfer zone photosensible registre Phase 1: acquisition Phase 2: transfert vers les registres Phase 3: transfert de la 1ère ligne vers le registre horizontal Phase 4: nouveau transfert Systèmes Electroniques - 2002-2003

  6. Exemple de système Capteur:CCD (charge coupled device) Frame Transfer zone image zone registre Les n lignes sont transfèrées dans les registres en n coups d ’horloge Systèmes Electroniques - 2002-2003

  7. Exemple de système Capteur:acquisition Systèmes Electroniques - 2002-2003

  8. Exemple de système Capteur:transfert vers les registres Systèmes Electroniques - 2002-2003

  9. Exemple de système Capteur:transfert de la première ligne Systèmes Electroniques - 2002-2003

  10. Exemple de système Capteur:transfert horizontal de la première ligne Systèmes Electroniques - 2002-2003

  11. Exemple de système Capteur:transfert horizontal de la première ligne Systèmes Electroniques - 2002-2003

  12. Exemple de système Capteur: transfert des charges SiO2 N P Photons incidents Les photons génèrent des paires électron-trou. Les electrons sont accumuléssous les électrodes de potentiel le plus élevé. Systèmes Electroniques - 2002-2003

  13. Exemple de système Capteur: transfert des charges Charge accumulée N P Energie Les charges occupent les zones de potentiel le plus élevé Systèmes Electroniques - 2002-2003

  14. Exemple de système Capteur: transfert des charges N P Energie Systèmes Electroniques - 2002-2003

  15. Exemple de système Capteur: transfert des charges N P Energie Systèmes Electroniques - 2002-2003

  16. Exemple de système Capteur: transfert des charges N P Energie Systèmes Electroniques - 2002-2003

  17. Exemple de système Capteur: transfert des charges N P Energie Systèmes Electroniques - 2002-2003

  18. Exemple de système Capteur: transfert des charges N P Energie Systèmes Electroniques - 2002-2003

  19. Exemple de système Capteur: transfert des charges N P Energie Systèmes Electroniques - 2002-2003

  20. Exemple de système Capteur: transfert des charges N P Energie Systèmes Electroniques - 2002-2003

  21. Exemple de système Capteur: transfert des charges N P Energie Systèmes Electroniques - 2002-2003

  22. v(t) t t introduction • électronique analogique/numérique • conversion analogique/numérique • échantillonnage Systèmes Electroniques - 2002-2003

  23. V(f) V(f) f f fmax fmax introduction filtre PB 3,4 kHz éch. 8 kHz 2.048 Mbits/s 64 kbits/s CAN 8 bits mux 32 voies CAN 8 bits v1(t) v*(t) t t 32 ech.=125µs 1 ech.=125µs Systèmes Electroniques - 2002-2003

  24. matériau SC Colonne IV: Si, Ge Alliages III-V: AsGa, InP le nombre de porteurs pouvant participer à la conduction est modulable : • par apport d ’énergie thermique ou lumineuse • en dopant le matériau (impuretés de la colonne V (As, P…) ou III (Ga, B…) dans la maille cristalline Systèmes Electroniques - 2002-2003

  25. matériau SC hn cristal de Si à la température T As Si dopage Systèmes Electroniques - 2002-2003

  26. matériau SC conduction dans les matériaux SC • conduction par champ électrique (dérive) E • conduction par diffusion Systèmes Electroniques - 2002-2003

  27. jonction PN P N E B- As+ conduction par champ diffusion Systèmes Electroniques - 2002-2003

  28. jonction PN P N  E conduction par champ diffusion courant intense Systèmes Electroniques - 2002-2003

  29. jonction PN P N E  conduction par champ diffusion courant faible Systèmes Electroniques - 2002-2003

  30. jonction PN i P N i v v i i R v Systèmes Electroniques - 2002-2003

  31. G S D N P N P N P E B C composant de base : le transistor bipolaire MOS D Ic C Ids Ib Vce Vds B Vgs S E Ic Ids Ib Vg Vce Vds Systèmes Electroniques - 2002-2003

  32. 1er modèle : interrupteur commandé C D composant de base : le transistor Ic Ids G Ib Vce Vds B S E Vgs Ip Xc Vp Xc « petit »: interrupteur ouvert (Ip=0) Xc « grand »: interrupteur fermé (Vp=0) Systèmes Electroniques - 2002-2003

  33. Ic Ids Ib Vg composant de base : le transistor Vce Vds R R Ip=0 Ip=Vdd/R Vs=Vdd Vs=0 0 1 Systèmes Electroniques - 2002-2003

  34. Vdd Ic=0 composant de base : le transistor Ib=0 VceVdd R Ve=0 Vdd Vdd Vs Ve Ids=0 VdsVdd Vgs=0 Systèmes Electroniques - 2002-2003

  35. Vdd Ic composant de base : le transistor Ib Vce0 R Ve=Vdd Vdd Vdd Vs Ve Ids0 Vds0 Vgs=Vdd Systèmes Electroniques - 2002-2003

  36. 2ème modèle : source de courant contrôlée C D composant de base : le transistor Ic Ids G Ib Vce Vds B S Vgs E B G Ib Vgs Ic =  Ib Ids = f(Vgs) Systèmes Electroniques - 2002-2003

  37. 2ème modèle : source de courant contrôlée composant de base : le transistor Vdd Ic Ic Ib Ib Vce Vs= Vce Ve Vbe Vs B S Ve Systèmes Electroniques - 2002-2003

  38. fonctionnement linéaire Vs blocage saturation Ve circuits linéaires composant de base : le transistor circuits logiques électronique de puissance autres (timer, …) Systèmes Electroniques - 2002-2003

  39. circuits intégrés gravure (HF ou plasma) substrat (Si) oxyde (SiO2) résine UV masque Systèmes Electroniques - 2002-2003

  40. circuits intégrés dépôt poly-Si dépôt d'oxyde ouverture des contacts gravure poly-Si oxydation gravure gravure oxyde mince dépôt de métal oxydation (grille) implantation-diffusion gravure du métal Systèmes Electroniques - 2002-2003

  41. Dt I C DV circuits intégrés deux grandes familles technologiques: CMOS et bipolaire diminution du paramètre techno. diminution des tensions compromis vitesse - consommation Systèmes Electroniques - 2002-2003

  42. circuits intégrés CMOS nMOS technologie CMOS pMOS Systèmes Electroniques - 2002-2003

  43. D G Vgs S S D S D circuits intégrés CMOS D G Vgs S nMOS pMOS VgsVdd Vgs-Vdd Vgs  0 Vgs  0 Systèmes Electroniques - 2002-2003

  44. circuits intégrés CMOS exemple : inverseur Valim Valim pMOS E S E S nMOS Systèmes Electroniques - 2002-2003

  45. E 0 1 S 1 0 E=1 E=0 circuits intégrés CMOS exemple : inverseur Valim S=0 E S E S S=1 Systèmes Electroniques - 2002-2003

  46. circuits intégrés CMOS exemple : inverseur grille Valim n+ n+ p+ p+ E S substrat p caisson n Vref transistor n transistor p Systèmes Electroniques - 2002-2003

  47. circuits intégrés CMOS exemple : inverseur Systèmes Electroniques - 2002-2003

  48. circuits intégrés CMOS exemple : inverseur Systèmes Electroniques - 2002-2003

  49. A=1 et B=1 A S A=0 ou B=0 B circuits intégrés CMOS exemple : porte NAND A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 S 1 1 1 0 Valim S=0 A B S S=1 Systèmes Electroniques - 2002-2003

  50. circuits intégrés CMOS exemple : porte NAND Systèmes Electroniques - 2002-2003

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