Syst mes lectroniques
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Systèmes électroniques. Introduction Fonctions électroniques analogiques amplification, filtrage, oscillation Conversion Analogique-Numérique Fonctions numériques Microprocesseur. [email protected] Exemple de système. Digital Camera. Exemple de système.

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Systèmes électroniques

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Presentation Transcript


Syst mes lectroniques

Systèmes électroniques

Introduction

Fonctions électroniques analogiques

amplification, filtrage, oscillation

Conversion Analogique-Numérique

Fonctions numériques

Microprocesseur

[email protected]

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Exemple de syst me

Exemple de système

Digital Camera

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Exemple de syst me1

Exemple de système

Capteur:CCD image sensor

zone active

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Exemple de syst me2

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


Exemple de syst me3

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


Exemple de syst me4

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


Exemple de syst me5

Exemple de système

Capteur:acquisition

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Exemple de syst me6

Exemple de système

Capteur:transfert vers les registres

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Exemple de syst me7

Exemple de système

Capteur:transfert de la première ligne

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Exemple de syst me8

Exemple de système

Capteur:transfert horizontal de la première ligne

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Exemple de syst me9

Exemple de système

Capteur:transfert horizontal de la première ligne

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

Exemple de système

Capteur: transfert des charges

N

P

Energie

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

Exemple de système

Capteur: transfert des charges

N

P

Energie

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

Exemple de système

Capteur: transfert des charges

N

P

Energie

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

Exemple de système

Capteur: transfert des charges

N

P

Energie

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

Exemple de système

Capteur: transfert des charges

N

P

Energie

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

Exemple de système

Capteur: transfert des charges

N

P

Energie

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

Exemple de système

Capteur: transfert des charges

N

P

Energie

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

Exemple de système

Capteur: transfert des charges

N

P

Energie

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Introduction

v(t)

t

t

introduction

  • électronique analogique/numérique

  • conversion analogique/numérique

  • échantillonnage

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Introduction1

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


Mat riau sc

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


Mat riau sc1

matériau SC

hn

cristal de Si à la température T

As

Si

dopage

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Mat riau sc2

matériau SC

conduction dans les matériaux SC

  • conduction par champ électrique (dérive)

E

  • conduction par diffusion

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Jonction pn

jonction PN

P

N

E

B-

As+

conduction

par champ

diffusion

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Jonction pn1

jonction PN

P

N

E

conduction

par champ

diffusion

courant intense

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Jonction pn2

jonction PN

P

N

E

conduction

par champ

diffusion

courant faible

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Jonction pn3

jonction PN

i

P

N

i

v

v

i

i

R

v

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

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


Syst mes lectroniques

fonctionnement linéaire

Vs

blocage

saturation

Ve

circuits linéaires

composant de base : le transistor

circuits logiques

électronique de puissance

autres (timer, …)

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s

circuits intégrés

gravure

(HF ou plasma)

substrat (Si)

oxyde (SiO2)

résine

UV

masque

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s1

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


Circuits int gr s2

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


Circuits int gr s cmos

circuits intégrés CMOS

nMOS

technologie CMOS

pMOS

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s cmos1

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


Circuits int gr s cmos2

circuits intégrés CMOS

exemple : inverseur

Valim

Valim

pMOS

E

S

E

S

nMOS

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s cmos3

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


Circuits int gr s cmos4

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


Circuits int gr s cmos5

circuits intégrés CMOS

exemple : inverseur

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s cmos6

circuits intégrés CMOS

exemple : inverseur

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s cmos7

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


Circuits int gr s cmos8

circuits intégrés CMOS

exemple : porte NAND

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s cmos9

A=1 ou B=1

A=0 et B=0

circuits intégrés CMOS

exemple : porte NOR

Valim

A

0

0

1

1

B

0

1

0

1

S

1

0

0

0

A

S=0

B

S

S=1

A

S

B

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s cmos10

circuits intégrés CMOS

exemple : porte NOR

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s3

circuits intégrés

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s4

circuits intégrés

évolution du nombre de transistors des µP Intel

P-III

P-II

P

80486

8086

8080

4004

1990

1980

2000

1971

loi de Moore :

Ntr est multiplié par 1,4 par an

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s5

circuits intégrés

évolution de la fréquence d'horloge des µP Intel

MHz

P-III

P-II

P

80486

8086

8080

1971

2000

1980

1990

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s6

circuits intégrés

1972: 2500 transistors

2000: >10 000 000 transistors

4004

P-II

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s7

circuits intégrés

(nm)

(en millions)

(mm2)

(W)

(V)

(MHz)

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s8

composant

circuits intégrés

hiérarchie

système

fonction

porte

circuit

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s9

salle blanche

fours de diffusion

masque de lithographie

wafer

circuits intégrés

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Circuits int gr s10

circuits intégrés

boitiers

"bonding"

boitier DIL

Systèmes Electroniques - 2002-2003


Microsyst mes

microsystèmes

Systèmes Electroniques - 2002-2003


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