Diplôme d’ingénieur en Physique et systèmes microélectroniques

Acquis de la formation

Ce module reprend les cours d’électricité de niveau Bac+2 et introduit les composants de bases de l’électronique : de la jonction PN jusqu’aux transistors.
A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Décrire le fonctionnement des diodes de signal, Zener, Schotky.
• Décrire le fonctionnement des transistors bipolaires, et à effet de champs (à jonction et à grille isolée)
• Calculer le point de repos d’un circuit électrique comprenant au plus 2 composants non linéaires (diode et/ou transistors),
• D’identifier des fonctions analogiques de bases à diode (calage, redressement, logique, référence de tension…)
• D’utiliser un transistor pour réaliser un amplificateur de tension.
• D’identifier la configuration dynamique de l’amplificateur, et de quantifier ses performances (gain en tension, impédance d’entrée, impédance de sortie, bande passante) à l’aide d’un modèle petit signal.
• D’utiliser de te dimensionner des condensateurs de couplage et de découplage

Contenu

• Calcul de circuit : Théorème fondamentaux, présentation des composants de base, Equivalent Thevenin/Norton, notion de condensateur de couplage/découplage
• Diodes :

1. De la jonction PN idéal à la diode réelle,
2. Diodes Zéner, Schoktty
3. Polarisation d’une diode, montages à diodes de bases
4. Zéner en inverse, Effet tunnel, Effet d’avalanche, notion de résistance dynamique

• Transistors bipolaires :

1. Présentation, fonctionnement
2. Modélisation statique, Mode de polarisation
3. Le transistor en interrupteur : introduction (complété dans le module N1)
4. Le transistor en amplificateur :

– Principe, modèle dynamique,
– Les configurations d’amplificateur et leurs caractéristiques,
– Amplificateur multi-étages

• Le transistor à effet de champs :

1. JFET, MOSFET : principe de fonctionnement, polarisation, modèle dynamique

• Amplificateur de tension à étage

Prérequis

• Physique générale de niveau Bac+2 : notion d’ARQS, Calcul de circuits, Régimes transitoires 1er et 2nd ordre, Diagramme de Bode, Notion d’impédance.
• Module P1

Pédagogie

CM : 10h / TD : 8h / TP : 8h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 3h

Bibliographie

Livre d’électronique de prépa (calcul de circuit)/ J. Blot / Allen, chapitre XXX

Acquis de la formation

L’objectif de ce module est de présenter l’AOP. L’accent est d’abords mis sur sa mise en oeuvre dans les montages de bases, en insistant sur la notion de compromis gain/bande et la gestion des modes communs. Ensuite, lors de l’étude de l’architecture interne d’un AOP, les briques de bases de l’électronique analogique sont présentées et étudiées.
A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Mettre en oeuvre un AOP dans un montage amplificateur de tension en gérant les problématiques de mode commun, de slew-rate, de bande passante, d’offset.
• Choisir un AOP à partir d’une documentation technique et d’un cahier des charges pour une application donnée.
• Déterminer le rôle d’une fonction analogique mettant en oeuvre un ou plusieurs AOP(s).
• Identifier le régime de fonctionnement d’un AOP dans un montage et comprendre les rôles de la rétroaction.
• Quantifier et corriger un problème de stabilité lorsqu’une rétroaction (ou plusieurs) sont présentes.
• Analyser qualitativement une architecture interne d’AOP et faire le lien entre cette architecture et les performances de l’AOP.
• D’expliquer la nécessité et décrire le principe d’une compensation fréquentielle.

Contenu

Mise en oeuvre d’un amplificateur opérationnel :

• Présentation du composant AOP (caractère idéal, non-idéalités : origine, OdG, conséquences)
• Rétroaction et conséquence, fonctionnement en régime linéaire et saturation
• Montages de base en régime linéaire et non-linéaire
• Performances dynamiques et analyse de la stabilité des montages de base en régime linéaire
• Gestion des tensions de mode commun

Architecture interne d’un amplificateur

• Briques analogiques de base : paire différentielle, charge active, référence et miroir de courant, étage de sortie push/pull de classe A, B et AB.
• Effet Miller et son utilisation pour la compensation fréquentielle d’un AOP
• Analyse de quelques architectures internes

Prérequis

A1 (Transistors et étages amplificateurs) / MS1 (Transformée de Laplace) / MS4 (Automatique)

Pédagogie

CM : 12h / TD : 6h / TP : 8h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 3h

Bibliographie

– Bouquin d’elec de prépa (AOP)
– Horowitz, chapitre XXX
– Allen, chapitre XXX

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Concevoir et optimiser des circuits et fonctions complexes combinatoires
• Réaliser une maquette dont les fonctions implémentées sur CPLD interprètent des valeurs fournies en entrées par des périphériques et gèrent les affichages et actionneurs en sortie.

Contenu

Représentation des nombres

• Décimal, binaire, octal, hexadécimal…
• Passage entre les bases.
• Représentations des nombres signés, en virgule fixe et virgule flottante

Fonctions logiques et opérations de base

Simplification des fonctions logiques

• Méthode algébrique
• Méthode de Karnaugh

Circuits combinatoires usuels

• Encodeur/Décodeur,
• Transcodeurs,
• Multiplexeur/Démultiplexeur

Opérations et circuits arithmétiques

• Additionneur binaire (half & full adders)
• Soustracteur binaire (half & full)
• Additionneur/Soustracteur

Technologie des Circuits intégrés numériques

• TTL : circuits logiques à diodes et transistors bipolaires
• CMOS : circuits logiques à transistors MOS
• Autres : BiCMOS,…

Circuits Programmables – CPLD

• Architecture CPLD CoolRunner – Xilinx
• Introduction et prise en main de ISE

Prérequis

• Connaissance de l’algèbre de Boole. / Physique générale de niveau bac+2.
• A1 : Calcul de circuits, Diodes.

Pédagogie

• Cours dynamique avec exemples à l’appuie
• TP/projet dont les objectifs sont fixés dès le début et dont les objectifs sont atteints progressivement au travers des enseignements en parallèle.

Lien évaluation-compétences

• 20% : évaluation 1er partiel axé représentation des nombre et technologies des circuits numériques
• 40% : évaluation 2ème partiel axé sur la conception et optimisation de circuits combinatoires
• 40% : évaluation pratique axée sur la réalisation sur maquette et outil de conception et d’implémentation de logique matérielle sur carte programmable.

Bibliographie

Logique combinatoire et séquentielle : méthodes, outils et réalisation, Claude Brie, 2003.

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Comprendre les bases de la logique séquentielle : concept des bascules et ses applications dans des circuits classiques (registres et compteurs)
• Expliquer le fonctionnement d’une machine d’état.
• Implémenter ces concepts sur FPGA dans un projet de TP

Contenu

Les bascules

• Bascules bistables RS, D, JK, T…/ Monostable / Astable/ Bascule de Schmitt

Les compteurs

Les compteurs asynchrones/ synchrones
Les compteurs intégrés (TTL, CMOS)

Application des compteurs

• Diviseur de fréquence / Mesure de fréquence
• Mesure du temps / Horloge numérique

Les registres

• Mode opératoire série ou parallèle

1. Ecriture et lecture en parallèle /Ecriture et lecture en série (registre à décalage)
2. Ecriture en série et lecture en parallèle
3. Ecriture d’un mot dans un registre /Lecture d’un mot contenu dans un registre

• Etude de registres en circuits intégrés 74164/94

Application des registres

• Conversion S/P et P/S
• Ligne à retard
• Multiplication et division par 2n
• Compteur en anneau et compteur Johnson
• Génération de séquences pseudo-aléatoires

Introduction aux machines d’états (Moore, Mealy)

Prérequis

N1: Conception et mise en oeuvre de circuits numériques combinatoires sur composant programmable de type CPLD

Pédagogie

• Cours dynamique avec exemples à l’appuie
• TP/projet dont les objectifs sont fixés dès le début et dont les objectifs sont atteints progressivement au travers des enseignements en parallèle.

Lien évaluation-compétences

• 30% : évaluation 1er partiel axé éléments séquentiels et leurs applications (bascules et compteurs)
• 30% : évaluation 2ème partiel axé registres, leurs applications et machines d’états
• 40% : évaluation pratique axée sur la conception d’une architecture incluant des éléments de calculs, de mémoire et de contrôle (machine d’états) implémentée sur FPGA.

Bibliographie

• Logique combinatoire et séquentielle : méthodes, outils et réalisations, Claude Brie, Ellipses, 2003.
• Electronique numérique – Architecture, VHDL, technologie des circuits programmables, Antoine d’Hermies, Dunod 2020

Acquis de la formation

Ce module s’inscrit dans la continuité du cours de physique quantique de MP/PC. Une mise à niveau sera prévue pour les étudiants issus de la filière PSI. L’objectif du module est de fournir aux étudiants les notions et les outils nécessaires à la compréhension des dispositifs électroniques à base de matériaux semiconducteurs dopés (dispositifs vus dans le module A1). A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Résoudre l’équation de Schrödinger dans les cas d’école simples : puits de potentiel (de profondeur finie et infiniment profond), marche de potentiel, effet tunnel, oscillateur harmonique
• Comprendre, modéliser et analyser une jonction PN

Contenu

• Mécanique quantique : équation de Schrödinger stationnaire et application aux cas d’écoles (puits infiniment profond, puits de profondeur finie, effet tunnel, oscillateur harmonique), électron dans un puits de potentiel périodique 1D
• Statistique de Fermi-Dirac : limite de la statistique de Maxwell-Boltzmann, gaz d’électrons libres
• Physique des semi-conducteurs : notion de masse effective, mobilité, dopage P, N, contact SCN/SCP, jonction PN, équation de Schokley

Prérequis

Physique générale de niveau Bac+2

Pédagogie

CM : 14h / TD : 14h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 3h

Bibliographie

• J. Hladik, M. Chrysos, Introduction à la mécanique quantique (Dunod)
• H. Mathieu, Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques (Dunod)

Acquis de la formation

Ce module s’inscrit dans la continuité du module P1. A partir de la description de la jonction PN, l’étude porte sur le fonctionnement des dispositifs de type transistors bipolaires et à effet de champs. Le procédé de fabrication standard CMOS est également présenté. A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Comprendre et modéliser le fonctionnement des transistors bipolaires et à effet de champ (à jonction ou à grille isolée)
• Citer les différentes étapes technologiques d’un procédé de fabrication CMOS et citer les ordres de grandeur de la filière silicium

Contenu

• Contact P-N-P et N-P-N : les transistors bipolaires
• Contact Metal-Oxyde-SC (N ou P)

1. Capacité MOS, Effet de champs
2. MOSFET (à enrichissement, à appauvrissement, de type N et P)

• Contact Métal-SC : Transistor JFET
• Aspect technologique :

1. Procédé CMOS : notion de substrat, caisson, jonction parasite, bipolaire parasite
2. Simulation process, imperfection aux interfaces, conséquences

Prérequis

Module P1

Pédagogie

CM : 14h / TD : 10h / TP : 4h

Lien évaluation-compétences

• Epreuve écrite de 2h
• Note pratique (compte rendu de TP)
• Note de bibliographie en travail personnel

Bibliographie

H. Mathieu, Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques (Dunod)

Acquis de la formation

Ce module reprend, synthétise et approfondie les notions d’analyses vues en mathématiques en classes préparatoires afin de fournir aux étudiants des outils d’analyses spectrales utilisés en électroniques et en signal. A l’issue du module, les étudiants seront capables :

• d’identifier si une situation est susceptible d’être traitée par la transformée de Fourier et de discerner si elle peut l’être de façon analytique ou par une méthode numérique.
• Concevoir et implémenter des algorithmes en vue d’un traitement numérique (Matlab ou Python)

Contenu

• Calcul intégral (2h CP, 2h TD)
• Espaces de Hilbert (1h CM, 2h TD)
• Théorie des distributions (2h CM, 2h TD)
• Séries de Fourier (1h CM, 1h TD)
• Transformée de Fourier des fonctions et des distributions (4h CM, 4h TD, 6h TP)
• Transformée de Laplace (2h CM, 3h TD)

Prérequis

• Analyse niveau prépa (espaces pré-hilbertiens, séries numériques et séries de fonctions, calcul intégral simple et double)
• Bases de programmation

Pédagogie

CM : 10h, TD : 10h, TP : 6h
L’accent est mis sur une approche concrète et intuitive des concepts, que l’on illustre via l’outil informatique, plutôt que sur une introduction formelle et théorique, comme on peut le voir dans la plupart des ouvrages universitaires. Le cours est approfondi par des exercices relativement classiques, à résoudre « à la main », afin de se familiariser avec
les concepts importants (comme par exemple les propriétés de la transformée de Fourier) et d’entraîner son esprit au maniement des outils introduits (produit de convolution, distribution de Dirac). Pour affiner encore un peu plus la compréhension de ces concepts et de ces outils, des exercices spécifiques, à modéliser et à résoudre par l’informatique (programmation Matlab), sont également proposés.

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 3h (avec une ou plusieurs questions permettant d’évaluer l’aspect « méthodes numériques »).

Bibliographie

The Fourier Transform and its Applications, R. N. Bracewell, McGraw-Hill International Editions

Acquis de la formation

L’objectif de ce module est de donner les bases du traitement du signal continu. Dans un premier temps, il s’agira d’introduire différentes représentations et opérations permettant de caractériser le contenu d’un signal, notamment dans le domaine fréquentiel. Ensuite, le filtrage linéaire invariant dans le temps sera abordé afin de permettre la caractérisation de l’effet d’un filtrage sur un signal continu. Un lien fort sera établi avec l’électronique analogique, utilisée comme application privilégiée.
A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Choisir un espace de représentation pertinent pour l’étude des caractéristiques d’un signal
• Mettre en oeuvre des opérations usuelles sur des signaux continus (décalage, corrélation)
• Effectuer et interpréter l’analyse spectrale de signaux continus
• Caractériser un filtre linéaire et invariant dans le temps (causalité, stabilité, réponse fréquentielle)

Contenu

Classes de signaux

• Grandeurs caractéristiques (moyenne, puissance, énergie)
• Classification énergétique
• Déterministe versus aléatoire
• Signaux et opération usuels (translation, facteur d’échelle, périodisation)

Analyse spectrale

• Rappels sur la Transformée de Fourier, propriétés
• Transformées de Fourier usuelles
• Dualité temps-fréquence

Fonctions de corrélations et convolution

• Autocorrélation et intercorrélation (définitions, propriétés)
• Densités spectrales d’énergie et de puissance
• Convolution (rappels, propriétés)
• Théorème de Plancherel

Filtrage linéaire

• Lien convolution/filtrage, réponse impulsionnelle
• Causalité, stabilité
• Réponse fréquentielle (gain complexe)
• Fonction de transfert (rappels Laplace)
• Gabarits fréquentiels et famille de filtres (passe-bas/haut/bande, diagramme de Bode, atténuation à – 3dB)

Introduction aux signaux aléatoires -> enchainement par rapport à proba ?

• Description et propriétés (stationnarité, ergodicité, autocorrélation)
• Notions de bruit (description spectrale de bruits colorés)
• Rapport signal-à-bruit

Prérequis

MS1 (Transformées Fourier/Laplace, distributions)

Pédagogie

CM : 10h/ TD : 8h / TP : 8h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 2h

Acquis de la formation

Le module est abordé dans une perspective utilisateur de solution logiciel de microélectronique sous environnement UNIX. Les étudiants seront capables de :

• Expliquer les concept d’un système d’exploitation UNIX
• Mettre en place un environnement de travail spécifique (shell, éditeurs, fichiers de configurations,etc)
• Identifier et utiliser les protocoles de communication adaptés (TCP/IP, FTP, NFS, etc)
• Utiliser les lignes de commandes et fonctionnalité sous UNIX
• Réaliser des scripts en bash et en Skill pour lancer une campagne de test sous Cadence :

1. Écrire, et exécuter un programme composé de plusieurs fonctions
2. Choisir et utiliser les modes de stockage de données et d’affichage
3. Partager des programmes simples avec un outil de version de type Git

Contenu

Structure du système d’exploitation dans une perspective utilisateur :

• Noyau,
• Structure de données,
• Représentation interne des fichiers (« mounting »).

Configuration d’un environnement de travail et Shell :

• OS ( RedHat, CentOS,Alma-Rocky-Linux) et Console (konsole, xterm, gnome-terminal)
• Commandes Shell (bash, sch, tcsh, etc)
• Variable d’environnement, gestion des droits utilisateurs
• Shell sous windows (MobaXterm, Windows Subsystem for Linux)

Navigation et gestion de l’environnement de travail :

• Editeurs (emacs, vi, gedit)
• Lignes de commandes (echo, ls, cat, find, kill, mount etc.)
• Raccourcis des lignes de commandes (bind keys)
• Boite à outils Linux (gnuplot, convert, etc)
• Interface graphique –X (gnome, KDE, Cinnamon)

Scripts et programmation

• Boucle for, if, case, while, until
• Stream editor(sed), grep, chmod, etc.

Gestion de serveur distant et taches parallélisées

• SSH (config, authorized_keys), FTP
• VNC, Nomachine, X2Go, thinlinc, xRDP
• Lancement de tache sur serveur de calcul (qsub, jobs : UGE/SGE/SLURM)

Mise en place d’un suivi de version de code sous Git

Prérequis

AN4, Notions d’algorithmie : variable, fonction, boucles

Pédagogie

Cours/TD : 10h – TP : 16h

Lien évaluation-compétences

Mini Projet

Acquis de la formation

ANGLAIS

A l’issue de ce module les étudiants auront acquis et amélioré des compétences en Communication (le parler, l’écoute, l’écrit, la lecture) dans la langue cible afin d’effectuer les tâches assignées* suivantes à un niveau défini avec le formateur. Le niveau de compétence à atteindre est défini sur l’échelle CECRL, niveau B1(minimum) ou B2 ou C1ou C2

Prérequis

Aucun

Contenu

TACHES ASSIGNEES : ANGLAIS*

• Expliquer des processus/systèmes industriels et en faire une présentation orale sous forme d’un poster.
• Lire et analyser des documents/publications de sujets scientifiques cohérents avec le cursus.
• Prendre des notes à partir de cours magistral/ d’une conférence, et en rédiger un compte rendu.
• Rédiger: une lettre de registre formel (lettre des lecteurs de presse..); une lettre de registre informel (lettre de demande d’information auprès d’un élève en AEE….)
• Suivre et rapporter sur, (à l’oral et à l’écrit), un sujet d’actualité en cours, et en faire une analyse.

TACHES ASSIGNEES : LV2*

• Comprendre et expliquer des aspects et références culturelles relatives à la langue enseignée et relatives à sa propre langue et culture
• Parler de soi-même et des autres
• Faire un exposé sur un sujet de civilisation
• Argumenter sur/débattre un thème académique
• Réussir une simulation d’ entretien d’embauche avec lettre de motivation et CV

TACHES ASSIGNEES: LV2* Débutant

Tâches différentes en fonction de la langue étudiée.

MOYENS/CONTENUS – Anglais/LV2

• Implémentation individuelle d’un système d’apprentissage
• Application des Stratégies pour Résoudre des Problèmes de Communication (SRPC)
• Apprentissage des éléments langagiers relatifs à la communication dans la langue cible.
• Apprentissage des éléments langagiers spécifiques aux tâches assignées citées ci-dessus
• Sensibilisation au langage

Bibliographie

Aucune

Lien évaluation-compétences

Les élèves sont évalués et notés sur :

• leur niveau de compétence à communiquer dans la langue traitée à chaque cours, leur « interlangage » (basic learner variety)
• leur niveau de compétence qui se manifeste lors de l’exécution des tâches assignées élaborées ci-dessus.

Pour ce module, choisir un enseignement « Éthique et formation humaine » dans la liste proposée.

Acquis de la formation

Les enseignements de SHES (Sciences Humaines, Economiques et Sociales) permettent de situer l’action de l’ingénieur dans le contexte économique, politique, social et culturel. Ils permettent également aux élèves de développer, leurs aptitudes au management et à la prise de décision. La répartition des enseignements et interventions en SHES, sur les 3 années de formation de l’ingénieur, obéissent à une progression qui part de l’individu (connaissance de soi et de son environnement) vers la professionnalisation (management, management projet etc.).

Acquis des enseignements d’ouvertures

Ethique et formation humaine

• S’ouvrir à la culture en saisissant le sens de son appartenance au groupe, au social.
• Accéder à la distance qui permet de penser en faisant preuve de discernement.
• Approcher la complexité du monde à la lumière d’une lecture critique des évènements
• Ces objectifs traverseront les thèmes suivants :

1. Sociologie des organisations
2. Engagement et exercice de la responsabilité
3. Sensibilisation à la psychologie : un regard sur la vie psychique
4. Relations Internationales : géopolitique,
5. Économie et Politique
6. Les expériences de la vie ordinaire au regard de la psychanalyse
7. Relations Internationales : la mondialisation
8. Sciences, technique et humanité
9. Lecture de l’événement

Economie

• Connaître l’environnement économique pour comprendre la nécessité de la performance : macroéconomie, micro-économie et gestion des personnes.
• Décrypter les grandes tendances de la mondialisation
• Comprendre le rôle de l’Etat (ex : le traitement du chômage) et les politiques publiques
• Articuler les concepts économiques avec des points d’actualité en privilégiant les axes de la responsabilité et de la solidarité.
• Développer ces capacités à communiquer dans le cadre de débats d’idées.
• Articuler les concepts abordés au Projet Création d’Entreprise y compris quant au statut juridique de l’entreprise.

Formation à l’économie :

• Connaître l’environnement économique pour comprendre la nécessité de la performance : macroéconomie, micro-économie
• Articuler les concepts économiques avec des points d’actualité en privilégiant les axes de la responsabilité et de la solidarité.
• Se familiariser avec le fonctionnement de la bourse et de quelques mécanismes financiers à partir de mises en situation.
• Développer ces capacités à communiquer dans le cadre de débats d’idées.

Prérequis

Aucun

Contenu

Ethique et formation humaine : les étudiants ont le choix entre 10 modules :

· Comprendre le monde : d’hier à demain
· La science vue par les médias
· Intelligence du changement
· La démocratie numérique
· Faits et valeurs
· Relations humaines : du singulier au pluriel
· Management socio-productif
· Anthropologie et religions
· Sociologie de l’innovation
· Culture éthique et scientifique

Économie

• L’environnement de l’entreprise ; distinction macro-micro-méso économie
• Les apports théoriques : la pensée libérale, la pensée keynésienne et néo-Keynésienne
• Les mutations de l’entreprise

1. Le paysage de l’entreprise française : PME-PMI ; TPE, Start Up etc. – Statistiques -Tableaux
2. La tendance actuelle : les concentrations, prise de contrôle, prise de participation, OPA et fusions
3. Évolution du partage de la valeur ajoutée (définition de la valeur ajoutée)

• La mondialisation
• Régulation par le marché. Un exemple : le marché du travail
• Régulations par l’Etat

Bibliographie

• Tout est langage – Françoise DOLTO
• Jeu et réalité – D. WINNICOTT
• CROZIER M., FRIEDBERG E., (1977), L’acteur et le système. Les contraintes de l’action collective, Paris, Seuil.
• DURKHEIM Émile, Les règles de la méthode sociologique, PUF, 1937
• Karl Popper, La logique de la découverte scientifique, Payot 1973
• Thomas Kuhn, La structure des révolutions scientifiques, Flammarion, 1983
• Hans Jonas, Le principe de responsabilité, Cerf, 1993
• Jean-Christophe Merle, Justice et progrès, PUF, 1997
• Frédéric Worms, Droits de l’homme et philosophie, Presses Pocket, 1993

Bibliographie Economie :

• Périodiques : Revue Alternatives Économiques, Eco flash, Problèmes Économiques, J.M.ALBERTINI / A.SILEM : Comprendre les théories économiques, Poche – Editions Points Seuil (2011)
• J.GENEREUX : Jacques Généreux explique l’économie à tout le monde, Editions SEUIL (2014)
• J.GENEREUX : Introduction à l’économie Poche – Editions Points Seuil (2001)

Lien évaluation-compétences

Rédaction de dossier, exposé.

Acquis de la formation

A partir de l’étude des amplificateurs opérationnels (module A2) et des transistors (module A1), les fonctions analogiques élémentaires sont présentées avec pour objectif de savoir analyser un montage complet en le
découpant par fonction.
A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

– Analyser un montage existant par découpage en fonctions élémentaires
– Reconnaitre et mettre en oeuvre des fonctions élémentaires :

• Amplification / Comparaison
• Génération de signaux
• Filtrage
• Conversion Analogique Numérique et Numérique Analogique (CAN / CNA)
• Régulation de tensions

– Analyser une documentation technique pour en extraire les informations pertinentes
– Choisir les composants et montages appropriés pour interfacer différents capteurs

Contenu

En plaçant les étudiants dans le contexte de l’acquisition de signaux issus de capteur, ils étudient chaque bloc de la chaine vis-à-vis de l’ensemble du système pour en déduire des spécifications pour le dimensionnement. Ils étudient pour chaque fonction le principe de fonctionnement et le
dimensionnement :

– Génération de signaux (multivibrateur, oscillateurs à relaxation, à quartz)
– Filtrage

• Classification des filtres (filtres idéaux, filtres réels, imperfections),
• Principe de la synthèse d’un filtre actif,
• Méthode pratique de réalisation des filtres actifs,

– Conversion Analogique Numérique et Numérique Analogique (CAN / CNA)

• Principes fondamentaux (échantillonnage, bruit, dynamique)
• Familles de convertisseurs (Flash, Pipeline, R2R, etc.)
• Interfaçage avec les microprocesseurs

– Régulateurs de tensions

• Les références de tension (PTAT) et les régulateurs linéaires
• Cas particulier des LDO

Prérequis

A1 (Transistors et étages amplificateurs), A2 (Mise en oeuvre d’AOP), MS1 (Transformée de Laplace), MS4 (Automatique), N1 (Fonctions logiques combinatoires), N2 (Fonctions logiques séquentielles).

Pédagogie

• CM : 10h
• TD : 8h
• TP : 8h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 3h

Bibliographie

• Amplificateurs opérationnels (I et II)– M Girard
• Régulateurs linéaires – M Girard
• Filtres Actifs – Paul Bildstein

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Identifier et comprendre les principaux éléments composant une architecture d’ordinateur
• Comprendre les différentes phases d’exécution d’une instruction, modes d’adressage ainsi que les différentes solutions de décodage
• Comprendre le lien entre les couches d’abstraction et particulièrement le passage d’un environnement matériel à un environnement logiciel
• Appliquer ses connaissances sur Microcontrôleur lors de TP, les étudiants maitriseront aussi les interruptions et la configuration des PIO.

Contenu

• Introduction : loi de Moore, principe et architecture de Von Neumann, différentes couches d’abstraction.
• Unité Centrale : registres, UAL, BUS, multiplexage
• Mémoire : hiérarchie en mémoire, types de mémoire, bancs de registres, modes d’adressage.
• Jeu d’instructions : architectures CISC et RISC, cycles d’exécution d’une instruction, format des Instructions, modes d’adressage.
• Décodeur : types de décodeurs, exécution d’une micro-instruction
• Interruptions : niveau de priorité, la pile et sauvegarde du contexte, types d’interruptions, principes d’armement et de masquage
• Périphériques entrée et sorties : architecture de sortie, instructions d’entrée et de sortie, registre de configuration d’un PIO, handshake
• Pipeline et scalarité : pipeline d’instruction et ses limitations, superscalarité
• Introduction au microcontrôleur étudié : présentation de l’architecture, présentation de la mémoire, boutisme
• Langage assembleur : structure du langage, instruction Set Architecture (arithmétiques, accès mémoire, comparaison, branchement & conditions et registre d’état), structures de contrôle en assembleur, structures de données : chaînes de caractères et tableaux
• Fonctions et périphériques : invocation et retour : langage C et assembleur, sauvegarde du contexte et pile (Assembleur) / fonctions avec argument (C), périphériques : modules programmables, système des Bus, GPIO et configuration, masquage
• Interruptions : mapping des périphériques, routine d’interruption de service (ISR), interruption et polling, configuration d’une interruption

Prérequis

N1, N2

Pédagogie

Cours théorique renforcé par des exemples existants dans l’industrie. TP guidés sur carte STM32 +
Petit projet portant sur la programmation des GPIO d’un microcontrôleur.

Lien évaluation-compétences

• 30% : évaluation 1er partiel axée sur l’exécution des instructions (phases et adressage) au sein d’un séquenceur d’une architecture classique de Von Neumann
• 30% : évaluation 2ème partiel axée sur les interruptions et les PIO dans une architecture classique de Von Neumann
• 40% : Evaluation de séances de TP et projet réalisés sur microcontrôleur (STM32)

Bibliographie

Manuels de programmation et d’architecture des cartes STM32

Acquis de la formation

Ce module se base sur les connaissances acquises en classe préparatoire pour décrire l’interaction matière-lumière.
Il présente les principaux dispositifs d’émission, de réception et de transmission de lumière utilisés en électronique.
A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Décrire les interactions lumière-matière
• Mettre en oeuvre une diode laser, une photodiode, une LED, une fibre optique
• Comprendre et décrire les propriétés ondulatoires de la lumière

Contenu

La lumière :

• Dualité onde-corpuscule, spectre électromagnétique, effet photo-électrique
• Polarisation de la lumière
• Interférence, diffraction

Interactions lumière-matière

• Absorption/Emission d’un photon par un atome, émission stimulée, ionisation
• Diffusion de la lumière par un atome/molécule (Rayleigh, Compton, Mie)

Emetteurs de lumière : LASER, diodes laser, diodes électroluminescentes (LED)
Détecteurs de lumière : photodiode, photorésistance, phototransistor, cellule photovoltaïque, CCD
Fibres optiques : guide d’onde, fibre monomode, fibre à saut d’indice multimode, fibre à gradient d’indice multimode, longueur d’onde de coupure, atténuation, dispersion chromatique, bande passante
Interférométrie (illustré sur un Mach-Zender en intégré)

Prérequis

Physique générale de classes préparatoires, modules A1 et P1

Pédagogie

• CM : 8h
• TD : 8h
• TP : 10h

Lien évaluation-compétences

• Epreuve écrite de 2h
• Note pratique (compte-rendu de TP)

Bibliographie

H. Mathieu, Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques (Dunod)

Acquis de la formation

Ce module présente l’utilisation de milieux diélectrique et magnétique pour la réalisation de composants discrets (condensateurs, bobines, transformateurs).
A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Calculer les champs E, M dans des situations à haut degré de symétrie
• Utiliser un simulateur pour cartographier des champs E, M dans une situation concrète
• Citer les technologies des différents condensateurs, bobines et transformateurs
• Choisir une technologie de composants passifs pour une application donnée (puissance, fréquence, …)
• Mettre en oeuvre un transformateur et quantifier son rendement

Contenu

– Rappel sur les milieux ohmiques (absorption, dispersion)
– Milieux diélectriques

• Champ électrique macroscopique à l’extérieur / à l’intérieur du diélectrique, notions de charges liées
• Polarisation, susceptibilité diélectriques, permittivité diélectrique, relations constitutives, équations de continuité aux interfaces
• Exemple d’application : condensateurs

– Milieux magnétiques

• Loi de Biot et Savart, moment magnétique d’un dipôle, potentiel vecteur et champ magnétique macroscopique, courant lié, courant d’aimantation et vecteur aimantation, excitation magnétique, théorème d’ampère généralisé.
• Origine microscopique du magnétisme (moment magnétique d’un électron, rapport gyromagnétique, nombre magnétique quantique, spin, magnéton de Bohr)
• Diamagnétisme, paramagnétisme, ferromagnétisme (Domaine de Weiss, hystérésis, aimantation rémanente, excitation coercitive, milieux doux et dur + applications)

– Introduction à la compatibilité électromagnétique

Prérequis

Physique générale de classes préparatoires, module A1

Pédagogie

• CM : 12h
• TD : 6h
• TP : 4h
• Projet : 4h

Lien évaluation-compétences

• Epreuve écrite de 3h
• Notes pratiques (compte rendu de TP + compte rendu de projet)

Acquis de la formation

L’objectif de ce module est de formaliser le passage du traitement du signal continu au traitement du signal numérique. Après avoir étudié le phénomène d’échantillonnage ainsi que ses répercussions dans le domaine fréquentiel, la Transformée de Fourier discrète sera étudiée. Enfin, le filtrage numérique sera abordé d’abord via l’étude de ses différentes caractéristiques, puis via l’introduction de différentes méthodes de synthèse. Les notions vues lors des modules d’électronique numérique seront utilisées comme cadre applicatif.
A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Mettre en oeuvre un processus d’échantillonnage pertinent
• Choisir les paramètres d’analyse pour effectuer une analyse spectrale
• Interpréter correctement une analyse spectrale
• Appliquer et synthétiser un filtre numérique ayant les caractéristiques requises

Contenu

Echantillonnage

• Modélisation mathématique, génération de séquences discrètes
• Théorème de Shannon
• Interpolation idéale
• Quantification

Transformée de Fourier discrète (TFD)

• Transformée de Fourier à temps discret (directe, inverse)
• TFD N-points (directe, inverse, choix de N, graduation fréquentielle)
• Propriétés (convolution, corrélation, Parseval)
• Paramètres d’analyse (zéro-padding, résolution fréquentielle)
• Algorithmes rapides de TFD (Cooley-Tukey)

Filtrage numérique

• Réponse impulsionnelle, causalité, stabilité
• Filtres RIF, RII
• Equation aux différences (systèmes récursifs/transversaux, coefficients du filtre)
• Transformée en z (domaine de définition, inversion, propriétés)
• Fonction de transfert (pôles/zéros, stabilité)
• Gain complexe (lien avec la réponse impulsionnelle, famille de filtres)
• Structures de réalisation (forme directe, canonique, parallèle)
• Implémentation filtres RIF par TFD

Intro à la synthèse de filtres

• Méthode des fenêtres
• Filtres optimaux (Remez, Parks-McClellan)
• Transformée bilinéaire

Prérequis

MS1 (Transformées Fourier/Laplace, distributions) / MS2 (Traitement du signal continu)

Pédagogie

CM : 10h / TD : 4h / TP : 12h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 2h

Acquis de la formation

Ce module présente les outils de l’automatique et les utilise pour l’analyse des montages électroniques analogiques, en insistant sur les aspects liés à la stabilité des systèmes bouclés et à leur correction. Un lien très fort est présent avec le module A2 : AOP.

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Représenter, quand cela a du sens, un circuit électrique (ou multi-domaine : électromécanique…) sous la forme d’un schéma-bloc.
• Calculer une fonction de transfert et tracer le diagramme de Bode associé en la décomposant en fonction du 1er et du 2nd ordre
• Analyser et corriger les problèmes de stabilité liés à la présence de boucle de rétroaction.

Contenu

• Notion de fonction de transfert, pôles, zéros, lien avec le comportement temporel du système
• Analyse de la stabilité et des performances d’un système bouclé
• Corrections des systèmes bouclés :

1. Action P, I, D, PI, PD, PID
2. Méthode de synthèse d’un correcteur PID
3. Correction de stabilité par avance/retard de phase

Prérequis

M1 (Transformé de Laplace), A1 (Calcul de circuit), A2 (Montage de base à AOP)

Pédagogie

CM : 8h, TD : 10h, TP : 8h (Sous Matlab/Simulink)

Lien évaluation-compétences

• Epreuve écrite de 2h
• Note pratique (Compte Rendu des TPs)

Acquis de la formation

A travers un projet de complexité croissante, les étudiants seront capables de :

• Mettre en oeuvre une architecture mixte répondant à un cahier des charges
• Réaliser une modélisation fonctionnelle
• Concevoir les sous-blocs analogiques et numériques en langage de description matériel
• Co-simuler l’ensemble
• Réaliser en technologie CMOS les sous-blocs analogiques
• Réaliser en technologie CMOS les sous-blocs numériques
• Faire la vérification de l’ensemble par la simulation

Contenu

Ce double module s’inscrit dans la continuité de l’enseignement de l’électronique. Il constitue l’introduction à la conception analogique, numérique et mixte en micro-électronique d’une part, et permet de synthétiser, dans le cadre d’une réalisation, les connaissances de première année d’autre part. L’accent est également mis sur la présentation et la prise en main des outils spécifiques rencontrés dans l’industrie.
Le projet et les problèmes proposés permettront d’avoir une initiation à :

– Des langages de description matériel analogique (VHDL-AMS et/ou Verilog-A)
– La conception analogique CMOS

• Présentation d’un PDK AMS 0.35u ou XFAB 0.18u ou FDSOI 28nm
• Conception de briques analogiques de base (Comparateur, Référence de tension, de courant, Amplificateur)

– La conception numérique CMOS
– L’utilisation des outils (Cadence, Mentors, etc…)
– La modélisation comportementale
– L’automatisation d’un cycle de simulation via script Python et extraction/traitement automatique des résultats
– La rédaction d’un rapport de conception

Prérequis

A1 à A3, N1 à N3, P1 et P2, et I2

Pédagogie

Apprentissage par projet et par problèmes

Lien évaluation-compétences

• 40% Epreuve écrite de 2h
• 60% Evaluation Projet

Bibliographie

• Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 5th Edition, Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis, Robert G. Meyer
• CMOS: Mixed-Signal Circuit Design, 2nd Edition, R. Jacob Baker

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Enoncer les notions de programmation de base
• Mettre en oeuvre les concepts nécessaires pour la programmation C (identifiants, déclaration, opérateurs, instructions, modules, structures…),
• Manipuler aisément des structures conditionnelles et itératives
• Résoudre des problèmes complexes en adoptant le langage de programmation C.

Contenu

Introduction

• Structure générale du code
• Premier Printf et caractères spéciaux (\n \t, etc.)

Les variables

• Types de variables
• Affecter des valeurs aux variables
• Afficher le contenu d’une variable (printf avec arguments)
• Récupérer la saisie d’une variable (scanf)
• Opérations avec variables (+, -, *, /, %), incrémenter ou décrémenter une variable, inclure math.h

Conditions et boucles

• If / else if / else (avec une ou plusieurs conditions), Switch case
• While, do… while, for

Appel de fonctions

• Type, nom et paramètres d’une fonction
• Return d’une fonction
• Appel d’une fonction

Structurer un code

• Annoncer les fonctions avec des prototypes
• Créer des fichiers d’en-tête (header.h) pour appeler plusieurs fichiers
• Création de variable globale uniquement accessible dans un fichier
• Conserver la valeur d’une variable (static)

Les pointeurs

• Comprendre le principe de données stockées à une adresse mémoire
• Obtenir l’adresse d’une variable (&var)
• Déclarer un pointeur et obtenir sa valeur (*pointeur)
• Envoi de pointeurs dans une fonction

Créations de tableaux

• Définir et initialiser un tableau
• Parcourir et afficher un tableau

Texte et chaînes de caractères

• Tableau de type char
• Récupération d’une chaîne de caractères via scanf
• Manipulation de chaînes par fonction (strlen, strcpy, strcmp, etc)

Les structures et énumérations

• Définir une structure
• Usage commun d’une structure
• Usage d’une énumération

Manipulation de fichiers

• Ouvrir un fichier et fermer un fichier
• Lire et écrire dans un fichier
• Renommer et supprimer un fichier

L’allocation dynamique

• Récupérer la taille d’une variable en fonction de son type
• Allouer de la mémoire au système (malloc, free)
• Création de tableaux dynamiques dont la taille est définie au moment de l’exécution

Prérequis

Aucun

Pédagogie

• Cours dynamique avec exemples à l’appui
• TP accompagnés puis projet orienté sur la filiale microélectronique (ex : programmer le fonctionnement d’un circuit numérique combinatoire)

Lien évaluation-compétences

• 65% examen pratique sur machine.
• 35% suivi de TP + projet

Bibliographie

Apprenez à programmer en C
Auteur : Mathieu Nebra
Éditeur : OpenClassroom, 2ème édition, 2015.

Acquis de la formation

ANGLAIS

A l’issue de ce module, les étudiants auront acquis et amélioré des compétences en communication (le parler, l’écoute, l’écrit, la lecture) dans la langue cible afin d’effectuer les tâches assignées* suivantes, et ceci à un niveau de compétence tel que c’est défini en B1 (minimum) B2 / C1 / C2 sur l’échelle CECRL.

Prérequis

Aucun

Contenu

TACHES ASSIGNES ANGLAIS*

• Expliquer des aspects et références culturelles relatives à la langue enseignée et relatives à sa propre langue et culture*
• Rédiger un CV et une lettre de motivation en vu d’obtenir une année en entreprise; et réussir une simulation d’embauche pour un tel poste*
• Faire un descriptif d’un PCE et en faire une présentation en public; en rédiger un plan de développement*
• Réussir un FCE blanc à un niveau de B1*
• Lire et analyser des documents/publications de sujets scientifiques actuels et cohérents avec le cursus*

MOYENS/CONTENUS – Anglais

• Implémentation individuelle d’un système d’apprentissage
• Application des Stratégies pour Résoudre des Problèmes de Communication (SRPC)
• Apprentissage des éléments langagiers relatifs à la communication dans la langue cible
• Apprentissage des éléments langagiers spécifiques aux tâches assignées citées ci-dessus
• Sensibilisation au langage
  

  Lien évaluation-compétences

  Les élèves sont évalués et notés sur :

  • leur niveau de compétence à communiquer en langue cible par rapport aux éléments traités lors du cours en présentiel -« Interlangage »
  • leur niveau de compétence démontré lors de l’exécution des tâches assignées élaborées ci-dessus.

Bibliographie

Aucune

Acquis de la formation

Ce cours vise à exercer l’étudiant à saisir ce qui est en jeu dans un processus de changement ainsi qu’à lui donner des outils pour se positionner en tant qu’acteur de changement. Il s’agira autant de posséder quelques vues sur différentes approches du changement que de savoir où porter son attention et ses efforts dans une situation de ce type.
Techniques de communication orales et écrites. Situer une activité dans son contexte épistémologique, technique, historique. Esprit critique, mise en perspective. Percevoir, analyser et gérer un conflit de valeur. Se positionner face à l’altérité au niveau personnel, social, culturel. Culture politique et
économique. Travail d’équipe. Autonomie.

Prérequis

Aucun

Contenu

De la naissance à la mort, la vie humaine est un processus de changement continuel. Pour vivre, chaque individu développe ainsi une vision de «la façon dont les choses changent ». Celle-ci s’élabore en commun, particulièrement en famille. Elle s’enrichit et se transforme tout au long de la vie. Elle permet de comprendre le monde et d’y agir. Peut-on la muscler et la nourrir pour qu’elle colle mieux à la réalité ? Peut-on entraîner notre capacité à s’adapter au changement ou de conduite de celui-ci ?

L’objet de ce cours est de se donner une occasion d’exercer cette intelligence du changement avec le recul nécessaire. Le support en sera la présentation et de la discussion de différents exemples – relatifs surtout au changement social – allant des thérapies familiales et des questions de sociologie religieuse aux stratégies de recherche d’emploi.

Lien évaluation-compétences

• Participation/Rendu des exercices/ Exposé oral : 10 points.
• Réflexion écrite : 10 points
• Total : 20 points

Bibliographie

• BERGER, Peter, L’impératif hérétique – Les possibilités actuelles du discours religieux, Van Dieren, Editeur, Coll. « Débats », Paris, 2005.
• SCHÜTZ, A., L’étranger, Editions Allia, Paris, 2003.
• WALTZLAWICK, P., WEAKLAND, J., FISCH, R., Changements – paradoxes et psychothérapie. Seuil, Coll. Points, Paris, 1975.
• WEBER, M., Le savant et le politique, Editions 10-18, Coll. Bibliothèques. Paris, 2006.

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Comprendre et analyser des architectures de systèmes RF
• Concevoir et mettre en oeuvre des réseaux d’adaptation d’impédance
• Concevoir, simuler et mettre en oeuvre de circuits RF (amplificateurs, mélangeurs, filtres…)
• Analyser les performances de systèmes RF
• Simuler des chaines de communication numériques
• Implémenter et valider des formes d’ondes sur plateforme radio-logicielle
• Comprendre le principe de fonctionnement des antennes
• Concevoir et simuler des antennes
• Réaliser et caractériser des antennes

Contenu

Architectures et composants RF – 30h

• Architecture des systèmes d’émission/réception RF
• Non-linéarité et bruits des composants RF
• Lignes de transmission
• Adaptation d’impédance
• Composants chaîne RF :

1. Amplificateurs de puissance
2. Amplificateurs à faible bruit
3. Mélangeurs
4. Oscillateurs
5. PLL/VCO
6. Filtres

Communication numérique et radio logicielle – 30h

• Chaîne de communication numérique (émission/réception)
• Canal de propagation
• Bilan de liaison
• Codage et décodage source
• Codage et décodage canal
• Modulation analogique (AM, FM…)
• Modulation numérique (QPSK, QAM…)
• Modulation multi-porteuse (OFDM)
• Concept MIMO
• Mise en oeuvre et simulation d’une chaîne de communication sur SystemVue
• Mise en oeuvre de forme d’onde (émission/réception) sur GNU Radio et PlutoSDR

Antennes – 30h

• Principe de fonctionnement
• Calcul du rayonnement d’antennes
• Caractéristiques des antennes : diagramme de rayonnement, directivité, gain d’antenne, facteur d’antenne, polarisation d’onde, impédance d’une antenne
• Types d’antennes : antennes boucles, antenne paraboliques – réflecteurs, guide d’onde, antennes patchs
• Réseaux d’antennes
• Caractérisations d’antenne
• Mise en oeuvre d’une antenne patch

Prérequis

• Physique générale : calcul de circuits, notion d’impédance
• Fonctions électroniques (A1, A2, A3)
• Electromagnétisme (P4)
• Traitement numérique du signal (MS1, MS2, MS3 MS5, MS6 et MS7)
• Pratique des langages C, python sur architecture x86 (I1-1, I1-2, I2-2).
• Programmation orientée objet en C++ (I3)
• Réseau, modèle OSI (I2-1)

Pédagogie

Cours couvrant la théorie illustrée par des exemples pratiques de systèmes réels :

• Vue d’ensemble à différents niveaux d’abstraction : du système au composant d’une chaine de communication radio fréquence.
• Couverture des concepts et outils nécessaires pour aborder et maîtriser les trois sous-modules enseignés : Architectures et composants RF, Communication numérique et radio logicielle, Antennes.

TD/Projet : Etude de cas pratique de systèmes industriels réels.

• Analyse et étude de cas pratique
• Simulation logicielle, mise en oeuvre, test et validation d’un lien de communication radio de bout en bout (émetteur, récepteur, canal radio, antennes).

Lien évaluation-compétences

30% : évaluation d’acquisition des concepts théoriques sur les systèmes et composants RF, la communication numérique et les antennes.

• 10% : Systèmes et composants RF
• 10% : Communication numérique
• 10% : Antennes

60% : évaluation pratique axée sur la simulation et réalisation sur maquette et outil de conception et d’implémentation de circuits RF, d’antennes et plateforme radio-logicielle.

• 20% : Systèmes et composants RF
• 20% : Communication numérique
• 20% : Antennes

10% : évaluation d’un projet de recherche bibliographique et étude d’un standard de communication radio

• 5% : Rapport
• 5% : présentation orale

Bibliographie

• Electronique Radiofréquence : Composants pour télécoms (Amplificateurs, oscillateurs, PLL, filtres, Théorie et simulation). François de DIEULEVEULT, Ellipses, 2013.
• Les antennes – Théorie, conception et applications, Odile PICON et coll. Dunod, 2009.
• Introduction aux communications numériques, Michel JOINDOT, Alain GLAVIEUX. Dunod, 2007.
• Communications Ultra Large Bande : le canal de propagation radioélectrique. Pascal PAGANI et all. Lavoisier, 2007.

Acquis de la formation

Ce module présente les enjeux liés à la récupération, au stockage et à la gestion d’énergie.

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Classer et sélectionner les technologies de batterie
• Mettre en oeuvre un système de batterie et quantifier son rendement
• Analyser une architecture de système de gestion de la batterie
• Implémenter les blocs d’un système de gestion

Contenu

Ce module se décompose en plusieurs parties :

Les principes de base du stockage d’énergie et de l’électrochimie. Les étudiants aborderont les technologies de batteries existantes (matériaux utilisés pour les électrodes, séparateurs et électrolyte) et émergentes pour identifier les verrous et leviers des futures batteries : représentation
de Ragone, densité énergétique, densité de puissance.

La récupération d’énergie sera ensuite étudiée pour faire disparaître les batteries, collecter et convertir en source électrique de petites quantités d’énergie disponibles dans l’environnement (lumière, chaleur, son, vibrations, etc).

Le système de gestion de batterie (BMS) qui est responsable de la sécurité de fonctionnement, des performances et de la durée de vie de la batterie subissant des cycles charge-décharge dans diverses conditions environnementales. Les étudiants mettront en oeuvre un système permettant de :

• Surveiller la température et la tension des cellules
• Estimer l’état de charge et l’état de santé
• Limiter la puissance d’entrée et de sortie pour la protection thermique et contre les surcharges
• Contrôler le profil de charge
• Équilibrer l’état de charge des différentes cellules

Etudes et mise en oeuvre de structures de convertisseurs DC/DC, DC/AC, AC/DC, AC/AC (hacheur, onduleur, redresseur, transformateur).

Prérequis

Physique générale de classes préparatoires, module AP-1

Pédagogie

CM : 12h, TD : 12h, Projet : 28h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 2h, Projet

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Saisir les enjeux de la conception d’un système embarqué
• Comprendre les interactions bas niveau entre la couche matérielle et logicielle
• Concevoir des applications embarquées sans système d’exploitation
• Exploiter les dispositifs matériels embarqués (périphériques)
• Concevoir et exploiter des pilotes de périphériques

Contenu

Introduction

• Définition
• Les systèmes embarqués dans notre quotidien
• Contraintes d’un système embarqué
• Systèmes d’exploitation et embarqué
• Panorama d’architectures SE

Première approche – Conception d’une application embarquée sans système d’exploitation

• Modèle Background (SuperLoop)
• Modèle Background/Foreground
• Organisation par gestion des activités
• Organisation par gestion des entrées-sorties
• Modèle Foreground exclusif

Dispositifs matériels avancés

• Périphériques de configuration système
• Périphériques DMA (Direct Memory Access)
• Périphériques Timers – Watchdog
• Périphériques de communication
• Périphériques analogiques
• Périphériques de protection et de sécurité

Périphérie d’un système embarqué

• Alimentation
• Consommation
• Protection – CEM

Conception et utilisation de couches logicielles pilotes de périphériques

• Conception logicielle en couches
• Drivers de gestion d’interruption
• Drivers de gestion de la mémoire
• Drivers de périphériques
• Exemple des BSP (Board Support Package)
• Exemple de Cube MX/CMSIS chez ST

Système d’exploitation temps réel

• Introduction aux systèmes d’exploitation temps réel – RTOS
• Définitions
• Contraintes
• Classification
• Choix
• Etude d’un RTOS
• Découpage en tâches
• Ordonnancement
• Signalisation et communication entre tâches
• Queues
• Sémaphores et Mutex

Test des applications embarquées

• Les outils à disposition
• Méthodologie de test

Prérequis

• Module N1 – Introduction à la logique combinatoire,
• Module N2 – Introduction à la logique séquentielle
• Module N3 – Introduction aux microprocesseurs
• Module I1-1 – Introduction à la programmation en C

Pédagogie

Cours magistraux en début et milieu du module + 2 projets de conception de 2 systèmes embarqués selon les approches suivantes : 1) Superloop 2) Avec RTOS

Lien évaluation-compétences

• 60% évaluation épreuve écrite
• 40% suivi de projet de conception

Bibliographie

Digital Design and Computer Architecture: RISC-V Edition, Harris & Harris, © Elsevier 2021

Acquis de la formation

Ce module s’inscrit dans la continuité du module de traitement du signal numérique, avec pour principal objectif d’approfondir les notions de filtrage numérique. Il s’agira dans un premier temps d’étudier des méthodes avancées de synthèse de filtres, puis d’appréhender les enjeux liés à leur implémentation. Les architectures matérielles permettant l’implémentation de ces filtres seront présentées et appliquées (DSP,
FPGA), afin de créer un lien fort avec d’autres modules du cursus (automatique, électronique).

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Synthétiser des filtres numériques complexes et y associer des structures de réalisation
• Quantifier et gérer les problématiques d’implémentation des filtres numériques (quantification, arrondi, cycle limite)
• Implémenter un filtre numérique sur une architecture matérielle (DSP, FPGA)

Contenu

Synthèse avancée de filtre numérique

• Synthèse de filtres optimaux (Remez, Parks-McClellan)
• Applications usuelles du filtrage (intégrateur, dérivateur, modulation)

Implémentation de filtres numériques

• Structures de réalisation avancées
• Architectures matérielles (DSP, FPGA)
• Problématiques d’implémentation (quantification, arrondi, cycle limite)

Application de filtres numériques

• Implémentation de correcteurs
• Décimation ΣΔ

Prérequis

• MS1 (Transformées Fourier/Laplace, distributions)
• MS2 (Traitement du signal continu)
• MS3 (Traitement du signal numérique)
• MS4 (Automatique)
• A7

Pédagogie

CM : 10h, TD : 4h, TP : 6h, Projet : 6h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 2h

Bibliographie

• “Digital Control of Dynamic Systems”, G. Franklin, J.D. Powell, M. Workman
• “ΣΔ Conversion for signal conditioning”, K. Philips, A.H.M. Roermund

Acquis de la formation

Ce module a pour objectif de présenter les différentes origines du bruit qui perturbent les signaux. Les bruits d’origine physique (agitation thermique, bruit de grenaille, bruit de flicker), ainsi que le bruit de quantification seront présentés et modélisés. L’impact de ces différentes sources de bruit sur la chaîne de transmission sera quantifié. Dans un second temps, le traitement de signaux bruités sera abordé pour permettre l’estimation des grandeurs caractéristiques du bruit, ainsi que la détection du signal par filtrage adapté.

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Caractériser l’effet de plusieurs sources de bruit sur un signal et sur la chaîne de traitement
• Estimer les grandeurs caractéristiques d’un signal aléatoire (moyenne, autocorrélation)
• Mettre en oeuvre un filtrage adapté pour la détection d’un signal

Contenu

Origines du bruit

• Bruits d’origine physique (agitation thermique, bruit de grenaille, bruit de flicker)
• Bruits de quantification

Caractérisation de signaux aléatoires

• Grandeurs statistiques caractéristiques, stationnarité, ergodicité
• Fonctions d’autocorrélation et d’intercorrélation
• Notions de théorie de l’information

Estimation (Estimation de l’autocorrélation, Estimation spectrale)

Filtrage adapté (Filtrage de signaux aléatoires, Filtrage de Wiener)

Prérequis

MS1 (Transformées Fourier/Laplace, distributions), MS2 (Traitement du signal continu), MS3 (Traitement du signal numérique), Notion de probabilités

Pédagogie

CM : 10h, TD : 4h, TP : 12h

Lien évaluation-compétences

Epreuve écrite de 2h

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Enoncer les notions de programmation de base
• Mettre en oeuvre les concepts nécessaires pour la programmation C (identifiants, déclaration, opérateurs, instructions, modules, structures…),
• Manipuler aisément des structures conditionnelles et itératives.
• Résoudre des problèmes complexes en adoptant le langage de programmation C.

Contenu

Introduction

• Structure générale du code
• Premier Printf et caractères spéciaux (\n \t, etc.)

Les variables

• Types de variables
• Affecter des valeurs aux variables
• Afficher le contenu d’une variable (printf avec arguments)
• Récupérer la saisie d’une variable (scanf)
• Opérations avec variables (+, -, *, /, %), incrémenter ou décrémenter une variable, inclure math.h

Conditions et boucles

• If / else if / else (avec une ou plusieurs conditions), Switch case
• While, do… while, for

Appel de fonctions

• Type, nom et paramètres d’une fonction
• Return d’une fonction
• Appel d’une fonction

Structurer un code

• Annoncer les fonctions avec des prototypes
• Créer des fichiers d’en-tête (header.h) pour appeler plusieurs fichiers
• Création de variable globale uniquement accessible dans un fichier
• Conserver la valeur d’une variable (static)

Les pointeurs

• Comprendre le principe de données stockées à une adresse mémoire
• Obtenir l’adresse d’une variable (&var)
• Déclarer un pointeur et obtenir sa valeur (*pointeur)
• Envoi de pointeurs dans une fonction

Créations de tableaux

• Définir et initialiser un tableau
• Parcourir et afficher un tableau

Texte et chaînes de caractères

• Tableau de type char
• Récupération d’une chaîne de caractères via scanf
• Manipulation de chaînes par fonction (strlen, strcpy, strcmp, etc)

Les structures et énumérations

• Définir une structure
• Usage commun d’une structure
• Usage d’une énumération

Manipulation de fichiers

• Ouvrir un fichier et fermer un fichier
• Lire et écrire dans un fichier
• Renommer et supprimer un fichier

L’allocation dynamique

• Récupérer la taille d’une variable en fonction de son type
• Allouer de la mémoire au système (malloc, free)
• Création de tableaux dynamiques dont la taille est définie au moment de l’exécution

Prérequis

Aucun

Pédagogie

• Cours dynamique avec exemples à l’appui
• TP accompagnés puis projet orienté sur la filiale microélectronique (ex : programmer le fonctionnement d’un circuit numérique combinatoire)

Lien évaluation-compétences

• 65% examen pratique sur machine.
• 35% suivi de TP + projet

Bibliographie

« Apprenez à programmer en C »
Auteur : Mathieu Nebra
Éditeur : OpenClassroom, 2ème édition, 2015.

Pour ce module, l’étudiant doit choisir un enseignement d’anglais dans les listes proposées.

Acquis de la formation

A l’issue des modules proposés en anglais, les étudiants auront acquis et amélioré des compétences en communication (le parler, l’écoute, l’écrit, la lecture) dans la langue cible afin d’effectuer les tâches assignées* relatives aux différents thèmes choisis par l’élève, et ceci à un niveau de compétence
immédiatement supérieur au niveau de départ (défini par le CECRL).

Prérequis

Aucun

Contenu

ANGLAIS : CONTENU / TACHES ASSIGNEES / MOYENS

Travailler des compétences autour d’un thème choisi par l’élève. Ce dernier peut être amené à travailler une ou deux compétences spécifiques et qui se prêtent au thème (e.g. Meetings : prise de parole, techniques pour débattre…) et/ou à développer un vocabulaire spécifique au sujet sélectionné (e.g. Talking Chemistry – termes chimiques…)

Thèmes proposés :

• Se préparer pour le FCE
• Réunions : organisation, conduite, participation
• Parler Science
• Se préparer à se rendre en Grande Bretagne
• Parler sciences naturelles
• Ecrire l’anglais
• Anglais littéraire, vers le Proficiency ou l’Advanced
• Amélioration de la compréhension orale
• Débat sur l’international
• Se préparer à se rendre aux USA
• Science of innovation
• L’industrie de l’énergie
• Multiculturalisme
• Sciences et cinéma
• L’anglais du monde des affaires et du management
• Parler chimie
• Les droits humains
• La musique et la société

Bibliographie

Aucune

Lien évaluation-compétences

Chaque module a son mode d’évaluation propre spécifiquement inhérente au thème choisi. D’une façon générale, les élèves sont évalués et notés sur :

• Leur niveau de compétence à communiquer en langue cible par rapport aux éléments traités lors de chaque cours en présentiel (‘Interlanguage’-basic learner variety)
• Leur niveau de compétence à communiquer qui se manifeste lors de l’exécution de différentes tâches qui sont assignées (voir chaque module pour plus de détails).

Acquis de la formation

A l’issue de ce module, les étudiants seront capables de :

• Connaître les principales théories du management
• Intégrer les bases du management et de l’animation d’équipe :
  – se positionner dans leurs nouvelles fonctions
  – mettre en place un système de communication constructive
  – développer l’autonomie des collaborateurs et adapter le style de management à la situation
  – gérer les situations difficiles et conflictuelles
  – apprendre à gérer les émotions (stress)
  – exercer sa responsabilité
  – créer des liens de solidarité

Prérequis

Aucun

Contenu

MANAGEMENT

• Connaître les principales théories du management : OST/Taylor, l’organisation administrative (Fayol, Weber), le courant des relations humaines (école des relations humaines, mac Gregor), la motivation
  (Maslow, Herzberg), le courant du management (DPO, Toyotisme), l’analyse stratégique, l’approche systémique,
• Les bases du management et de l’animation d’équipe :
  – négociation et gestion des conflits,
  – exercice de la responsabilité
  – création de liens de solidarité
  – délégation
  – leadership
• Le manager dans son environnement de travail : caractéristiques du travail du cadre, gestion du temps et du stress, conciliation vie privée/vie professionnelle, responsabilité sociale de l’entreprise et du cadre, management interculturel…

DROIT ET MANAGEMENT QUALITE

• Prise en compte des enjeux d’un management intégré : qualité/sécurité/environnement
• Relations juridiques (ingénieur/employeur) –  le contrat de travail

Lien évaluation-compétences

Une enquête auprès de cadres en exercice permet de se familiariser concrètement sur le terrain avec des méthodes de management et d’évaluer les cohérences/incohérences entre les pratiques et les objectifs de l’entreprise. Cette enquête donne lieu à la production d’un dossier et à la
soutenance orale de ce travail devant un jury composé de professionnels et d’enseignants. Ce dernier exercice permet de travailler et d’évaluer la prise de parole en public.

Bibliographie

• MINTZBERG H (2004), Le management – voyage au centre des organisations, Editions d’Organisation, 2ème édition
• LARCHER G, SERIYX H (1998), L’entreprise du 3ème type, Editions Seuil, collection Points

Acquis de la formation

A travers l’étude d’architecture de référence, les étudiants seront capables de :

• Concevoir une architecture mixte répondant à un cahier des charges
• Réaliser une modélisation fonctionnelle dans différents langages et outils
• Réaliser des simulations avec des modèles sur différents niveaux d’abstraction
• Mettre en oeuvre un flot de vérification fonctionnelle

Contenu

• Etude de la PLL comme exemple de circuit mixte.
• Initiation aux langages de description matérielle analogique (VHDL-AMS et/ou Verilog-A).
• Implémentation de modèles à différents niveaux d’abstraction (system Verilog).
• Implémentation d’un flot de vérification mixte
• Automatisation des simulations via script Python.

Prérequis

AN4

Pédagogie

• Apprentissage par projet et par problèmes

Lien évaluation-compétences

• 40% Epreuve écrite de 2h
• 60% Evaluation Projet

Bibliographie

• CMOS: Mixed-Signal Circuit Design, 2nd Edition, R. Jacob Baker
• Design of CMOS Phase-Locked Loops: From Circuit Level to Architecture, Behzad Razavi

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Modéliser un circuit numérique avec une machine d’états
• Déterminer la représentation en diagramme d’états (FSM) d’une machine d’états
• Déduire la représentation algorithmique (ASM) d’une machine d’états
• Identifier les chemins de contrôle dans un système numérique
• Modéliser et mettre en oeuvre les chemins de contrôle sous forme de machine d’états en VHDL
• Comprendre l’importance de la synchronisation dans des circuits synchrones à entrées asynchrones
• Comprendre les problèmes de métastabilité dans les systèmes et circuits numériques
• Concevoir et mettre en oeuvre sur FPGA en langage VHDL des interfaces de communication série intégrant des machines d’états (UART, SPI, I2C)
• Concevoir et mettre en oeuvre sur FPGA en langage VHDL une interface mémoire pour SDRAM
• Concevoir et mettre en oeuvre sur FPGA en langage VHDL un oscillateur numérique (DDS/NCO)
• Mettre en oeuvre sur FPGA un SoC autour d’un coeur de processeur Soft (Microblaze), un bus AXI et des interfaces de communication.
• Mettre en oeuvre du SoC sur carte FPGA et interface avec des capteurs/actionneurs pour application pratique
• Analyser les performances d’un système complexe (ressources, vitesse…)

Contenu

Retour sur machines d’états (FSM)

• Machine d’états Mealy
• Machine d’états Moore
• Représentation FSM
• Représentation ASM
• Etude de cas pratique (Détection de front montant, Circuit antirebond)

Métastabilité et synchronisation de signaux asynchrone

• Synchronisation
• Métastabilité

Mise en oeuvre d’interfaces de communication série : UART, SPI, I2C

Mise en oeuvre d’une interface pour SDRAM

• Introduction DDR2/DDR3
• Interface d’une mémoire SDRAM
• Contraindre l’interface SDRAM (timing)

Mise en oeuvre d’une DDS (NCO)

• Principe de fonctionnement,
• Sine/Cosine – LUT
• Intégration, test et validation

Mise en oeuvre d’un SoC à base d’un processeur Microblaze

• Architecture Microblaze
• Bus AXI
• Packaging d’IP avec interface AXI
• Intégration des IP UART, SPI, I2C, DDS dans le SoC
• Test et validation (capteur température, accéléromètre…)

Prérequis

• Conception de circuits combinatoires (N1)
• Conception de circuits séquentiels (N2)
• Introduction aux microcontrôleurs (N3)
• Pratique des langages C sur cible embarquée (N3)

Pédagogie

• Cours illustré avec des exemples pratiques sur la conception des machines d’états.
• TD/Projet : Etude de cas pratique de systèmes et circuits numériques :

1. Analyse et étude de cas pratique (détection de séquence).
2. Mise en oeuvre, test et validation d’interface de communication série.
3. Mise en oeuvre de circuits numériques spécialisés (DDS/NCO, interface SDRAM…)
4. Apprentissage par projet : étude et mise en oeuvre d’un système complexe autour d’un SoC et intégration des blocs (IPs) développés tout au long de ce module.

Lien évaluation-compétences

40% : évaluation d’acquisition des concepts théoriques sur les machines d’états et la conception de systèmes et circuits numériques complexes.

• 20% : partie théorique sur les machines d’états
• 20% : partie pratique sur machine

1. Étude d’un circuit numérique
2. Conception et modélisation
3. Mise en oeuvre en VHDL et validation en simulation

60% : évaluation pratique axée sur la simulation et la réalisation sur maquette et outil de conception et d’implémentation de circuits numériques sur FPGA.

• 20% : Interface de communication série (UART, SPI, I2C)
• 20% : Circuits spécialisés (DDS/NCO, SDRAM)
• 20% : SoC autour d’un processeur Microblaze sur FPGA

Bibliographie

• Logique combinatoire et séquentielle : méthodes, outils et réalisations
  Auteur : Claude Brie
  Éditeur : Ellipses, 2003.
• Electronique numérique – Architecture, VHDL, technologie des circuits programmables
  Auteur : Antoine d’Hermies
  Éditeur : Dunod, 2020
• La conception de systèmes avec FPGA
  Auteur : Philip SIMPSON
  Éditeur : Dunod, 2014
• Les circuits FPGA et le langage VHDL
  Auteur : Jocelyn Sérot
  Éditeur : Ellipses, 2019.

Acquis de la formation

Ce module approfondit les notions de physique du semi-conducteur vues en P1 et P2 en lien avec leurs utilisations pour la réalisation de composants électroniques. L’accent est mis sur les composants III-V pour l’optoélectronique, et les hétérojonctions pour les composants hautes performances et la conversion photovoltaïques.

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Décrire le fonctionnement d’une jonction III-V et citer les SC III et les SC V utilisés de nos jours.
• D’identifier une hétérojonction, et citer les matériaux (métaux, oxydes, …) utilisés pour réaliser ces hétérojonctions.
• De citer des composants réalisés à base de SC III-V ou d’hétérojonction.
• Décrire l’état actuel des connaissances en matériaux semi-conducteur et citer quelques problématiques de l’état de l’art.

Contenu

• Semi-conducteur III-V : intérêt, notion de gap direct/indirect, utilisation.
• Hétérojonction : intérêt, étude des interfaces, utilisation.
• Approfondissement de physique statistique : notion de bosons/fermions, statistiques associées.

Prérequis

Physique générale de classe préparatoire, P1, P2, P3, A1

Pédagogie

CM : 14h / TD : 12h

Lien évaluation-compétences

• Epreuve écrite de 2h
• Projet bibliographique personnel et présentation orale sur thématique semi-conducteur en lien avec l’état de l’art

Bibliographie

H. Mathieu, Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques (Dunod)

Acquis de la formation

L’objectif de ce (double) module est la présentation, la conception et la fabrication de capteurs et microcapteurs ainsi que leur électronique de conditionnement.

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• lister les technologies associées aux différentes familles de capteurs discrets et aux différentes familles d’actionneurs.
• choisir et interfacer un capteur.
• choisir et interfacer un actionneur.
• citer les principaux procédés de fabrication de micro dispositifs, et les mettre en oeuvre.
• réaliser les principales étapes de conception de fonctions électroniques depuis un cahier des charges jusqu’à la réalisation sur PCB et le test.

Contenu

Ce module se décompose en 2 parties :

Partie 1 : capteurs discrets, actionneurs et conditionnement

• Présentation des différentes familles de capteurs et principe de fonctionnement
• Conditionnement d’un capteur, chaîne d’acquisition (du capteur à la conversion AN)

Partie 2 : conception d’un micro-capteur et conditionnement

Le cours donnera les bases théoriques des technologies de micro-fabrication, et explicitera notamment les contraintes de travail en salle blanche. Après avoir reçu les bases théoriques des technologies de micro-fabrication, le TP est réalisé en plusieurs séances, en petit groupe, d’une
demi-journée dans la salle blanche de Nanolyon.

• Les principaux procédés mis en oeuvre sont le nettoyage chimique, la photolithographie, le dépôt de couches minces par pulvérisation cathodique, la gravure chimique.
• L’étape d’assemblage (packaging) est effectuée par l’équipe support technique

Prérequis

Physique générale de classes préparatoires, l’ensemble des modules d’électronique

Pédagogie

CM : 10h / TD : 6h / TP instrumentation : 10h / Projet réalisation micro-capteur : 26h dont TP salle blanche : 8h

Lien évaluation-compétences

• Epreuve écrite de 2h orientée capteur et instrumentation
• Projet : résultats de réalisation

Bibliographie

• MEMS , Microtechnologies, Lab-On-Chip
• Conception CAO et réalisation de PCB

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Analyser et comprendre le fonctionnement d’une architecture RISC-V et son jeu d’instruction
• Programmer en C et langage Assembleur une carte avec un coeur RISC-V
• Comprendre et ajouter des instructions à l’architecture selon leurs besoins
• Comprendre et modifier le cheminement des données dans l’architecture
• Comprendre et modifier la hiérarchie de la mémoire

Contenu

Introduction :

• Présentation de RISC-V
• Unité de contrôle
• Registres
• Modèle de la mémoire

C et Assembleur

• Programmer en C et/ou en Assembleur avec des appels de fonctions
• GPIO
• Interruptions

Modification d’une architecture RISC-V

• Ajout d’instructions dans le code d’un RISC-V implémenté sur FPGA
• Ajout d’un module dédié à une application spécifique (filtrage)
• Modification des accès mémoire

Synthèse et simulation d’une architecture RISC-V

• Réalisation de la synthèse d’une architecture faisant usage d’une librairie technologique
• Analyse de rapports de synthèse, coûts (surface, consommation, fréquence de fonctionnement)
• Simulation comportementale et post-synthèse.

Prérequis

• Conception de circuits numériques
• Langage C
• Langage Assembleur et concept de jeu d’instruction
• Microarchitecture
• Hiérarchie de mémoires

Pédagogie

Série de cours / TP guidés sur carte SiFive et FPGA.

Lien évaluation-compétences

100% suivi de TP par validation et évaluation à l’oral en séance

Bibliographie

Digital Design and Computer Architecture: RISC-V Edition, Harris & Harris, © Elsevier 2021

Acquis de la formation

A travers un projet de complexité croissante, les étudiants seront capables de :

• Mettre en oeuvre une architecture mixte répondant à un cahier des charges
• Réaliser une modélisation fonctionnelle
• Concevoir les sous-bloc analogique et numérique en langage de description matériel
• Co-simuler l’ensemble
• Réaliser en technologie CMOS les sous-bloc analogiques
• Réaliser en technologie CMOS les sous-bloc numériques
• Faire la vérification de l’ensemble par la simulation

Contenu

Ce double module s’inscrit dans la continuité de l’enseignement de l’électronique. Il constitue l’introduction à la conception analogique, numérique et mixte en micro-électronique d’une part, et permet de synthétiser, dans le cadre d’une réalisation, les connaissances de première année d’autre part. L’accent est également mis sur la présentation et la prise en main des outils spécifiques rencontrés dans l’industrie.

Le projet et les problèmes proposés permettront d’avoir une initiation à :

• Des langages de description matériel analogique (VHDL-AMS et/ou Verilog-A)
• La conception analogique CMOS :

1. Présentation d’un PDK AMS 0.35u ou XFAB 0.18u ou FDSOI 28nm
2. Conception de briques analogiques de base (Comparateur, Référence de tension, de courant, Amplificateur)

• La conception numérique CMOS
• L’utilisation des outils (Cadence, Mentors, etc…)
• La modélisation comportementale
• L’automatisation d’un cycle de simulation via script Python et extraction/traitement automatique des résultats
• La rédaction d’un rapport de conception

Prérequis

A1 à A3, N1 à N3, P1 et P2, et I2

Pédagogie

Apprentissage par projet et par problèmes

Lien évaluation-compétences

• 40% Epreuve écrite de 2h
• 60% Evaluation Projet

Bibliographie

• Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 5th Edition, Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis, Robert G. Meyer
• CMOS: Mixed-Signal Circuit Design, 2nd Edition, R. Jacob Baker

Acquis de la formation

Ce module présente les outils de l’automatique des systèmes à temps discrets et les utilise pour l’analyse des montages électroniques numériques, en insistant sur les aspects liés à la stabilité des systèmes bouclés et à leur correction.

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Décrire un système temps discret sous forme de schéma-bloc,
• D’analyser et de corriger un problème de stabilité dans un système temps discret bouclé,
• D’implémenter une fonction temps discrète dans une cible matérielle.

Contenu

• Présentation des systèmes temps discrets (exemple : filtre numérique, DPLL, …)
• Analyse de la stabilité et des performances d’un système bouclé temps discret
• Corrections des systèmes bouclés, correcteurs RST
• Contraintes liées à l’implémentation d’un correcteur temps discret dans une cible matériel type uC : résolution, erreur d’arrondie, cycle limite…

Prérequis

MS3 (Transformée en Z), MS7 (TNS)

Pédagogie

CM : 8h / TD : 6h / TP : 4h / Mini-projet : 8h

Lien évaluation-compétences

• Epreuve écrite de 2h
• Note pratique (Compte-rendu des TP/Projet)

Bibliographie

Digital Control of Dynamic System 3rd Edition, Franklin, Powell, Workman, Ellis Kagle Press

Acquis de la formation

A l’issue des modules proposés en anglais et en LV2, les étudiants auront acquis et amélioré des compétences en communication (le parler, l’écoute, l’écrit, la lecture) dans la langue cible afin d’effectuer les tâches assignées* relatives aux différents thèmes choisis par l’élève, et ceci à un niveau
de compétence immédiatement supérieur au niveau de départ (défini par le CECRL).

Prérequis

Aucun

Contenu

ANGLAIS : CONTENU / TACHES ASSIGNEES / MOYENS

Travailler des compétences autour d’un thème choisi par l’élève. Ce dernier peut être amené à travailler une ou deux compétences spécifiques et qui se prêtent au thème (e.g. Meetings : prise de parole, techniques pour débattre…) et/ou à développer un vocabulaire spécifique au sujet sélectionné.

Thèmes proposés :

• Se préparer pour le FCE
• Réunions : organisation, conduite, participation
• Parler Science
• Se préparer à se rendre en Grande Bretagne
• Parler sciences naturelles
• Ecrire l’anglais
• Anglais littéraire, vers le Proficiency ou l’Advanced
• Amélioration de la compréhension orale
• Débat sur l’international
• Se préparer à se rendre aux USA
• Science of innovation
• L’industrie de l’énergie
• Multiculturalisme
• Sciences et cinéma
• L’anglais du monde des affaires et du management
• Parler chimie
• Les droits humains
• La musique et la société

Bibliographie

Aucune

Lien évaluation-compétences

Chaque module a son mode d’évaluation propre spécifiquement inhérente au thème choisi. D’une façon générale, les élèves sont évalués et notés sur :

• Leur niveau de compétence à communiquer en langue cible par rapport aux éléments traités lors de chaque cours en présentiel (‘Interlanguage’-basic learner variety)
• Leur niveau de compétence à communiquer qui se manifeste lors de l’exécution de différentes tâches qui sont assignées, (voir chaque module pour plus de détails).

Acquis de la formation

A l’issue de ce module, les étudiants sont capables de :

• Identifier les différents types d’innovation existants et adopter une démarche d’innovation en fonction du contexte
• Répondre avec des méthodologies adaptées sur 3 étapes clés du processus d’innovation
• Utiliser les outils de dimensionnement économique et fonctionnel pour définir la faisabilité d’un projet

Contenu

Accompagnement de groupes de 5 à 6 étudiants dans un projet de réponse à une demande d’entreprise pré-ciblée ou en réponse à une problématique sociétale. L’organisation alternera temps avec des intervenants spécialisés et temps en autonomie et dans la réalisation du projet.
Le travail est structuré en 6 grandes étapes :

• Constitution des équipes : Construire et mettre en place une équipe pluridisciplinaire dans un contexte de travail ou les compétences sont distribuées.
• Recherche de l’idée clé avec la méthode du Design Thinking (double losanges)
• Construction du Business Model (usages)
• Analyse de la viabilité du projet : Plan de financement – Viabilité technique – liberté d’exploitation
• Prototypage et preuve de concept
• Promotion de la solution : Story telling, Social selling

Prérequis

Aucun

Lien évaluation-compétences

L’évaluation se fera sur les résultats du projet mené pendant le module, présentés à un jury incluant des professionnels d’entreprise, des enseignants.

Bibliographie

• Thinking in new boxes : a new paradigm for business creativity. Luc de Brabandère, Alain Iny. Random House. 2015
• Business Model nouvelle génération : un guide pour visionnaires, révolutionnaires et challengers. Pearson. 2011.
• La boite à outils de l’innovation. Geraldine Benoit Cervantes. Dunod. 2016

Acquis de la formation

Ce projet, équivalent de 2 modules, a pour but de synthétiser les connaissances d’électronique analogique et de micro-électronique à travers la réalisation de systèmes analogiques complexes décomposables en
plusieurs sous-systèmes. L’accent est mis sur l’étude préliminaire des structures, la modélisation haut niveau pour choisir les différents paramètres du système, la réalisation des sous-systèmes au niveau
transistors, la simulation mixte pour valider chaque sous-système (au niveau transistor), réalisation layout d’un des sous-systèmes (extraction des parasites, simulation PLS) et validation de l’ensemble.
Exemple de systèmes pouvant servir de sujet : amplificateur de classe D asservis, convertisseur DC/DC asservi, PLL, filtre analogique gmC, convertisseur AN type SAR ou Sigma Delta, …

Prérequis

Ensemble des modules d’électronique de la formation

Pédagogie

Projet

Lien évaluation-compétences

• Rapport d’étude préliminaire (Etat de l’art, choix d’une architecture, modélisation haut niveau)
• Rapport de conception
• Rapport de layout, validation PLS
• Présentation orale des travaux
• Recette matérielle

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Concevoir un ASIC optimisé pour une bibliothèque de cellules standard
• Analyser un circuit (contrôlabilité et observabilité) et générer un banc d’essai à l’aide d’un outil de génération automatique de vecteurs de test (ATPG)
• Tester un circuit, observer sa tolérance aux fautes (transitoires, de collage ou de délais) sur simulateur

Contenu

Au cours d’un projet regroupant tous les aspects de la conception dite « front-end », les étudiants seront confrontés aux différentes étapes et leurs problématiques respectives. La mise en place de scripts permettant de générer automatiquement les fichiers nécessaires est encouragée. Une fois la conception d’un circuit réalisée et son comportement testé, les étudiants seront accompagnés dans les différentes étapes de test industriel pour mettre à l’épreuve leur circuit face aux différentes pannes possibles d’un ASIC (défaillance de conception, d’impact de l’environnement et d’usure).

Prérequis

• Conception de circuits numériques (VHDL, Verilog)
• Connaissance d’architecture des ordinateurs et machines à état fini
• Langage de scripting (Python, Bash et/ou tcl/tk)

Pédagogie

Projet long accompagné. Les connaissances nécessaires sont fournies sur document et lors de discussions sur les problématiques de la conception et sur puce, ses différentes étapes de test et leurs enjeux économiques.

Lien évaluation-compétences

• 70% suivi de projet par validation
• 30% évaluation du rapport de projet et présentation

Acquis de la formation

A l’issue du module, les étudiants seront capables de :

• Analyser et étudier des architectures de SoC et MPSoC parallèles
• Utiliser et intégrer des bus de communication spécialisés pour les SoC et MPSoC
• Mettre en oeuvre des mécanismes de communication et de synchronisation entre processeurs dans une architecture multi-processeurs (MPSoC) parallèle.
• Intégrer des IP de communication série dans le SoC/MPSoC pour s’interfacer avec des capteurs, des actionneurs et des processeurs externes.
• Analyser les performances d’un système multi-processeurs (MPSoC) parallèle.

Contenu

• Architecture SoC, MPSoC et NoC
• Reprendre l’architecture d’un processeur RISC-V
• Architecture des processeurs ARM Cortex M3 et M1
• Mécanisme de communication et synchronisation entre processeurs

1. Mémoire partagée – Mail Box
2. Interruption

• Bus de communication

1. Reprendre le Bus AXI
2. Packaging d’IP avec interface AXI
3. Bus Wishbone
4. Packaging d’IP avec interface Wishbone
5. Passerelle (Bridge) AXI/Wishbone

• Gestion de la mémoire partagée
• Intégration de périphériques (UART, SPI, I2C)
• Mise en oeuvre, test et validation d’un système MPSoC sur FPGA

Prérequis

Ensemble des modules d’électroniques de la formation

Pédagogie

• Cours illustré avec des exemples pratiques sur la conception de systèmes multi-coeurs et parallèles.
• TD/Projet : Etude de cas pratique de systèmes SoC, et MPSoC :

1. Analyse et étude de cas pratiques (architecture MPSoC Xilinx, TI, ST…)
2. Apprentissage par projet : étude et mise en oeuvre d’un système complexe MPSoC sur FPGA.

Lien évaluation-compétences

• 20% : évaluation d’acquisition des concepts théoriques sur les architectures de MPSoC parallèles.
• 80% : évaluation pratique axée sur la simulation et la réalisation sur maquette et outil de conception et d’implémentation de systèmes MPSoC sur FPGA.

Bibliographie

• Design Concepts for a Virtualizable Embedded MPSoC Architecture: Enabling Virtualization in Embedded Multi-Processor Systems, Alexander Biedermann. Springer, 2014.
• Architecture et micro-architecture des processeurs. Bernard Goossens. Springer, 2010.
• Serveurs multiprocesseurs clusters et architectures parallèles . René-J Chevance. Eyrolles, 2000.

Acquis de la formation

A l’issue de ce module, les étudiants seront capables de :

• Distinguer les différentes méthodes existantes de l’intelligence artificielle (IA)
• Implémenter un algorithme d’intelligence artificielle (DL, NN, ou équivalent) sous Python
• Appliquer une technique d’IA à la conception de circuit intégré (Analog ou Edge Computing)
• Evaluer les enjeux énergétiques associés à l’usage de l’IA

Contenu

L’intelligence artificielle intègre notre quotidien de nombreuses façons (reconnaissance faciale, conduite autonome, etc.). Après avoir étudié les différentes techniques existantes (apprentissages supervisés, non
supervisés des réseaux de neurones, réseaux de neurones convolutionnels, etc.), les étudiants travailleront sous python à l’évaluation de différentes technologies.
Ils étudieront ensuite les apports possibles d’une solution numérique ou mixte analogique/numérique dans un réseau de neurone en termes de rapidité et d’efficacité énergétique.
Les étudiants seront initiés au travail de recherche à travers une étude bibliographique et la présentation d’un sujet lié à l’état de l’art.

Prérequis

I1, I2, I3, A7

Pédagogie

Apprentissage par projet et par problèmes

Lien évaluation-compétences

• 40% Epreuve écrite de 2h
• 60% Evaluation Projet

Bibliographie

• L’apprentissage profond avec Python, François Chollet
• Hands-On Machine Learning with Scikit-Learn, Keras, and Tensorflow: Concepts, Tools, and Techniques to Build Intelligent Systems, Aurélien Géron

Acquis de la formation

A travers un projet de complexité croissante, les étudiants seront capables de :

• Mettre en oeuvre une architecture mixte répondant à un cahier des charges
• Réaliser une modélisation fonctionnelle
• Concevoir les sous-blocs analogiques et numériques en langage de description matériel
• Co-simuler l’ensemble
• Réaliser en technologie CMOS les sous-blocs analogiques
• Réaliser en technologie CMOS les sous-blocs numériques
• Faire la vérification de l’ensemble par la simulation

Contenu

Ce double module s’inscrit dans la continuité de l’enseignement de l’électronique. Il constitue l’introduction à la conception analogique, numérique et mixte en micro-électronique d’une part, et permet de synthétiser, dans le cadre d’une réalisation, les connaissances de première année d’autre part. L’accent est également mis sur la présentation et la prise en main des outils spécifiques rencontrés dans l’industrie.
Le projet et les problèmes proposés permettront d’avoir une initiation à :

• Des langages de description matériel analogique (VHDL-AMS et/ou Verilog-A)
• La conception analogique CMOS :

1. Présentation d’un PDK AMS 0.35u ou XFAB 0.18u ou FDSOI 28nm
2. Conception de briques analogiques de base (Comparateur, Référence de tension, de courant, Amplificateur)

• La conception numérique CMOS
• L’utilisation des outils (Cadence, Mentors, etc…)
• La modélisation comportementale
• L’automatisation d’un cycle de simulation via script Python et extraction/traitement automatique des résultats
• La rédaction d’un rapport de conception

Prérequis

A1 à A3, N1 à N3, P1 et P2, et I2

Pédagogie

Apprentissage par projet et par problèmes

Lien évaluation-compétences

• 40% Epreuve écrite de 2h
• 60% Evaluation Projet

Bibliographie

• Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, 5th Edition, Paul R. Gray, Paul J. Hurst, Stephen H. Lewis, Robert G. Meyer
• CMOS: Mixed-Signal Circuit Design, 2nd Edition, R. Jacob Baker

Acquis de la formation

Le progrès rapide qu’a connu le domaine des semi-conducteurs et de la microélectronique d’une façon générale a ouvert le champ à de nombreuses nouvelles applications. Portées par la maitrise de technologies nouvelles et prometteuses, des solutions hier irréalisables deviennent envisageables voire possibles.
Ce module a pour objectif d’initier les étudiants aux thématiques qui portent la recherche scientifique dans le domaine de l’électronique intégrée.

Contenu

L’ouverture scientifique sur les technologies émergentes sera proposée au travers d’interventions d’industriels et de chercheurs spécialistes du domaine. L’étudiant aura une initiation à des domaines tels que :

• La photonique
• Les ordinateurs quantiques
• Fabrication en micro et nanotechnologies
• Sécurité matérielle et logicielle des systèmes électroniques
• L’électronique organique
• La plastronique
• Les enjeux de la consommation électriques des « systèmes numériques »

Prérequis

Modules P3 et P4, AN4

Pédagogie

Les étudiants auront à choisir entre la participation au développement dans un projet de recherche d’une équipe de recherche d’un laboratoire ou la réalisation d’une étude bibliographique sur sujet parmi une liste sélectionnée dans l’état de l’art.

Lien évaluation-compétences

• Présentation orale
• Rédaction article scientifique

Acquis de la formation

A l’issue des modules proposés en anglais et en LV2, les étudiants auront acquis et amélioré des compétences en communication (le parler, l’écoute, l’écrit, la lecture) dans la langue cible afin d’effectuer les tâches assignées* relatives aux différents thèmes choisis par l’élève, et ceci à un niveau
de compétences immédiatement supérieur au niveau de départ (défini par le CECRL).

Prérequis

Aucun

Contenu

ANGLAIS : CONTENU / TACHES ASSIGNEES / MOYENS

Travailler des compétences autour d’un thème choisi par l’élève. Ce dernier peut être amené à travailler une ou deux compétences spécifiques et qui se prêtent au thème (e.g. Meetings : prise de parole, techniques pour débattre…) et/ou à développer un vocabulaire spécifique au sujet sélectionné.

Thèmes proposés :

• Se préparer pour le FCE
• Réunions : organisation, conduite, participation
• Parler Science
• Se préparer à se rendre en Grande Bretagne
• Parler sciences naturelles
• Ecrire l’anglais
• Anglais littéraire, vers le Proficiency ou l’Advanced
• Amélioration de la compréhension orale
• Débat sur l’international
• Se préparer à se rendre aux USA
• Science of innovation
• L’industrie de l’énergie
• Multiculturalisme
• Sciences et cinéma
• L’anglais du monde des affaires et du management
• Parler chimie
• Les droits humains
• La musique et la société

Lien évaluation-compétences

Chaque module a son mode d’évaluation propre, spécifiquement inhérente au thème choisi. D’une façon générale, les élèves sont évalués et notés sur :

• Leur niveau de compétence à communiquer en langue cible par rapport aux éléments traités lors de chaque cours en présentiel (‘Interlanguage’-basic learner variety)
• Leur niveau de compétence à communiquer qui se manifeste lors de l’exécution de différentes tâches qui sont assignées, (voir chaque module pour plus de détails).

Acquis de la formation

A l’issue de ce module, les étudiants sont capables de :

• Comprendre les enjeux liés à la fabrication des systèmes numériques sur l’ensemble de la chaine de valeur sur le plan économique et environnemental
• Etre en mesure de quantifier les rendements, effets micro et macroscopiques sur le plan écologique et économique

Contenu

A l’issue d’un cycle de conférences dédiées à la compréhension des phénomènes physiques, biologiques et chimiques en jeu dans l’activité humaine (industrie, transport, etc.), les étudiants travailleront en groupes de 5 à 6 dans un projet de réponse à un des impacts de la société du tout numérique.
Leur réflexion intégrera les problématiques :

• de l’écoconception des produits et services avec un focus sur les équipements électroniques et services numériques.
• des liens avec les nouveaux modèles d’affaires (économie circulaire, économie de la fonctionnalité)

L’organisation alternera temps avec l’enseignant et temps en autonomie et dans la réalisation du projet.

Prérequis

Aucun

Lien évaluation-compétences

L’évaluation se fera sur les résultats du projet mené pendant les cours, présentés à un jury incluant un professionnel d’entreprise, l’enseignant et un étudiant d’un autre groupe.