Estimation de la consommation d'énergie et du taux d'erreur bit d'un système Bluetooth LE basée sur la modélisation hiérarchique d'un amplificateur de puissance à 2,4 GHz

par Lucas Alves da Silva

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Gilles Jacquemod.

Soutenue en 2011

à Nice .

mots clés

• Consommation d'énergie
• Amplificateurs de puissance
• Systèmes électroniques -- Modèles mathématiques
• Bluetooth (technologie)

Résumé

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse abordent la prise en compte de la consommation d’énergie lors du développement de modèles hiérarchiques pour le développement de systèmes électroniques complexes. Une chaîne de communication sans fil Bluetooth Low-Energy (B-LE) a été créée, l’objectif étant d’estimer la durée de vie de la batterie du système complet, lors des différentes phases de développement. Dans un premier temps, le comportement énergétique du segment numérique a été étudié, en s’appuyant sur un modèle en systèmeC. Une analyse des différentes stratégies de découverte de dispositifs a été menée, considérant la consommation moyenne comme facteur d’optimisation. La modélisation du transceiver radio à partir de blocs comportementaux permet d’estimer la consommation énergétique du système complet et son influence sur le taux d’erreur par bit (TEB). La conception d’un amplificateur de puissance est présentée, à partir des spécifications, jusqu’à son design et à sa fabrication. Deux méthodes sont proposées pour l’extraction de la consommation de puissance, menant à des modèles comportementaux plus précis, tout en gardant des temps de simulation acceptables.

Titre traduit

Bluetooth LE bit-error-rate and power consumption estimation based on hierarchical modeling of a 2. 4 GHz power amplifier

Résumé

The different results presented in this thesis focus on considering the energy consumption, during the development of hierarchical models for the design and verification of complex electronic systems. A wireless communication system was developed, complying to the Bluetooth Low-Energy (B-LE) standard, to estimate the whole system’s energy consumption, during the development phases. Initially, the energetic behaviour of the digital segment was studied, following the virtual prototyping approach. At the network level, an analysis of the different scan and advertisement strategies could be conducted, considering the device’s average power consumption as the optimization factor. Following, the radio transceiver’s modelling, using behavioural blocks, allows the estimation of the whole system’s energy consumption, as well as its influence over the system’s bit-error rate (BER). Finally the design of a power amplifier is presented, starting with its specification, through the architectural exploration and choice, until the circuit’s design and tape-out. Two methods are then proposed for the extraction of the power consumption, leading to refined accurate behavioural models, with minimal increase in simulation times.