Conversion Analogique / Numérique versatile dans un environnement avionique contraint.

Versatile analog to digital conversion in a harsh avionic environment.

• Auteur / Autrice : Antoine Canu
• Direction : Philippe Bénabes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique (STIC)
• Date : Soutenance le 25/02/2013
• Etablissement(s) : Supélec
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Supélec Sciences des Systèmes - EA4454 / E3S
• Jury : Président / Présidente : Samir Bouaziz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Renaud Briand, Marc Gatti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Naviner, Dominique Dallet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Avionique

Convertisseurs analogique-numérique

Mots clés libres

Interface configurable

Correction d'erreur

Capteur intelligent

Instrumentation

Configurable interface

Error corrector

Smart sensor

Instrumentation

Résumé

Les systèmes électroniques embarqués à bord des aéronefs rassemblent des informations sur l’environnement qui les entourent au moyen de différents types de capteurs. À l’heure actuelle, l’acquisition des signaux générés par ces capteurs se fait au moyen de circuits électroniques d’interfaçage dédiés à un type de capteur en particulier, ce qui limite les possibilités d’évolution des calculateurs de bord.Nos travaux visent à remplacer ces circuits d’interfaçage par une interface dite versatile, capable de faire l’acquisition de signaux issus de différents types de capteurs. L’environnement dans lequel les systèmes avioniques sont amenés à fonctionner est particulièrement difficile, notamment par la présence de modes communs parasites importants, supérieures à plusieurs dizaines de volts. Après une exploration détaillée de cet environnement, nous proposons une architecture d’interface versatile, basée sur un ASIC mixte et un FPGA. L’ASIC est chargé du conditionnement analogique des signaux et de leur conversion dans le domaine numérique, et peut-être configuré à plusieurs niveaux (gains, offsets, impédances...). Le FPGA comprend les différents traitements numériques nécessaires à l’extraction de l’information contenue dans les signaux. Nous proposons de plus une méthode mixte permettant de corriger les imprécisions analogiques, telles que les défauts d’appairage, souvent critiques dans l’acquisition de signaux différentiels. Un circuit de test a été réalisé dans une technologie CMOS High Voltage 0.35µm afin de valider les différents principes proposés dans nos travaux.

Avionic embedded systems sense their environment through the use of various sensors. Currently, the electrical signals generated by these sensors are acquired by dedicated interface circuits, which limits the functionalities that can be implemented in the computer and slows down their evolution.Our work aims at replacing these interfacing circuits by a more flexible interface, called versatile interface, which has the ability to acquire different kind of signals. Avionic embedded systems usually operate in a pretty harsh environment, in which important common mode voltages of more than thirty volts can superimpose to useful signals. After a thorough exploration of this environment and its specifities, we propose an architecture of the versatile interface, based on a mixed signal ASIC and a FPGA. The ASIC includes a programmable analog signal conditioning stage which is able to withstand the high voltages present in the harsh avionic environment. The FPGA processes the different signals and extract the useful information from them. We also propose method which allows to correct the analog imprecisions due to mismatch or temperature drifts. This method uses analog and digital processing, and allow our versatile interface to be immune to process or temperature variations. A test circuit has been realized in a high voltage 0.35µm CMOS technology, in order to validate the different principles that we propose in this work.