II.2.1. Objectifs
La définition des spécifications est primordiale car celles-ci constituent les attentes d’une application et elles permettent de dégager le cahier des charges. Il convient donc d’adapter le choix des différents éléments d’un nœud d’un réseau de microcapteurs en fonction de ces spécifications. L’autonomie étant primordiale, l’objectif de notre démarche, comme l’illustre la Figure II-1, est d’établir des liens entre les spécifications de l’application, les performances et la contrainte de consommation afin de faire un choix entre l’utilisation de composants existants ou la conception de nouveaux éléments.
Chapitre II : Démarche de conception d’un émetteur-récepteur sous contrainte de consommation
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En effet, il est possible que nous puissions atteindre les spécifications requises par l’application avec des éléments existants sur le marché. Néanmoins, l’intérêt de la conception de nouveaux éléments est de pouvoir augmenter l’autonomie du nœud mais aussi de pouvoir ajouter ou changer les fonctionnalités du nœud en optimisant la consommation en fonction des performances requises. Nous pourrons ainsi envisager d’améliorer la qualité de transmission ou augmenter la quantité de mesures par exemple.
Dans le cas de la conception d’un nouvel élément, notre démarche devra proposer le moyen de valider les résultats obtenus en simulations ou en tests. Elle devra donc être réversible, c'est-à-dire que nous devrons pouvoir remonter les résultats obtenus à un bas niveau vers le niveau système pour vérifier leur concordance avec les spécifications système et la contrainte d’autonomie.
II.2.2. Principe
Les spécifications de l’application constituent le point de départ de notre démarche. Le respect de ces spécifications implique d’inclure dans notre démarche une vision globale de notre système : le nœud d’un réseau de microcapteurs. La vision globale du système permet d’analyser rapidement l’influence des divers paramètres liés à l’application sur la contrainte de consommation et donc sur l’autonomie. De la sorte, en nous basant sur l’outil développé dans le chapitre précédent, il est possible d’établir une méthode bi-directionnelle (Top-Down et Bottom-Up) répondant aux objectifs de notre démarche. Ainsi, à partir de cet outil haut-niveau, d’autres outils correspondant à divers niveaux de modélisation ont été développés. La Figure II-2 présente le principe de notre méthode de conception.
Figure II-2 : Principe de notre méthode de conception.
Avant de détailler le rôle de chacune des étapes, nous allons présenter les deux approches Top-Down et Bottom-Up.
II.2.2.1. Approche Top-Down
La première approche est une étude descendante dite « Top-Down » dans laquelle nous allons nous attacher à spécifier les caractéristiques des différents éléments d’un nœud mais aussi des sous-systèmes tels que l’émetteur-récepteur. Cette approche est donc une étude prédictive permettant, à partir des spécifications de l’application, d’affiner les spécifications de chacun des éléments du système et donc de fixer les caractéristiques des différents éléments du nœud.
parties du nœud. Pour le choix ou la conception de l’émetteur-récepteur, il est indispensable de déterminer les spécifications en termes de communication comme le débit, la portée mais aussi le TEB1. A partir de là, il sera possible de déterminer les performances à atteindre au niveau de l’émetteur-récepteur :
- Puissances émises et reçues ; - Figure de bruit ;
- Contrainte de linéarité.
La nouveauté dans cette approche est de faire intervenir la contrainte de consommation au niveau système et donc d’analyser l’influence de cette contrainte sur le choix des spécifications du module de communication et donc sur les performances de celui-ci.
A partir de l’étude système puis de la détermination des performances à atteindre pour le module RF, il est possible soit de s’orienter vers une solution existante, soit de s’intéresser à la conception de blocs et à leur optimisation en fonction de la contrainte de consommation. La conception de nouveaux éléments doit se baser sur l’identification des blocs fonctionnels les plus contraignants en termes de consommation mais aussi de performances.
II.2.2.2. Approche Bottom-Up
L’approche Bottom-Up va permettre de vérifier, à partir de résultats de simulations « bas niveau » (SPICE) effectuées sur les éléments conçus ou choisis, que les caractéristiques des différentes parties du système sont compatibles avec les spécifications de l’application. De plus, les caractéristiques obtenues à partir de mesures réalisées et de tests constituera un moyen d’affiner et de valider les résultats en offrant notamment la possibilité de faire remonter au niveau système des informations plus précises telles que la consommation. Enfin, cette approche permettra d’avoir un retour sur expérience afin de valider nos outils et éventuellement de les faire évoluer.
II.2.2.3. Les étapes
A partir de la Figure II-2, nous allons définir les différentes étapes de notre démarche.
• L’étude système
L’étude système qui sera présentée dans la partie II.3, permet d’avoir une vision d’ensemble du fonctionnement du nœud. Elle aura pour but de s’intéresser à l’étude globale de l’application, de déterminer les spécifications de la partie communication et d’identifier les éléments ayant une part prépondérante dans la consommation du nœud et donc un impact sur son autonomie.
• L’étude de l’émetteur-récepteur
Dans cette partie détaillée au II.4, nous allons nous intéresser à la manière de définir les performances de l’émetteur-récepteur. A partir de cette étape, il sera possible de faire un choix entre conception ou utilisation de composants sur « étagères » (COTS). La partie conception d’un nouvel émetteur-récepteur passe dans un premier temps par des choix architecturaux puis par l’étude des différents blocs fonctionnels de ce module RF.
1 TEB : Taux d’Erreur Bit
Chapitre II : Démarche de conception d’un émetteur-récepteur sous contrainte de consommation
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• L’étude des blocs fonctionnels de l’émetteur-récepteur
Dans l’optique de la conception d’un nouveau module RF, il est nécessaire d’étudier les différents blocs fonctionnels de l’émetteur-récepteur. Le but de cette étape, qui sera présentée à la partie II.5, est de pouvoir déterminer, à partir des performances de l’émetteur-récepteur, les performances de chacun des blocs et de voir l’influence de ces performances sur la consommation globale du module RF. Il sera ainsi intéressant, en fonction des performances, de déterminer les blocs les plus contraignants en termes de consommation.
• Le dimensionnement au niveau transistor
Cette dernière étape se propose de passer au niveau transistor et de trouver, pour une topologie donnée, la meilleure configuration afin de répondre aux performances demandées par l’étape précédente tout en déterminant la consommation la plus faible. Cette dernière étape sera plus précisément détaillée dans le troisième chapitre de ce document.
Figure II-3 : Schéma synoptique détaillée de notre démarche.
La Figure II-3 présente une version détaillée du principe de notre démarche. Elle présente les différents niveaux de modélisation et les objectifs de chacune d’elles. Dans la suite de ce chapitre, nous allons nous atteler à décrire chacune des étapes de notre démarche.