Etage de réception

L’élément clé du système de réception est le composant permettant de convertir la puissance lumineuse en un signal électrique. Nous utilisons une photodiode pour réaliser cette conversion.

Il existe différents montages possibles en sortie de la phototiode permettant soit de récupérer une tension (sans polarisation, mode photovoltaïque), soit d’utiliser le courant traversant la photodiode en appliquant une polarisation (le plus souvent nulle ou négative), c’est le mode photoconducteur. Ce mode permet de se situer dans une zone plus linéaire et offre une bande passante plus large, il est donc plus couramment utilisé.

Classiquement, un circuit de conversion courant-tension est utilisé avant d’appliquer le signal sur une entrée d’un circuit numérique pour la démodulation (figure V-17). Le montage amplificateur le plus couramment utilisé est un amplificateur de impédance (TIA « trans-impedance amplifier »), avec une polarisation nulle de la photodiode (figure V-17).

Amplificateur TIA

Trame Trame

Figure V-16 : Exemple de trame générée par le programme d’émission pour une fréquence de 4 kHz

Clement Le Bas | Thèse de doctorat | Université de Limoges | 2017 144

Nous avons choisi d’utiliser une photodiode Silicium BPW21 (OSRAM) dédiée à la photo-détection dans la gamme visible entre 350 et 750 nm [157]. Elle a une surface physique

de 7.45mm² et son FOV est de 55°. Le temps de montée typique est de tr = 1.5 μs,

correspondant à une bande passante d’environ 250 kHz (cf équation (2.2)), ce qui est suffisant par rapport à notre objectif.

La partie amplification est composée de différents étages (figure V-18) utilisant des amplificateurs opérationnels LM358P. La photodiode est associée à un premier amplificateur permettant d’effectuer la conversion courant/tension et permettant d’amplifier le signal via la résistance variable R1. On a ensuite un amplificateur de tension suiveur inverseur.

Enfin, on termine l’étage avec un comparateur de tension. Celui-ci sert d’une part à lisser le signal reçu afin de limiter l’impact du bruit et autres perturbations et d’autre part à

adapter la sortie pour le circuit de démodulation. En notant Ve la tension d’entrée du

comparateur et Vs la tension de sortie, on aura :

( ^𝑉𝑒_𝑉^{> 𝑉𝑠𝑒𝑢𝑖𝑙→ 𝑉𝑠= +𝑉𝑐𝑐}

𝑒< 𝑉_{𝑠𝑒𝑢𝑖𝑙}→ 𝑉_𝑠 = 0 ) ^(5.4)

Avec Vseuil le seuil de déclanchement du comparateur fixé par la résistance R4 que l’on

peut faire varier pour adapter le seuil en fonction du signal reçu.

Ainsi, le signal mis en forme en sortie du comparateur sera soit à 0 soit à Vcc. On adaptera la valeur de Vcc en fonction du niveau de tension nécessaire pour le circuit numérique utilisé pour le décodage. Le comparateur choisi est un circuit intégré MAX942CPA+ pouvant fonctionner en +5 V. En effet, classiquement les niveaux de tensions supportés par les processeurs numériques sont de 3.3V ou 5V.

BPW21 R1 _R3 R2 ^+Vcc +Vcc -Vcc _-Vcc +Vcc +Vcc LM358P LM358P MAX942CPA+ Entrée numérique du processeur de traitement R5 R4 Vcc = 5V R1 = 1 MΩ R4 = 5 kΩ R2 = R3 = R5= 1 kΩ

Clement Le Bas | Thèse de doctorat | Université de Limoges | 2017 145

3.3.2 Traitement numérique a) Circuit numérique

Afin de décoder la trame transmise, la première étape à réaliser consiste à détecter les fronts montants et descendants du signal issu du circuit de réception afin de le transcrire en niveaux logiques numériques et ensuite pouvoir revenir aux bits décidés selon la modulation choisie. Une fois les bits décidés, on pourra évaluer le BER en comparant les bits décidés aux bits transmis issus d’une séquence connue (aléatoire ou déterminée).

Etant donné le caractère asynchrone de l’arrivée des fronts, la seule solution efficace consiste en une acquisition par interruptions. De ce fait, pour les mêmes raisons que celles décrites dans la partie émission, on s’est intéressé également aux cartes Rapsberry Pi. Aussi, cela permettra directement de gérer l’affichage des résultats sur un écran ou même la transmission de ces données à distance puisque le Raspberry Pi peut se comporter comme un ordinateur donc aussi comme un serveur de données.

Une mise en garde particulière doit être faite puisque les niveaux de tensions en entrée des broches GPIO ne doivent pas dépasser 3.3V ou être en dessous de 0V sous peine de détériorer la carte. Ainsi, on utilisera un pont diviseur en sortie du comparateur pour obtenir un niveau de 3.3V. Sur le banc expérimental, on programmera la sortie GPIO 23 soit la broche 16 de la carte, pour venir y connecter le signal de sortie du comparateur.

b) Implémentation logicielle

Le programme de réception est basé sur le principe des interruptions déclenchées lors de la détection de fronts montants ou descendants. A chaque interruption, on va se servir de l’horloge du processeur par l’intermédiaire d’un timer pour déterminer l’écart entre le front qui a déclenché l’interruption et le précédent. Ainsi, connaissant le débit des données transmises, on en déduit le nombre de slots à 1 ou à 0.

Etant donné qu’on envoie un octet de synchronisation, il d’agira tout d’abord de déterminer s’il s’agit de l’octet de synchronisation ou des données. S’il s’agit des données, en fonction de la modulation on en extrait le bit correspondant (pour l’OOK un slot à 1 ou 0 correspond directement à la valeur du bit). Chaque bit décidé est écrit dans un tableau en mémoire puis les tableaux sont comparés pour en déduire le nombre de bits erronés et le BER. Le principe général du programme est décrit sur le logigramme de la figure V-19. De plus, dans la première étape du développement du banc expérimental, on affichera à l’écran les caractères correspondant aux données reçues afin d’avoir une visualisation en direct du fonctionnement correct (ou non) du banc.

L’implémentation réalisée sur le banc de test permet dans un premier temps de faire la démodulation de l’OOK.

Clement Le Bas | Thèse de doctorat | Université de Limoges | 2017 146