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Fréquence et Amplitude
Fréquence, Amplitude, Phase
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Pratiques pédagogiques, mesures et qualification des systèmes
Temps et États
Conclusions
PositionDu problème
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PositionDu problème
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PositionDu problème
Sonde de température d’eau moteur
Moto-ventilateurs
de refroidisseme
nt moteur
Calculateur injection moteur
BSI
Boîtier de Servitude Intelligent
Calculateur de
climatisationCombiné
Signaux
Analogiques
Signaux
Numériques
réseau CAN
réseau VAN
Fils torsadés
Fils torsadés
21
M
U de 0.3 à 4.5v
DC
BA
HG
FE
Fils nontorsadés
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PositionDu problème Bus CAN : codage de l’information
Nœud 1 Nœud n
120120
CAN_H
CAN_L5
3
2
4
1
CAN_H
CAN_L
10 0
Nœud 1 Nœud n
2.2K CAN_H
CAN_L
5
3
2
4
1
CAN_H
CAN_L
10 0
2.2K
3.25V
1.75V
ISO11898 : High Speed CAN
125Kbps - 1Mbps
ISO11519-2 : Low Speed CAN Fault Tolerant
-125Kbps
VCAN_H > VCAN_L + 0,5 V => 1 logique (récessif)
VCAN_H < VCAN_L + 0,5 V => 0 logique (dominant)
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PositionDu problème
1 bit correspond à 32 coup d’horloge
La lecture du bit devra être faite au 20éme coup d’horloge
1bit = 4µs
Propagation Phase1Synch Phase2
Bit valide32 time quantum
ISO11898 : High Speed CAN
25O Kbps
CAN 2.0 A Trame
Le bus CAN est libre : état récéssif depuis au moins 10 bits consécutifs
Bit de début de message état dominant pendant 1bit
Bits d’arbitrage du bus CAN et d’identification du message (11 bits)
Bit dominant pour un envoi de données
Bit récessif pour une demande de données
2 bits réservés + 4 bits spécifiant la longeur du champ de données (compris entre 0 et 8)
0 à 8 octets de données soit 0 à 64 bits
4µs
4µs
2 à
3 V
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PositionDu problème
ISO 11898
Haute vitesse
ISO 11519
Basse vitesse
Support de transmission
Modulation de l ’information, timing,
synchro
Codage des messages arbitrage, gestion
erreurs
Applications constructeurs
Câbles électriques, fibres optiques, Liaisons infrarouges, liaison hertziennes
caractéristiques physiques des signaux
Protocole de transmission
Définition d’un langage entre les composant
Caractériser c’est:
Norme CAN
Une norme
Des contraintes à respecter
Des relevés
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PositionDu problème
Noeud 1Noeud nMax. 30
120120
CAN_H
CAN_L
+
-
Sonde différentielle
Mode dominant : Niveau bas
Mode recessif : Niveau haut
CAN Bus
Analyseur de protocole
B.S.I. testeur
Traceur de données
Oscilloscope numérique
Outil : CVX 200 ou MUXTESTER
Outil : Diag 2000 de PSA
Outil : CANscope ou CAN bus signal analyser
Outil : MUXTRACE ou CANalyser + Carte CAN
Des outils adaptésGaragiste
Électronicien
Électronicien
Électronicien
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PositionDu problème
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PositionDu problème Quelques contraintes
Bande passante = 0,35 / Temps de montéecircuits logiques / Temps de montée / Bande passante (calculée)
TTL 2 ns 175 MHz
AC (Advanced Cmos) 1,5 ns 230 MHz
LVT(Low voltage Bic) 1 ns 350 MHz
AHC(Adv High Speed) 400 ps 875 MHz
ECL 100 ps 3,5 GHz
GaAs 40 ps 8,75 GHz
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PositionDu problème
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PositionDu problème
Quelques caractéristiques des oscilloscopes
Acquisition : Voies analogiques
Fréquence d’échantillonnage maximale 2 Gech/s entrelacés, 1 Gech/s par voie;
Profondeur mémoire maximale 4 Mo par voie;
Résolution verticale 8 bits;
Mode haute résolution : 12 bits de résolution lorsque ≥100 µs/div;
Système vertical : Voies analogiques
Bande passante (-3dB) : jusqu’à 350 MHz
Temps de montée calculé : ~1,0 ns
Bande passante monocoup : 350 MHz
Prix De 4,5 à 10 k€
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PositionDu problème
Système de déclenchement de l’oscilloscope
Sélections de front, largeur d’impulsion, mot logique, TV, durée, réseau CAN, USB, I2C, SPI
-Déclenchement sur un mot logique de niveaux haut, bas et indifférent et/ou front montant ou descendant établi à travers l’une des sources.Le niveau haut ou bas de la voie analogique est défini par le niveau de déclenchement de cette voie.
-Déclenchement sur des signaux télécom (ligne Numéris), le masque qui permet de caractériser les niveaux doit être intégré.
-Déclenchement TV sur une voie analogique pour normes de diffusion NTSC, PAL, PAL-M, ou SECAM sur les signaux vidéo composites positifs ou négatifs.
-Déclenchement sur signaux réseau CAN (Controller Area Network) version 2.0A et 2.0B. Il peut se déclencher sur le bit d’un départ de trame d’une trame de données, d’une trame de requête de transfert à distance ou d’une trame de surcharge.
- Déclenchement USB sur Start of Packet, End of Packet, Reset Complete, Enter Suspend, ou Exit Suspend de l’USB (Universal Serial Bus) sur les lignes de données USB différentielles. Prise en charge de vitesses USB élevée et basse.
- Déclenchement I2C sur le protocole série I2C (bus Inter-IC) sous condition arythmique ou trame définie par l’utilisateur avec valeurs adresse et/ou données..
-Déclenchement SPI sur la combinaison de données SPI (interface de périphérique série) pendant une période de verrouillage de trame spécifique.
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PositionDu problème
Contraintes pour l’analyse logique
Digital Devices Clock Rate Setup Hold
Altera Max 7000 PLD 200 MHz 2.5 ns 0.5 ns
Lattice GAL22V10-7 PAL 133 MHz 4.5 ns 0 ns
TI TMS320C549-40 DSP 80 MHz 5 ns 0 ns
Motorola MCM69D536 SRAM 66 MHz 3 ns 1 ns
Motorola MPC 860 Comm Controller 50 MHz 4 ns 2 ns
IDT 72420L20 Synchronous FIFO 50 MHz 5 ns 1 ns
Motorola Coldfire MCF 5206 Microcontroller 33 MHz 3 ns 3 ns
Motorola MC68332 Microcontroller 16 MHz 5 ns 0 ns
AMD 29DL800B Flash Memory 16 MHz 35 ns 0 ns
TI FN74LVC573A Octal Latch n/a 2 ns 1.5 ns
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PositionDu problème
visualiser temporelle
Visualisation d’états
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Conclusions
PositionDu problème
Quelques caractéristiques des analyseurs logiques
Analyse des états-Nombre de voies 34, 68, 102, 136-Fréquence d’échantillonnage/voie 200MHz -Capacité mémoire/voie avec horodatage de 512 Kbits à 1MbitAnalyse temporelle-Fréquence d’échantillonnage/voie 400MHz -Capacité mémoire/voie 2 Mbit/voie-Mode temporel transitionnel Jusqu’à 200MHz, (mini) -Mode impulsion (glitch) : non indispensable;-asynchrone 16 Kbits/voiePlate-forme-PC sous Windows 2000,XP ou Châssis aveugle piloté
-Prix De 7 à 18 k€
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Conclusions
PositionDu problème Les signaux
analogiques
temps
Amplitude (Puissance,
tension,courant)
fréquence
Oscilloscope(Domaine temporel)
Analyseur de spectre
Domaine fréquentiel
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Conclusions
PositionDu problème Contraintes des années 70 dans la transmission de données
300 kHz3 GHz
AM Radio
535-1605 kHz
FM Radio
88-108MHz
TVTV TV TV TV M
806-960MHz
Un exemple, l’occupation spectrale: la télévision
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PositionDu problème
Emin
Emax
mEE
E
minmax
minmaxE modulation de indice
Lecture dans le domaine fréquentiel
Fréquence
Am
plitu
de
Porteuse
c c+ m)c– m)
EC
CSB E.2
mE
Lecture dans le domaine temporel
Bande Basse Bande Haute
EC
temps
Am
plitu
de
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PositionDu problème
Modulation ~ 25dB ~11%
Distortion~20dB~10%
Oscilloscope Analyseur de spectre
Qualifier la linéarité+AmplitudeIndice de modulation
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PositionDu problème
Le bruit et ses effets
temps
Amplitude
Px(x)
Amplitude
Bruit Gaussien
Fréquence
Densité spectrale de bruit
Une densité spectrale de puissance constante permet d’avoir le niveau de bruit.
Spectre continu exprimé en dBm/Hz
Effets des signaux déterministes (sinusoides k*50Hz)
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PositionDu problème
Un exemple d’utilisation
kT = –173dBm/Hz
Puissance du signal utile = –85dBm au niveau du récepteur
Marge 3dB
Densité de bruit à l’antenne
Densité de buit avec l’amplificateur
kTB + F = –88dBm/(100 MHz)
Amplificateur Récepteur
fréquence
fréquence
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PositionDu problème
Quelques caractéristiques des analyseurs de spectre
-Bande d’analyse : de 100Hz à 3 ou 6 GHz;-Filtre de résolution : < 10 Hz;-Plancher de bruit : -130dBm.-Générateur de poursuite-Ensemble de démodulation avec logiciel-Serveur Web embarqué
Prix: de 8 k€ à 17 k€
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PositionDu problème
Les contraintes actuelles dans la transmission de données
De plus en plus d’abonnés
GSM 900 MHzUL : 890..915 MHzDL : 935..960 MHz124 Canaux (1..124)
GSM 1800 MHz
UL : 1710..1785 MHzDL : 1805..1880 MHz374 Canaux (512..885)
Des bandes de fréquence limitées
Une qualité de service demandée importante, et des capacités de traitement de plus en plus importantes:
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PositionDu problème
Amplitude
Frequency (FSK)
Phase (PSK)
Modulation d’amplitudeet de phase (QAM)
Des modulations numériques complexes
Transmission de plusieurs bits par symbole
Transmission de 1 bits par symbole
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PositionDu problème
IEEE 802.11 Standard and Extensions
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Conclusions
PositionDu problème IEEE 802.11a
•216•288•6•3/4•64-QAM•54
•192•288•6•2/3•64-QAM•48
•144•192•4•3/4•16-QAM•36
•96•192•4•1/2•16-QAM•24
•72•96•2•3/4•QPSK•18
•48•96•2•1/2•QPSK•12
•36•48•1•3/4•BPSK•9
•24•48•1•1/2•BPSK•6
•Data bits per OFDM symbol (NDBPS)
•Coded bits per OFDM
symbol (NCBPS)
•Coded bits per subcarrier
(NBPSC)
•Coding rate
•(R)
•Modulation
•Data Rate
•(Mbits/s)
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PositionDu problème
Pour transmetre deux bits par symbole, nous procédons à une modulation de phase: V= A sin[2ft + (t)]
(t) =1 = 3 /4
2 = /4
3 = - /4
4 = - 3 /4
t/T
0 1 2 3-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
s(t)
0.5 cos(t)
d(1) d(2) d(3)
Relevé à l’oscilloscope
Relevé à l’analyseur de spectre
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PositionDu problème
I
Q01
00
10
11
{
I
Q Erreur d’amplitude
Vecteur erreur
Reférence
Erreur de phase
Signal testé
Relevé à l’analyseur de signaux vectoriel
Relevés Réel
Erreurs possibles
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PositionDu problème IEEE 802.11a Test de l‘émetteur
Gabarit fréquentiel
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PositionDu problème Mesures à l’analyseur de signaux
vectoriel
Vecteur erreur
Réponse fréquentiele
Constellation
Diagramme de l’oeuil
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PositionDu problème
t/T0 1 2 3 4 5 6
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
s(t)
0.2 cos( t)0
d(1) d(2) d(3) d(4) d(5) d(6)
Q
I
d(1)
d(2)
d(3)
d(4)
d(5)d(6)
-1 1
-1
1
Q
I-1 1
-1
1
0000 0001
0010 0011
1000
1001
1010
1011
11001101
1111 1110 0101
0100 0110
0111
Transmission de 16 bits par symbole
LA QAM 16
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PositionDu problème
Quelques caractéristiques des analyseurs de signaux vectoriels
-Analyseurs numériques temps réel sous-Windows, USB et Ethernet100Base-T;- analyse multidomaine temps/fréquence/amplitude/phase/-modulation; démodulation analogique;-démodulation numérique, déclenchement sur masque de fréquence, entrées I et Q;-versions télécoms avec démodulation numérique en standard,logicielles GSM/Edge, W-CDMA et cmda2000.
-Générateur de poursuite;-Bande d’analyse : de 10Hz à 3 GHz;-Filtre de résolution : 1 Hz;-Plancher de bruit : -140dBm;
Prix: 20,1 k€
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PositionDu problème
Une autre solution pour une analyse vectorielle des signaux
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PositionDu problème Démodulation de signaux en bande haute
Ex : bande BIS satellite, GSM, etc…
Signal f > 1Ghz I Q
Avantage de la solution: démodulation des larges bandes >10MHz
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PositionDu problème
BP/canal Echantillonnage Mémoire 1Mémoire 2BP Max 1 GHz 4 Gech/s 2 Mpts/ch 64 Mpts/ch (4 Mpts ) (128 Mpts)
Quelques caractéristiques de cet oscilloscopes
Prix: 14 k€ appareilet 5 k€ le logiciel
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PositionDu problème
Gamme de fréquence 250 kHz à 2 GHz
Résolution (Hz) 0,01
Bruit de phase @ 20 kHz (dBc/Hz) -116 (typ.)/ -130
Niveau de sortie (dBm) + 17 à - 136
Modulations disponibles :AM, LBAM, FM, PM, PM, PSK,MSK, QAM, FSK,I/Q
Bande passante de modulation I/Q à – 3 dB (MHz) : 25 (interne),50 (externe)
Erreur vectorielle pour signaux W-CDMA 2,3% rms (typ.)
Vobulation de fréquence par pas
Prix = 20 k€
Synthétiseur de signaux
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PositionDu problème
Caractériser les composants en fonction de la fréquence
Pt
Cable coaxial
CH1 S21
log MAG
START . 000 030 000 GHz
STOP 3. 000 000 000 GHz
0.5 dB / REF 0 dB
-360O
-720O
-1080O
-1440O
Pha
se
Deg
rees Length1 m0.5 m
Freq. = 1 GHz
Pente de la Phase
+ =Pente inverse de la phase
Echelle 100O/c Echelle 5°/c
Mesure de la linéarité de la phase
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PositionDu problème
Les analyseurs de réseau vectoriels:Ils sont destinés à la caractérisation des composants actifs et passifs tels que les filtres, les amplificateurs, les antennes ou les câbles.
Cette opération est rapide et ne nécessite qu’un seul relevé. Un balayage
typique de 300kHz à 3GHz dure de 35ms à 240ms en fonction de l’appareil
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PositionDu problème
P TransmiseP Incidente
TRANSMISSION
Gain / Pertes
S-ParametersS21,S12
GroupDelay
de transmissionCoefficient
Insertion Phase
P RéfléchieP Incidente
REFLECTION
SWR
S-ParametersS11,S22
de Réflection
CoefficientImpedance, Admitance
R+jX, G+jB
ReturnLoss
AR
= BR
=
P Incidente
P Réfléchie
P Transmise
R BA Dispositif à
tester
Principes de mesures et grandeurs à évaluer
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Temps et États
Conclusions
PositionDu problème
Les représentations pratiques
jX
R
100R
25R
50R
0R
Inductif
Capacitif
Lignes à réactance constante50X
25X
0X
25X
50X
R=0
R=50
R=
CH1 S21 log MAG 10 dB/ REF 0 dB
CH1 START 775.000 000 MHz STOP 925.000 000 MHz
Cor
Hld
PRmCH2 S12 log MAG REF 0 dB10 dB/
CH2 START 775.000 000 MHz STOP 925.000 000 MHz
Cor
Hld
PRm
1
1_ -1.9248 dB
2
1_ -1.2468 dB
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Fréquence et Amplitude
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Conclusions
PositionDu problème analyseur de réseau vectoriel
Fréquence : 300 kHz to 3 GHz
Nombre de ports: 2
Impédances: 50 ohms or 75 ohms ;
dynamique: de 115 dB à 120 dB
Puissance sur le ports: de –45 to +10 dBm
Vobulation: linéaire, log ;
Correction de l’erreur de calibration intégrée
Nombre de canaux de mesure: 4
OS: Windows
Interconnexion: Ethernet, USB, GPIB, VGA parallèle ;
Vitesse de mesure: 50 ms (2-port cal, 30 kHz)
Prix: 17 k€
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Conclusions
PositionDu problème
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12 14
temps (µs)
U, I
Courant et tension dans la diode de roue libre
Champ électrique rayonné à 40 cm
-0,100
-0,075
-0,050
-0,025
0,000
0,025
0,050
0,075
0,100
2 3 3 4 4 5 5 6 6
temps (s)
E (V/m)
I diode (A)- U diode (x10V)
CEM et Problèmes
RD
E
L
MOS
rayonnement d’un hacheur
« les parasites »
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Conclusions
PositionDu problème
Susceptibilité d’un redresseur
R = 100100V
250 kHz
120 mm
Einc
V = 100Vf=250 kHzR=100 Einc=E0(e-t)
avec =3.3 106
-0,9
-0,6
-0,3
0,0
0,3
0,6
0,9
0,15 0,152 0,154 0,156
time (s)
I (A)
normal
perturbed
Courantinduit dans le circuit
-0,9
-0,6
-0,3
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
0 0,1 0,2 0,3 0,4 time (s)
I (A)
normal
perturbed
Espace polué
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Conclusions
PositionDu problème
Niveaux de référence selon la fréquence
ICNIRP- 1998
1E-2
1E-1
1E+0
1E+1
1E+2
1E+3
1E+4
1E+5
1E+6
100E-3 1E+0 10E+0 100E+0 1E+3 10E+3 100E+3 1E+6 10E+6 100E+6 1E+9 10E+9 100E+9
E crête Travailleurs (V/m)
E rms Travailleurs (V/m)
H crête Travailleurs (A/m)
H rms Travailleurs (A/m)
S rms Travailleurs (W/m2)
E crête Public (V/m)
E rms Public (V/m)
H crête Public (A/m)
H rms Public (A/m)
S rms Public (W/m2)
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PositionDu problème
Affichagedu champ
Tête isotrope(à 3 dipôles)
Causes et moyens de mesure
Le danger
La mesure de champValidation d’une carte,une solution faible coutpourl’électronicienC
MSondes de champ proche
C
T
Zout = 50B
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Conclusions
PositionDu problème
3 sondes de champ H
Pour circuits intégrés
2 sondes d’injection et
de mesure : 1 pF
{ {
Sonde de champ E
Embout en court-
circuit
sondes de champ proche et d’injection
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Conclusions
PositionDu problème Un
centred’intérêt
La conceptualisation
Un transfert
Phase formative
Phase formative
Phase sommativePhase sommative
T D 1TP 1 TP 2 Cours
Une synthèse
TP 3 TP4 TD 2
Des acquisstabilisés
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Conclusions
PositionDu problème
Type de mesure Télécommunication, téléphonie et réseaux téléphoniques
Informatique, télématique et bureautique
Multimédia, son et image, radio et télédiffusion
Electronique embarquée
Electronique médicale
Mesure, instrumentation et micro-systèmes
Automatique et robotique
Production
Fréquencemètre
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Ohm-mètre
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Voltmètre, ampèremètre
☻(continu)
☻(continu)
☻(continu)
☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Oscilloscope
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Analyseur logique
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Analyseur de spectre
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Analyseur vectoriel
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Wattmètre, Bolomètre
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Analyseur de réseau
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Analyseur de protocole
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Analyseur de champ
☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻ ☻
Appareil dédié
Analyseur de ligne et protocole
Vecteur-scope
Testeur Isolement
Testeur d’isolement
Bus PXI et IEEE 488
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Conclusions
PositionDu problème
Grandeur mesurée Appareil Limites Observations
Fréquence
Fréquencemètre 3 GHz Conserver ce qui
existeRésistance
Ohm-mètre Conserver ce qui
existeAmplitude
Voltmètre, ampèremètre fréquence Conserver ce qui
existe
Temps, amplitude
Oscilloscope 1 GHz En prévoir deux à
1GHz et deux à 350 MHzTemps, état logique
Analyseur logique 200 MHz Il est indispensable de
coupler analyseur logique et oscilloscope. Au moins deux oscilloscopes mixtes
Amplitude, fréquence
Analyseur de spectre Bande, 6 Ghz et largeur de bande 10 Hz
3 appareils faible coût (3 Ghz), un 6 GHz adaptable
Amplitude, fréquence, phase Analyseur de signal vectoriel Largeur de bande de démodulation
À remplacer par un ensemble analyseur de spectre ( 6 GHz avec démodulation sur 10 MHz) et un oscilloscope associé à un logiciel de démodulation numérique
Puissance
Wattmètre, Bolomètre Au moins un appareil.
Puissance, coefficient de réflexion, coefficient de transmission
Analyseur de réseau scalaire Limité au niveau de l’analyse des résultats
Équivalent à un analyseur de spectre avec générateur de poursuite
Puissance, coefficient de réflexion, coefficient de transmission, phase
Analyseur de réseau vectoriel Fréquence basse 300 kHz, fréquence haute à 3 GHz
Mesure des 4 paramètres [S], au moins un appareil.
Protocole
Analyseur de protocole Très typé, au moins un
par type d’analyse
Champ électromagnétique Analyseur de champ La qualité de la mesure dépend de l’antenne
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Conclusions
PositionDu problème
Vitesse desVitesse desAccès individuels àAccès individuels à
l’internetl’internet
1
10
100
1.000
10.000
100.000
1980 1985 1990 1995 2000
2.4 kbps
19.2 kbps
56 kbps
kbpskbps
512 kbps““Loi de Moore"Loi de Moore"
On double tous les 18 moisOn double tous les 18 mois
PerformancePerformance des processeursdes processeurs
Nombre de Nombre de Transistors sur un Transistors sur un processeur (Intel)processeur (Intel)
10.000
100.000
1.000.000
10.000.000
100.000.000
1980 1985 1990 1995 2000
5,500,000
134,000
1,200,000
3,100,000
28,000,000
7,500,000
Fibres OptiquesFibres OptiquesOn double tous les 9 moisOn double tous les 9 mois
Données échangéesDonnées échangées
Au niveau mondialAu niveau mondial
0
10 000 000
20 000 000
30 000 000
40 000 000
50 000 000
60 000 000
70 000 000
Peak U
sag
e (
Mb
ps) Interactive
Narrowcast TV
Broadcast TV
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