plan de cours : gel-3000 - PIXEL

PLAN DE COURS Hiver 2012
GEL-3000 16553 - Électronique des composants intégrés
Informations générales
Crédits : 3
Temps consacré : 3-3-3
Mode d'enseignement : Présentiel
Site Web : http://gel3000.gel.ulaval.ca
Intranet Pixel : https://pixel.fsg.ulaval.ca
Enseignant(s) : Gosselin, Benoit [email protected]
Responsable : à déterminer
Date d'abandon sans échec : 19 Mars 2012 à 23h59
Description sommaire
Ce cours de la séquence électronique porte sur des éléments, des fonctions et des systèmes
électroniques à base de circuits intégrés. Il traite des fonctions analogiques et numériques pour les
communications ainsi que pour la génération et le traitement du signal continu et discret
(amplification, filtrage, conversion). Il est centré sur l'amplificateur opérationnel et sur l'application de
la rétroaction linéaire et non linéaire, analogique et numérique. Il vise la synthèse de diverses
fonctions fiables, indépendamment des imperfections des composants réels. La fabrication des
amplificateurs opérationnels, des circuits intégrés et des circuits imprimés est étudiée en détail.
Objectifs
À la fin de ce cours, l'étudiant devra être en mesure de :
- Analyser des circuits et déterminer leurs caractéristiques et leurs limites de fonctionnement.
- Comprendre les fiches techniques et extraire l'information pertinente à la conception de systèmes
électroniques.
- Concevoir des circuits répondant à des spécifications précises.
- Réaliser des prototypes et vérifier leur fonctionnement.
Un objectif majeur du cours concerne la synthèse, la conception et la mise en oeuvre des circuits
étudiés.
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Contenu
- Introduction (1h) : Historique, évolution, technologie, circuits intégrés SSI, MSI, LSI, VLSI.
Éléments, fonctions, circuits et systèmes, électronique des systèmes numériques, analogiques et
mixtes.
- Composants intégrés de base (3h) : Diode, IGFET, MOSFET, transistor BJT, modèles grand signal
et petit signal. Simulation et modèles SPICE. Lecture de fiches techniques. Équivalents de Thévenin et
Norton.
- Méthodes de fabrication des circuits intégrés (3h) : Procédés CMOS et bipolaire,
photolithographie, masques, oxydation, implantation ionique, dépositions. Encapsulation des circuits
intégrés, interconnectivité et microsoudure.
- Amplificateurs opérationnels et blocs de base (8h) : Étage différentielle, miroirs de courant,
sources de courant, étage cascode, circuits de polarisation. Rétroaction négative. Imperfections.
Réponse en fréquence, stabilité, slew rate, gamme dynamique, compensation. Étage de sortie, unique,
différentielle.
- Applications des ampli-op et fonctions analogiques (4h) : Ampli différentiel, ampli
d'instrumentation. Référence de tension. Sources commandées. Ampli tension, courant, gain tension,
courant, puissance. Conversions courant/tension et tension/courant. Comparateurs. Régulateur.
Rétroaction, insensibilisation, effets sur impédance d'entrée/sortie.
- Filtres analogiques (4h) : Synthèse de filtres actifs. Filtres du 1er ordre, biquadratiques, simulation
d'inductance. Filtres microélectroniques: filtres Gm-C, filtres à condensateurs commutés. Sélectivité,
sensibilité, facteur de qualité.
- Oscillateurs (4h) : Oscillateurs harmoniques et à relaxation, Colpitts et à cristal. Rétroaction
positive. Critère d'oscillation. Stabilité. Circuit d'horloge.
- Applications des circuits intégrés non linéaires (3h) : Modulation de largeur d'impulsions (PWM),
multiplicateur, ampli log, anti-log, modulateur. Rétroaction en fréquence / phase. Boucle à
verrouillage de phase. Synthèse de fréquence. Circuit de valeur absolue.
- Échantillonnage et conversion des signaux (4h) : Échantillonneur bloqueur. Conversion
analogique / numérique (A/N) et numérique / analogique (N/A).
- Fonctions numériques (3h) : Familles logiques TTL, ECL, CMOS, BiCMOS, caractéristiques
statiques et dynamiques, éléments d'interface. Fan in, fan out et délais de propagation, circuit
combinatoires et séquentiels, mémoires, bascules, compteurs, décodeur/encodeur, multiplexage.
Consignes sur les travaux
Les travaux pratiques comprennent les expériences au laboratoire et les simulations sur ordinateur.
L'utilisation du logiciel Altium Designer pour simuler les circuits électroniques est obligatoire. Un
rapport de préparation doit être remis au début de chaque séance de travaux pratiques. Les travaux
pratiques couvriront les aspects suivants :
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- TP1 : Introduction à la suite Altium Designer et à la simulation SPICE.
- TP2 : Amplificateur opérationnel et rétroaction.
- TP3 : Amplificateur d'instrumentation, mode différentiel et mode commun.
- TP4 : Filtres actifs réalisés au moyen d'amplificateurs opérationnels.
- TP5: Réalisation d'un générateur de fonction.
- TP6 : Réalisation d'oscillateurs harmoniques.
-TP7: Réalisation d'un modulateur PWM.
- TP8 : Acquisition de signaux (échantillonnage et numérisation).
Modalités sur les laboratoires
Règlement sur la sécurité dans les laboratoires du Département de génie électrique et de génie
informatique et formation sur les dangers de l'électricité
Le Département de génie électrique et de génie informatique a adopté un règlement sur la sécurité
dans ses laboratoires.
Ce règlement est disponible à l'adresse :
http://www2.gel.ulaval.ca/fileadmin/documentation/services/securite/reglements-securite-lab-v2.pdf
Tous les étudiants sont priés de respecter celui-ci scrupuleusement.
Par ailleurs une formation sur les dangers de l'électricité est offerte aux étudiants à chaque début de
session. Certains cours exigent que cette formation soit suivie avant le début des laboratoires.
Les étudiants qui n'auront pas suivi cette formation se verront refuser l'accès aux laboratoires.
Déroulement du cours
Le cours est dispensé à raison de trois heures de cours et de trois heures de travaux pratiques par
semaine. Aucune note de cours n'est fournie. L'étudiant devra prendre en note la matière exposée au
tableau par le professeur. La présence au cours et au laboratoire est requise.
Détails sur les modalités d'évaluation
L'évaluation est basée sur les épreuves suivantes: un examen mi-session (36%), un examen final
(40%) et huit laboratoires comptant pour 3% chacun (24% total). La note de passage est de 50%. Les
révisions de notes seront faites conformément à la procédure officielle du Règlement des études et des
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règles de la Faculté seulement. La cote finale ne sera disponible qu'à la sortie du relevé de notes.
Échelle des cotes (cycle 1)
Échelle des cotes
A+ [ 94.00 - 100 ] A [ 87.00 - 93.99 ] A- [ 80.00 - 86.99 ] Réussite
B+ [ 77.00 - 79.99 ] B [ 74.00 - 76.99 ] B- [ 70.00 - 73.99 ] Réussite
C+ [ 67.00 - 69.99 ] C [ 64.00 - 66.99 ] C- [ 60.00 - 63.99 ] Réussite
D+ [ 57.00 - 59.99 ] D [ 50.00 - 56.99 ] Réussite
E [ 0.00 - 49.99 ] Échec
X Abandon sans échec
(dans les délais prévus)
Politiques sur les examens
Les étudiants qui ont une lettre d'Attestation d'accommodations scolaires obtenue auprès d'un
conseiller du secteur Accueil et soutien aux étudiants en situation de handicap (ACSESH) doivent
rencontrer leur professeur au début de la session afin que des mesures d'accommodation en classe ou
lors des évaluations puissent être prévues et planifiés suffisamment à l'avance puis mises en place.
Bibliographie
Obligatoire:
- S. Sedra and K. C. Smith, Microelectronic Circuits, 6th ed. Oxford University Press, USA, 2009.
Optionnels:
- B. Razavi, Fundamentals of Microelectronics, 1st ed. Wiley, 2008.
- P. R. Gray, P. J. Hurst, S. H. Lewis, and R. G. Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated
Circuits, 5th ed. Wiley, 2009.
- R. J. Baker, CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation, Revised Second Edition, 2nd ed.
Wiley-IEEE Press, 2007.
- D. Johns and K. Martin, Analog Integrated Circuit Design, 1st ed. Wiley, 1996.
Modalités d'évaluation
Examen Date Heure Pondération de
la note finale Document(s) autorisé(s)
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Examen partiel Mardi 28 février 2012 10h30 à 12h30 36.00% Calculatrice scientifique + une
feuille aide-mémoire
Examen final Mardi 24 avril 2012 10h30 à 12h30 40.00% Calculatrice scientifique + une
feuille aide-mémoire
Travail Équipes Date Heure Pondération de la note finale
Lab1 2 Jeudi 2 février 2012 16h30 3.00%
Lab2 2 Jeudi 9 février 2012 16h30 3.00%
Lab3 2 Jeudi 16 février 2012 16h30 3.00%
Lab4 2 Jeudi 23 février 2012 16h30 3.00%
Lab5 2 Jeudi 22 mars 2012 16h30 3.00%
Lab6 2 Jeudi 29 mars 2012 16h30 3.00%
Lab7 2 Jeudi 5 avril 2012 16h30 3.00%
Lab8 2 Jeudi 19 avril 2012 16h30 3.00%
Horaire et disponibilités
Cours en classe : Mardi 10h30 à 12h20 PLT-2750
Mercredi 11h30 à 12h20 PLT-2750
Laboratoire : Vendredi 09h30 à 12h20 PLT-3101
Disponibilité de l'enseignant : Vendredi 13h30 à 16h30 PLT-2114 (du 9 janv. au 20
avril)
Aide à l'enseignement : Vendredi 09h30 à 12h30 PLT-3101 (du 9 janv. au 20
avril)
Politique sur l'utilisation d'appareils électroniques pendant une séance d'évaluation
L'utilisation d'appareils électroniques (cellulaire ou autre appareil téléphonique sans fil, pagette,
baladeur, agenda électronique, etc.) est interdite au cours d'une séance d'évaluation et de toute autre
activité durant laquelle l'enseignant l'interdit.
De plus, seuls certains modèles de calculatrices sont autorisés durant les séances d'évaluation.
Pour l'année 2011-2012, les modèles suivants sont autorisés :
Hewlett Packard HP 20S, HP 30S, HP 32S2, HP 33S, HP 35S
Texas Instrument TI-30Xa, TI-30XIIB, TI-30XIIS, TI-36X, BA35
Sharp EL-531*, EL-546*, EL-520*
Casio FX-260, FX-300 MS, FX-300W Plus, FX-991MS,
FX-991ES
* Calculatrices Sharp: sans considération pour les lettres qui suivent le numéro
Dans tous ces cas, la calculatrice doit être validée par une vignette autocollante émise par la COOP
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