11ème Rencontre des Electroniciens de Midi-Pyrénées

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1 11ème Rencontre des Electroniciens de Midi-Pyrénées
Capteur sonore pour la localisation de sources audio en robotique mobile Jérôme Manhes LAAS/CNRS 11ème Rencontre des Electroniciens de Midi-Pyrénées 7 Février 2008

2 Plan Applications & contraintes Principes La chaine d’acquisition
La structure interne du FPGA

3 Plan Applications & contraintes Principes La chaine d’acquisition
La structure interne du FPGA

4 Applications & contraintes
Interaction Homme / Robot, Suivi Visio-Auditif, Reconnaissance vocale. Les contraintes de la robotique Capteur embarqué, Mesures “temps réel”, Source sonore large bande (300 Hz – 3 kHz), Distance à la source quelconque (1m - ∞), Environnement bruité.

5 Applications & contraintes
Interaction Homme / Robot, Suivi Visio-Auditif, Reconnaissance vocale. Capteur embarqué, Mesures “temps réel”, Source sonore large bande (300 Hz – 3 kHz), Distance à la source quelconque (1m - ∞), Environnement bruité. Les contraintes de la robotique

6 Plan Applications & contraintes Principes La chaine d’acquisition
La structure interne du FPGA

7 Principes : le « Beamforming »
En français: « Formation de voie », Filtrage spatial de l’information acoustique. Beamforming ? + 91 Beamformers Carte d’énergie Estimation de la position par détection du maximum d’énergie.

8 Principes : le « Beamforming »
En français: « Formation de voie », Filtrage spatial de l’information acoustique. Beamforming ? + 91 Beamformers Carte d’énergie Estimation de la position par détection du maximum d’énergie.

9 Principes : le « Beamforming »
En français: « Formation de voie », Filtrage spatial de l’information acoustique. Beamforming ? + 91 Beamformers Carte d’énergie Estimation de la position par détection du maximum d’énergie.

10 Plan Applications & contraintes Principes La chaine d’acquisition
La structure interne du FPGA

11 La chaine d’acquisition (1)
Technologie IEPE (Integrated Electronic Piezo Electric), Ø ¼’’ – 5cm de long, Sensibilité : 8mV/Pa, Appariement en phase. Les microphones Le conditionneur Pré-amplification (gain de 1,10,100), Alimentation en courant des microphones, Alimentation secteur ou 12Vdc. Bande passante : 300Hz – 3kHz Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour analyseur logique. La carte d’acquisition

12 La chaine d’acquisition (1)
Technologie IEPE (Integrated Electronic Piezo Electric), Ø ¼’’ – 5cm de long, Sensibilité : 8mV/Pa, Appariement en phase. Les microphones Le conditionneur Pré-amplification (gain de 1,10,100), Alimentation en courant des microphones, Alimentation secteur ou 12Vdc. Bande passante : 300Hz – 3kHz Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour analyseur logique. La carte d’acquisition

13 La chaine d’acquisition (1)
Technologie IEPE (Integrated Electronic Piezo Electric), Ø ¼’’ – 5cm de long, Sensibilité : 8mV/Pa, Appariement en phase. Les microphones Le conditionneur Pré-amplification (gain de 1,10,100), Alimentation en courant des microphones, Alimentation secteur ou 12Vdc. Bande passante : 300Hz – 3kHz Paramétrable: Amplification, Filtre passe-bas, Convertisseur A/N. Liaison USB, Arch. mezzanine, Points de test pour analyseur logique. La carte d’acquisition

14 La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli d’instrum. Filtre à capa. Com. Filtre passe-haut 2 cellules RC en cascade, Fréquence de coupure : 60Hz.

15 La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli d’instrum. Filtre à capa. Com. Amplificateur d’instrumentation INA128 de TI, Objectif : ajuster manuellement le gain de façon à normaliser chaque voie.

16 La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli d’instrum. Filtre à capa. Com. Amplificateur à gain programmable PGA2311 de TI, Gain réglable numériquement de -95.5dB à +31.5dB par pas de 0.5dB, Communication par liaison SPI.

17 La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli d’instrum. Filtre à capa. Com. Filtre passe-bas à capacités commutées Max297 de MAXIM, Passe-bas du 8ème ordre elliptique, Fréquence de coupure : 0.1Hz - 50kHz, Fréquence d’horloge = 50 x Fréquence de coupure.

18 La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli d’instrum. Filtre à capa. Com. Filtre actif passe-bas Fréquence de coupure : 17kHz, Objectif : éliminer les bruits d’horloge du filtre à capacités commutées.

19 La chaine d’acquisition (2)
Filtre Passe-haut PGA Ampli à Gain prog. Filtre actif Passe-bas CAN Convertisseur Ana. / Num. Ampli d’instrum. Filtre à capa. Com. Convertisseur analogique / numérique CS5330A de CIRRUS, Technologie ∑∆ - 18 bits, Fréquence d’échantillonnage : 2kHz – 50kHz.

20 La chaine d’acquisition (3)
PC Traitement hors ligne, Puissance de calcul importante. FPGA de dernière génération: Virtex4 de XILINX, 192 MAC (cœurs DSP), Faible consommation. Unité de calcul embarquée

21 La chaine d’acquisition (3)
PC Traitement hors ligne, Puissance de calcul importante. FPGA de dernière génération: Virtex4 de XILINX, 192 MAC (cœurs DSP), Faible consommation. Unité de calcul embarquée

22 Plan Applications & contraintes Principes La chaine d’acquisition
La structure interne du FPGA

23 La structure interne du FPGA
Bus données Bus adresses Arbitre Usb_Rx Usb_Tx Usb Fifo Gen. Filtre Passe Bas FFT / FIR Ctrl. Gain Programmable Ctrl. Convertisseur Analog. / Num. Ctrl. Convertisseur Num. / Analog. Conception modulaire en VHDL Possibilité d’intégrer facilement de nouveaux modules comme « Beamforming » CS, Rd, Wr, Busy Gen. de Label Gen. de Trigger (camera)

24 Questions?