STAGE – Étude et optimisation des performances ADC des STM32 – F/H

Étude et optimisation des performances ADC des STM32 : impact du filtrage d'alimentation analogique et de la synchronisation des systèmes de déclenchement sur la précision de conversion

Contexte

Les convertisseurs analogique-numériques (ADC) intégrés aux microcontrôleurs STM32 sont au cœur de nombreuses applications industrielles telles que le contrôle-commande, la motorisation, l'instrumentation ou encore l'acquisition de signaux. Si les performances intrinsèques des ADC sont caractérisées dans des conditions de laboratoire maîtrisées, les performances observées dans les systèmes réels dépendent fortement de l'environnement matériel et logiciel dans lequel ils évoluent.

Parmi les facteurs influençant la qualité des conversions, deux paramètres jouent un rôle majeur :

• la qualité du filtrage des alimentations analogiques (VDDA, VREF+) ;
• la stratégie de déclenchement des conversions ADC et sa synchronisation avec l'activité du système.

L'instant d'échantillonnage peut en effet coïncider avec des sources de perturbations internes ou externes telles que :

• l'activité du processeur (CPU) ;
• les transferts DMA ;
• les interruptions ;
• les accès aux bus internes ;
• les commutations PWM de puissance ;
• les changements d'état des GPIO.

Ces phénomènes peuvent dégrader différents indicateurs de performance tels que le bruit de conversion, le rapport signal/bruit (SNR), le nombre effectif de bits (ENOB), la répétabilité des mesures ou encore générer des erreurs périodiques.

Mission

L'objectif du stage est de caractériser expérimentalement l'influence du filtrage d'alimentation analogique et de la synchronisation des mécanismes de déclenchement sur les performances des ADC STM32.

• Réaliser une étude bibliographique des architectures ADC et des mécanismes de bruit dans les systèmes embarqués ;
• Analyser les solutions de filtrage analogique utilisées sur les cartes d'évaluation STM32 ;
• Définir et mettre en œuvre différents scénarios de déclenchement ADC (logiciel, timer, événements matériels, DMA, etc.) ;
• Développer des bancs de test et scripts d'acquisition automatisés ;
• Mesurer et comparer les performances ADC dans différentes configurations ;
• Effectuer des analyses fréquentielles (FFT) et statistiques des résultats ;
• Evaluer l'impact des différents mécanismes sur les indicateurs de performance (SNR, ENOB, bruit RMS, répétabilité) ;
• Proposer des recommandations d'optimisation matérielles et logicielles ;
• Rédiger un rapport technique et présenter les conclusions de l'étude.

Les résultats de ce travail pourront contribuer à l'élaboration de recommandations de conception destinées aux utilisateurs des microcontrôleurs STM32 ainsi qu'à la préparation de futures notes d'application.

Profil recherché

Étudiant(e) en dernière année d'école d'ingénieurs ou en Master 2, avec un fort intérêt pour les systèmes embarqués, le traitement du signal et l'électronique analogique.

Compétences appréciées

• connaissances en électronique analogique et numérique ;
• compréhension du fonctionnement des convertisseurs de données (ADC/DAC) ;
• connaissances en systèmes embarqués et microcontrôleurs ;
• maîtrise du langage C et du développement embarqué ;
• notions de traitement du signal (FFT, SNR, filtrage) ;
• utilisation d'instruments de laboratoire (oscilloscope, générateur de fonctions, analyseur de spectre) ;
• autonomie, rigueur scientifique et capacité d'analyse.

Durée du stage : 6 mois

Localisation : STMicroelectronics Rousset

Ce stage offre l'opportunité de travailler sur des problématiques concrètes de caractérisation et d'optimisation des performances analogiques des microcontrôleurs STM32, au sein d'une équipe experte en conception et support applicatif de solutions embarquées.