Objets connectés

Objectifs

Concevoir des chaînes d'amplification, de filtrage, de traitement analogique/numérique

Ĉomprendre  le principe de la conversion analogique-numérique
Comprendre le principe de l'émission/ réception QAM des données
Savoir analyser les données
Apprendre à travailler en groupe (savoir écouter les autres et s'investir pour participer activement au travail de groupe, se sentir responsable des apprentissages de chacun)

Apprendre à gérer un projet de la conception à la réalisation

Apprendre à rédiger un rapport de conception

Description

De nos jours, il y a une demande de plus en plus croissante pour le développement de capteurs pour enregistrer, quantifier et analyser l’état de santé à travers divers critères. Cette demande fait écho à un
sentiment de mal vivre lié au stress, aux mauvaise habitudes alimentaires et au manque d’exercice physique Les capteurs les plus répandus sont ceux qui sont liés à la mesure de l’activité physique via la vitesse, la distance parcourue, le rythme cardiaque (à l’aide de smartphone, smartwatch ...) ... Connaître la quantité d’énergie que l’on a dépensé devrait permettre de mieux adapter nos besoins alimentaires et de modifier nos comportements. Ici l’on s’intéresse plus particulièrement au suivi du rythme cardiaque. Ce dernier était jusqu’à présent essentiellement mesuré et obtenu par ECG à l’aide de bandeau à porter autour de la poitrine ce qui n’était pas très confortable (ou à l’aide d’électrodes). Depuis quelques années, un autre mode de mesure plus
adéquat est apparu basé sur la mesure de la lumière absorbée par le flux sanguin : c’est la photoplethysmographie PPG [1]. De plus, de nos jours, il est aussi possible d’autres informations pertinentes sur l’état de santé du patient comme l’oxymétrie [2] [3] et la pression artérielle [1] [4] [5].
Le principe de fonctionnement repose sur un dispositif capable d’émettre de la lumière dans un certain spectre de longueur d’onde (infra rouge, rouge ou vert) et de quantifier la lumière qui est soit réfléchie soit
absorbée après avoir traversée des tissus. C’est la variation du volume de sang dans les vaisseaux sanguins qui module la quantité de lumière détectée. En général, la partie du corps la plus utilisée est le doigt  mais ne se limite pas seulement à celle-ci. Cela peut être aussi le lobe de l’oreille, la tempe ...

Au cours de ce projet, les étudiants sont amenés à concevoir la partie analogique/numérique permettant de recueillir, amplifier, filtrer et numériser le signal issu du capteur. Il est ensuite tranmis en modulation QAM et traiter par des algorithmes de traitement du signal pour faire ressortir les paramètres clés contenus dans le signal.

Compétences visées

Aptitude à concevoir des systèmes électroniques à base de transistors bipolaires et MOS et d'amplificateur opérationnel pour réaliser des fonctions d'amplification, de filtrage, d'échantillonnage.

Aptitude à concevoir et dimensionner des architectures mixtes analogique/numérique avec des FPGA

Comprendre et caractériser une transmission RF de type QAM

Aptitude à concevoir des algorithme de traitement du signal permettant d'extraire les paramètres clefs des signaux acquis

Bibliographie

[1] M. A. a. Y. L. G. Wang, «Towards a Continuous Non-Invasive Cuffless Blood Pressure Monitoring System Using PPG: Systems and Circuits Review,» IEEE Circuits and Systems Magazine, vol. 18, n° %13, pp. 6-26, 2018.
[2] J. E. Sinex, «Pulse oximetry: Principles and limitations,» The American Journal of Emergency Medicine, vol. 17, n° %11, p. 59–67, 1999.
[3] K. J. Y. B. B. M. Mendelson Y, «Design and evaluation of a new reflectance pulse oximeter sensor,» Med Instrum, vol. 22, pp. 167-173, 1988.
[4] T. Tamura, Y. Maeda, M. Sekine et M. Yoshida, «Wearable Photoplethysmographic Sensors—Past and Present,» Electronics , vol. 3, n° %12, pp. 282-302, 2014.

[5] S. G. a. J. T, «Cuff less Continuous Non-Invasive Blood Pressure,» International Journal of Recent Development in Engineering and Technology Measurement Using Pulse Transit Time Measurement, vol. 2, n° %11, 2014.
[6] Y. M. M. S. a. M. Y. Toshiyo Tamura, «Wearable Photoplethysmographic Sensors—Past and Present,» Electronics, 2014.
[7] D. Torres, «Build A Wrist Heart-Rate Monitor Using An UltraLow-Power MCU,» electronic design ,2013.
[8] A. Sharma et et al., «A Sub-60-μA Multimodal Smart Biosensing SoC With >80-dB SNR, 35 μA Photoplethysmography Signal Chain,» IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 52, 2017.
[9] B. Razavi, Design of Analog CMOS Integrated Circuits, McGraw-Hill, 2001.
[10] «Wearable Photoplethysmographic Sensor Based on Different LED Light Intensities,» IEEE Sensors ,vol. 17, n° %13, pp. 587-588, 2017.
[11] K.-P. P. Y.-T. Z. a. K. N. L. Alex K. Y. Wong, «A Low-Power CMOS Front-End for Photoplethysmographic Signal Acquisition With Robust DC Photocurrent Rejection,» IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems, vol. 2, n° %14, pp. 280-288, 2008.
[12] K.-P. P. Y.-T. Z. a. K. H. Alex Wong, «A Near-Infrared Heart Rate  Measurement IC With Very Low Cutoff Frequency Using Current Steering Technique,» IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 52, n° %112, pp. 2642-2647, 2005.
[13] U.-K. M. a. B.-S. Song, «Design of a low-distortion 22-kHz fifth-order Bessel filter,» IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 28, n° %112, pp. 1254-1264, 1993.

Pré-requis nécessaires

Base des circuits

Conception de systèmes logiques

Amplificateur Opérationnel et compensation

Physique du semiconducteur et jonction PN

Transistor de signal et composants de puissance

Montages amplificateurs à transistors

Traitement Numérique du Signal

Traitement du Signal

Session 1 ou session unique - Contrôle des connaissances

Session 2 - Contrôle des connaissances