Réalisation d'une carte d'acquisition et de génération de signal de haute définition dans les spectres audio et ultrasonique

摘要

La lumière, tout comme les ondes électromagnétiques, se propage difficilement dans un milieu naturel sous-marin. Le son demeure donc la meilleure option afin de transmettre de l'information entre deux ou plusieurs points dans ce milieu. Une entente entre Musilab, un centre de transfert technologique en musique et en son, et l'ÉTS a fait naître ce projet visant la réalisation d'une carte d'acquisition et de génération de signaux avec une haute résolution, autant dans le spectre audio qu'ultrasonique. La carte devait donc permettre de générer deux signaux provenant d'un ordinateur tout en transmettant à ce dernier les données de deux signaux captés, le tout devant fonctionner en temps réel et en débit continu.ududDes études approfondies des liens de communication USB 2.0 et Ethemet gigabit ont permis de démontrer que ce dernier était préférable afin de répondre aux besoins du projet. Cette conclusion est due au fait que le mode de fonctionnement inclus dans la norme USB 2.0 et permettant l'élaboration d'une application en temps réel n'est pas encore complètement supporté et que le protocole Ethemet gigabit, combiné avec un pilote spécialisé, permet un taux de transfert entre un FPGA et un ordinateur bien supérieur à la limite de la norme USB 2.0 tout en demandant peu de charge de travail de la part du processeur. Bien qu'il n'ait pas été possible de tester ce lien en mode bidirectionnel, il a été possible d'atteindre un taux de transfert soutenu de plus de 43 Mbps entre la carte HR-DACADC et le logiciel Labview tout en réalisant la FFT en temps réel des données reçues. Ce résultat est un exemple de traitement en temps réel typique et le débit obtenu est supérieur aux besoins de quatre canaux audio ou deux canaux ultrasoniques.ududFinalement, plusieurs tests ont été réalisés afin de quantifier les performances des convertisseurs numériques analogiques audio et ultrasonique. Il a été démontré que les exigences du cahier des charges de 103 dB pour la section audio et 84 dB pour la section ultrasonique ont toutes deux été surpassées. D'ailleurs, les performances de THD de 79,5 dB et de 84,6 dB ainsi que l'IMD de 96,7 dB et de 87,3 dB pour les spectres audio et ultrasonique respectivement sont excellents pour l'élaboration d'une application de communication numérique complexe comme la séparation de canaux par plage de fréquences. Les multiples tests réalisés ont aussi démontré que l'utilisation de signaux différentiels était essentielle à l'atteinte de telles performances. Finalement, il a été démontré que l'exploitation de la puissance de calcul des ordinateurs d'aujourd'hui permet de réaliser la quantification des performances des convertisseurs par analyse numérique du signal. Cette technique s'est avérée plus simple, plus rapide et nécessite beaucoup moins d'équipements hautement spécialisés que l'ancienne approche purement analogique.