Séance de cours

Métrologie électrique: analyse du bruit et du signal

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Dans cours

MICRO-428: Metrology

The course deals with the concept of measuring in different domains, particularly in the electrical, optical, and microscale domains. The course will end with a perspective on quantum measurements, which could trigger the ultimate revolution in metrology. ...

Description

Cette séance de cours couvre la métrologie électrique axée sur l'analyse du bruit et du signal. Les sujets abordés comprennent les variables aléatoires, les processus aléatoires stationnaires, la théorie de l'estimation, les charges, les courants, les tensions, les sources de bruit et les outils de métrologie électrique. La séance de cours se penche également sur le bruit thermique, le bruit de tir, le bruit de scintillement, le bruit RTS et d'autres types de bruit dans les dispositifs semi-conducteurs.

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Enseignant·e·s (3)

Claudio Bruschini

Claudio Bruschini holds an MSc in high energy physics from the University of Genova and a PhD in Applied Sciences from the Vrije Universiteit Brussel (VUB). He started his career with INFN (Italy, 1993), in the WA92 CERN collaboration (particle physics), and then moved to CERN as a Fellow in the European GP-MIMD2 project, attached to the NA48 collaboration (particle physics, parallel programming, 1994-1995). He then started his close collaboration with EPFL, first in the DeTeC (Demining Technology Center) project (sensors for landmine detection/humanitarian demining, 1996-1997). After DeTeC's end, he started the first of a series of fruitful collaborations with the Vrije Universiteit Brussel (VUB) on humanitarian demining related R&D (1998). This was followed by the EUDEM survey project (The European Union in Humanitarian Demining, 1998), the EUDEM2 three year EC sponsored support measure (www.eudem.info, 2001-2004), and the DELVE support action (www.delve.vub.ac.be, 2007). In parallel he started working within the EPFL's AQUA group (Advanced Quantum Architectures, Edoardo Charbon), on topics as diverse as ultrasonic sensors for in-air application, optical 3D and high speed 2D sensing, sensor networks, or tracking/motion capture systems, in particular for the preparation of research projects. This culminated in the European MEGAFRAME (www.megaframe.eu, FP6, 2006-2010, SPAD arrays and related in-pixel time stamping electronics in deep submicron CMOS technology) and SPADnet (www.spadnet.eu, FP7, 2010-2014, networked SPAD arrays for Positron Emission Tomography) projects, coordinated by EPFL-AQUA. As from 2009 he also worked with Dario Floreano on the management of the CURVACE Curved Artificial Compound Eyes FP7 project (www.curvace.org), coordinated by EPFL-LIS. He was also active with CHUV (Lausanne University Hospital) within EndoTOFPET-US (endoscopic PET) as well as on a CTI project devoted to the development of a new hand-held standalone tool for tracer-guided medical procedures. In 2014 he had also the pleasure of joining the EPFL ICLAB of Christian Enz during its ramp-up phase, collaborating on device related topics (SNF GigaRadMOST) and biomedical R&D (NanoTera WiseSkin). Claudio is now fully with EPFL’s Advanced Quantum Architecture (AQUA). He has also been active as independent scientific consultant, under the label CBR Scientific Consulting, on the preparation of (European) R&D project proposals and the execution of individual studies, and worked in 2006 for a local start-up as operations manager and R&D advisor.... but this is another story. An unauthorized early biography is available at http://lami.epfl.ch/team/claudiob/...

Source officielle

Proximité ontologique

Information engineering

Traitement du signal: Digital image processing

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Bruit de mesure

En métrologie, le bruit de mesure est l'ensemble des signaux parasites qui se superposent au signal que l'on cherche à obtenir au moyen d'une mesure d'un phénomène physique. Ces signaux sont une gêne pour la compréhension de l'information que le signal transporte. La métrologie vise donc notamment à connaître leurs origines et à les caractériser, afin de les éliminer et d'obtenir le signal d'origine aussi distinctement que possible. La source du bruit d'origine externe est externe au système physique générant le signal utile et agit par influence sur celui-ci.

Bruits colorés

Bien que le bruit soit un signal aléatoire, il possède des propriétés statiques caractéristiques. La densité spectrale de puissance en est une, et peut être utilisée pour distinguer les différents types de bruit. Cette classification par la densité spectrale donne une terminologie de « couleurs ». Chaque type est défini par une couleur. Ces définitions sont, en principe, communes aux différentes disciplines pour lesquelles le bruit est un facteur important (comme l'acoustique, la musique, l'électrotechnique et la physique).

Bruit de grenaille

vignette|Illustration d'un bruit d'émission de photons : le nombre moyen de photons par pixel augmente, de gauche à droite et de haut en bas, dans une simulation d'un processus de Poisson à partir d'une photo. Un bruit de grenaille, bruit de Schottky ou bruit quantique (en anglais, shot noise) est un bruit de fond qui peut être modélisé par un processus de Poisson. En électronique, il est causé par le fait que le courant électrique n'est pas continu mais constitué de porteurs de charge élémentaires (en général des électrons).

Bruit thermique

Le bruit thermique, également nommé bruit de résistance, bruit Johnson ou bruit de Johnson-Nyquist, est le bruit généré par l'agitation thermique des porteurs de charges, c'est-à-dire des électrons dans une résistance électrique en équilibre thermique. Ce phénomène a lieu indépendamment de toute tension appliquée. Le bruit thermique aux bornes d'une résistance est exprimée par la relation de Nyquist : où est la variance de la tension aux bornes de la résistance, est la constante de Boltzmann, qui vaut kB = 1,3806 × 10-23 J.

Bruit rose

Le bruit rose est un signal aléatoire dont la densité spectrale est constante par bande d'octave. Sa densité spectrale de puissance est inversement proportionnelle à la fréquence du signal. Tandis que le bruit blanc a une énergie spectrale constante sur l'intégralité de l'échelle des fréquences, soit par hertz, le bruit rose possède lui une énergie constante par bande d'octave. Par exemple, avec le bruit rose, la bande d'octave s'étalant de 500 à 1000 hertz contient la même énergie que celle s'étalant de 4000 à 8000 hertz.

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