Conception des capteur sans batterie alimentés par la lumière ambiante avec capacité de transmission optique de données pour des applications LiFi.

Description

Une ville intelligente est une zone urbaine qui utilise les technologies de l’information et de la communication (TIC) pour améliorer la qualité des services urbains ou réduire leurs coûts. Il s’appuie sur un grand nombre de capteurs électroniques interconnectés via un grand réseau, à savoir l’Internet des objets (IoT), qui collecte des données et fournit des informations pour gérer efficacement les ressources et les actifs. Dès que les capteurs doivent être autonomes et disponibles longtemps, l’utilisation de techniques de récupération d’énergie pour alimenter le capteur est de plus en plus utilisée (ex : capteurs sans batterie)

Ces dernières années, une technologie émergente est en train d’être intégrée à l’IoT : le Li-Fi (ou Light Fidelity). C’est une technologie de communication sans fil basée sur l’utilisation de la lumière visible, longueur d’onde comprise entre 480 nm (670 THz, bleu-vert) et 650 nm (460 THz, orange-rouge). Alors que le Wi-Fi utilise une partie radio du spectre électromagnétique en dehors du spectre visible, le Li-Fi utilise la partie visible (optique) du spectre électromagnétique. Le principe du Li-Fi repose sur l’encodage et l’envoi de données via la modulation d’amplitude des sources lumineuses (scintillation imperceptible à l’œil), selon un protocole bien défini et standardisé.

L’objectif de ce projet est de concevoir plusieurs types de capteurs autonomes (température, humidité, CO…) adaptés à un réseau LiFi et pouvant transmettre l’information à travers une photo-diode réversible qui est également utilisée pour collecter l’énergie lumineuse et le transformer en électricité pour alimenter le capteur.

Plusieurs blocs doivent être conçus et caractérisés : les capteurs, la chaîne de lecture, l’unité de gestion de l’énergie pour stocker et réguler l’énergie récupérée et l’émetteur optique (driver).
La conception doit être réalisée en utilisant des composants discrets standard prêts à l’emploi et/ou en concevant un circuit intégré spécifique à l’application (une puce) en utilisant des techniques de microélectronique

Compétences requises :
-Ce projet nécessite un chercheur désireux d’approfondir ses connaissances sur l’électronique et la microélectronique appliquées aux circuits de récupération d’énergie à très faible puissance et à basse tension.
-Connaissances générales sur l’électronique analogique et numérique, en particulier sur le transistor MOS.
-Une certaine familiarité avec les outils de simulation de circuits électroniques (SPICE, LTspice, Cadence).

Bibliographie:
[1] Iskender Haydaroglu et Senol Mutlu, « Livraison de puissance optique et transmission de données dans un microsystème sans fil et sans batterie utilisant une diode électroluminescente unique », IEEE Journal of Microelectrical Mechanical systems, IEEE JSSC, VOL. 38, n° 8, p. 1353-1363, 2003
[2] Bender Machado et Márcio Cherem Schneider, ‘’On the Minimum Supply Voltage for MOSFET Oscillators’’, IEEE TCAS I regular papers, 2014
[3] R. J. M. Vullers, R. van Schaijk, H. J. Visser, J. Penders et C. Van Hoof, « Récolte d’énergie pour les réseaux de capteurs sans fil autonomes », IEEE Solid-State Circuits Mag., vol. 2, non. 2, p. 29-38, juin 2010, doi : 10.1109/MSSC.2010.93666