Non uniformly sampled signal processing : algorithm and architecture

Traitement du signal échantillonné non uniformément : algorithme et architecture

F. Aeschlimann (1)

1 TIMA - Techniques de l'Informatique et de la Microélectronique pour l'Architecture des systèmes intégrés

This PhD thesis deals with the development of new design approaches in order to reduce significantly the power consumption of Systems on Chips (SoC) and Communicating Objects used in digital signal processing. The goal is to obtain systems only driven by the events contained in the useful signal. In this context, a new kind of signal processing chain is proposed, combining an asynchronous design (no global clock) and a non-uniform sampling scheme called level-crossing sampling. As an analog-to-digital converter dedicated to this task has already been studied, this work is focussed on the sampled signal processing based on amplitude-time couples. A preliminary study shows that any operation has to use the temporal information. Then, Finite and Infinite Impulse Response Filters (FIR and IIR) are defined in the case of non-uniform sampled signals. Architectures are also proposed and compared to those commonly used showing that the computational complexity is increased. A criterion about the choice of the technology to favour, specifying the global computational load over a finite time, has proved that the asynchronous approach can compensate the complexity cost by decreasing the number of processed points. Thus the processing of low-active signals by an asynchronous chain, combining asynchronous design and non-uniform lead to a reduction of its average activity and so of the power consumption of the integrated circuits making this technology very attractive for Soc area.

Ce travail de thèse s'intègre dans le cadre du développement de nouvelles approches de conception afin de réduire significativement la consommation électrique des Systèmes sur Puce (SoC)ou des Objets Communicants utilisés pour traiter numériquement des signaux. Le but est alors d'obtenir des systèmes entièrement contrôlés par les événements contenus dans les signaux. Dans ce contexte, une nouvelle catégorie de chaîne de traitement est définie, associant une implémentation matérielle asynchrone (sans horloge globale) et un échantillonnage non uniforme dans le temps dit « par traversée de niveaux ». Un convertisseur Analogique/Numérique dédié à
cette tâche ayant déjà été réalisé, ce travail se focalise sur le traitement des données composées de couples amplitude-temps dont cette thèse montre que toute opération doit obligatoirement prendre en compte l'information temporelle. Des filtres numériques à réponse impulsionnelle finie (RIF) et infinie (RII) sont alors définis dans le cadre de signaux échantillonnés non uniformément. Des architectures sont proposées puis comparées à celles utilisées classiquement montrant que la complexité combinatoire était accrue. Un critère sur le choix de la technologie à privilégier, spécifiant la charge de calcul totale sur une durée finie, montre alors qu'en diminuant le nombre de points traités, l'approche asynchrone peut compenser le surcoût de complexité. Ainsi le traitement de signaux faiblement actifs par une chaîne asynchrone, combinant échantillonnage non uniforme et conception asynchrone, permet de réduire son activité moyenne et donc la consommation du circuit intégré, rendant cette technologie très attractive pour le domaine des SoC.

Mots clés: advanced algorithms and architectures; asynchronous circuits and systems

Mots clés: circuits et systèmes asynchrones

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

F. Aeschlimann. Traitement du signal échantillonné non uniformément : algorithme et architecture. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011758⟩