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Groupes fonctionnels et fonctions techniques
mercredi 8 janvier 2014, par gerla
Ou comment l’analyse fonctionnelle peut aider à appréhender un système ou un produit.

Introduction

L’analyse fonctionnelle a fait l’objet de nombreux travaux. Ce complément d’étude permet de recadrer le propos en tenant compte des objectifs liés à l’installation et la maintenance des systèmes électroniques (et/ou informatiques) industriels et domestiques.

L’analyse fonctionnelle doit être considérée comme un outil d’aide à l’étude de produits et/ou systèmes. Ce peut être également un outil d’aide à l’analyse de dysfonctionnement. Bien évidemment, cet outil n’a de sens que s’il apporte une réelle aide à la construction d’un raisonnement (l’analyse fonctionnelle ne présente pas d’intérêt quand la solution du problème est déjà connue du technicien de service).

Cet article vient en complément de « analyse fonctionnel, approche systémique » publié sur ce site.

1- Eléments d’analyse fonctionnelle et d’approche systémique

Selon l’analyse systémique (revoir l’article publié sur ce site), un système technique décrit sous son aspect structurel permet de mettre en évidence une frontière qui sépare les éléments du système ou le produit de l’environnement extérieur. La frontière permet de caractériser les flux d’entrée et de sortie qu’il est possible d’identifier en :

Energie : pour exister et apporter une valeur ajoutée, tout système (ou produit) consomme de l’énergie. Dans les systèmes ou produits audiovisuels et multimédias, l’énergie est électrique.

Commandes, consignes : le système répond à des exigences relevant, par exemple, des choix de l’utilisateur , de boucles de rétroaction et/ou de contrôle (régulation ou adaptation en fonction d’une demande extérieure au système, etc.

Matière ou matière d’œuvre : dans le cas des systèmes audiovisuels et/ou multimédias, à la matière d’œuvre correspondent les contenus audiovisuels ou de données. La nature de cette matière d’œuvre est dite informationnelle.

L’analyse fonctionnelle consiste à rechercher, ordonner, caractériser (...) les fonctions constituant un produit ou un système. Divers outils peuvent être utilisés pour conduire l’analyse fonctionnelle.

Les fonctions techniques opérant sur un flux de même nature (énergie, contrôle, matière d’œuvre) permet de constituer les groupes fonctionnels techniques (figure 1a) . Voir également le diaporama joint.

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L’ordonnancement des groupes fonctionnels répond aux exigences nécessaires à la réalisation des fonctions de chaque groupe (figure 1b)  :

Le groupe fonctionnel GI (Energie - Environnement) utilise l’énergie fournie par la source (secteur ou batterie) pour produire les tensions continues nécessaires aux différentes fonctions du produit. GI assure également la sécurité électrique et l’isolement.

Le groupe fonctionnel GII (Ergonomie, gestion) démarre seulement quand les tensions fournies par le groupe GI sont correctement établies. En particulier, GII n’installe et n’exécute les éléments logiciels ( système d’exploitation embarqué ) que lorsque la «  couche matérielle  » est opérante. GII est ensuite chargé de paramétrer les différentes fonctions de l’équipement. GII reçoit et exécute les commandes extérieures.

Le groupe fonctionnel GIII (Transformation des flux de données audio, vidéo ou plus généralement, Application ) n’est effectif que lorsque les tensions qui lui sont nécessaires sont établies et lorsque les réglages donnés par le GII sont effectués.

En d’autres termes, on peut considérer que si les fonctions du groupe GI ne sont pas correctement réalisées, alors les groupes GII et GIII ne peuvent pas fonctionner correctement. Et de la même façon, si GII n’est pas effectif, GIII ne peut pas réaliser les actions attendues.

2- Canal de transmission

La frontière (figure 2a) , qui isole et détermine les éléments appartenant au système technique, permet de déterminer la nature du flux entrant et sortant (matière d’œuvre)

Par exemple (figure 2b) , la liaison de l’antenne vers le téléviseur est assurée par un câble coaxial terminé par un connecteur IEC 9,52 mm. L’impédance caractéristique de la liaison est 75 ohms. La liaison est généralement en bande UHF.

(JPG)

Le flux des contenus audio, vidéo et/ou de données (matière d’œuvre) transite par un canal de transmission vers le groupe fonctionnel GIII de chaque équipement audiovisuel et/ou multimédia.

Le canal de transmission est un milieu physique. Le support de l’information (audio, vidéo et/ou données) doit être converti en une grandeur physique compatible avec la nature physique du canal de transmission (voir le tableau suivant).

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Les moyens techniques les plus appropriés doivent être choisis afin d’obtenir la meilleure adaptation du support de l’information au canal de transmission. On appelle habituellement signal la grandeur physique variable supportant l’information.

Un signal a une durée non nulle  : limitation en débit ce à quoi on associe la bande passante

Le signal peut être déformé par le canal de transmission (interférence inter-symbole, retard) ce qui induit des limitations dues au canal

Le récepteur peut être perturbé par d’autres signaux bruits dus au canal

Dans tous les cas, le signal transmis dans le canal est une grandeur analogique (lumière, courant électrique, onde électromagnétique, ...) . Voir également le diaporama joint.

3- Fonctions techniques du groupe fonctionnel GIII

Chaque groupe fonctionnel technique et en particulier le groupe GIII est composé de fonctions techniques . Une première étape d’analyse consiste à mettre en évidence des ensembles de fonctions réalisant un objectif particulier. De façon générale (figure 3a)  :

Une interface d’entrée IE assure la connexion aux éléments du canal de transmission et prend en charge le signal reçu.

La partie centrale est chargée du traitement des contenus audio-vidéo (généralement sous forme numérique) et/ou de données.

Une interface de sortie IS conforme les données en signal compatible avec le canal de sortie et assure la connexion au canal de transmission de sortie.

(JPG)

La (figure 3b) reprend des produits de la chaîne de l’image ou du son . Quand le produit analysé est destiné à la prise de vues et/ou de sons (caméra, appareil photo), à l’interface d’entrée IE correspond un ensemble de capture (imageur, micro). A l’interface de sortie IS correspond également un transducteur quand le produit étudié est un écran ou un ensemble de sonorisation. Il en est de même quand il s’agit d’un matériel d’enregistrement.

De nombreux exemples d’application sont donnés dans les deux volumes de Techniques audiovisuelles et multimédias.

4- Fonctions liées au canal de transmission

Afin de faciliter l’analyse et de classer les éléments nécessaires à l’établissement d’une transmission , le regroupement en sous-ensembles et l’ordonnancement ont conduit à l’élaboration de modèles en couches.

A chaque couche correspond une fonction bien définie. Le nombre de couches peut varier selon le réseau de transmission ou les besoins d’une application (voir également Techniques audiovisuelles et multimédias) .

Au dessus du support de communication à proprement parler (milieu physique), la couche Physique (figure 4) détermine et fournit :

les moyens mécaniques, électroniques, optiques (...) de la connexion physique. A cet ensemble correspond une première sous-couche dite de raccordement. Elle détermine la bande passante ou le débit et la portée ou distance de transmission ;

les fonctions et procédures nécessaires à l’activation et contrôle du transfert de trains de symboles numériques, à la conversion des symboles et l’assurance de compatibilité avec le milieu physique (modulation). A ces prérogatives et aux services associés correspond la sous-couche PHY (Physique).

(JPG)

La couche physique est complétée par une couche de liaison (couche 2), elle-même décomposée en deux sous-couches  :

• la plus basse est la sous-couche MAC (Medium Access Control). La couche MAC fournit les services correspondant à la question " comment partager le support physique de transmission ". Elle permet de détecter les erreurs dues à la transmission. Elle est peut importante dans les liaisons point à point ;

• la seconde est la sous-couche LLC (Logical Link Control). Pas toujours utilisée, les fonctions de cette sous-couche peuvent ne pas être nécessaire à la transmission ou être prise en charge par des éléments d’une couche supérieure. A l’émission (Tx, Transceiver) LLC organise les données en trames et les identifie. A la réception Rx (Receiver), LLC est normalement chargée d’effectuer les corrections d’erreur de transmission sur les trames reçues.

Voir également Techniques audiovisuelles et multimédias pour les schémas appliqués aux liaisons SPDIF, HDMI, USB, RJ45 (Ethernet), etc.

5- Fonctions techniques du groupe GII, Ergonomie, gestion

Pour réaliser le groupe fonctionnel GII (Ergonomie, gestion) , il est également possible de mettre en évidence 3 ensembles de fonctions techniques. De façon générale (figure 5)  :

La partie principale est développée sur la base d’un processeur CPU qui est chargé de l’exécution d’un programme (OS embarqué) de traitement des données de réglage, lecture des réglages maintenue en mémoire non volatile (type EEPROM).

Une interface utilisateur assure la prise en charge des ordres venant de l’utilisateur (télécommande, clavier) et rend compte de l’état de fonctionnement du produit (LED de Veille, LED de marche, acquisition).

Une interface machine transmet via des bus les ordres de configuration et réglages vers les fonctions des groupes GI (veille, sortie de veille) et GIII. Cette interface machine est également chargée de surveiller le bon fonctionnement des éléments de puissance (boucle de retour, protections) .

Selon la complexité des équipements , des variantes peuvent intervenir. En particulier, l’interface machine et/ou l’interface utilisateur peuvent être prises en charge par le microcontrôleur de périphériques.

Revoir la figure 5 . Cette organisation n’est pas sans rappeler celle utilisée sur les cartes mères de PC .

(JPG)

Dans d’autres cas, l’interface utilisateur se limite au clavier, au récepteur infrarouge RIR et à un afficheur. Les fonctions du processeur de façade se trouvent alors être intégrées au processeur central.

6- Lecture des schémas d’un téléviseur LCD

On utilise le schéma synoptique partiel d’un téléviseur LCD pour illustrer la répartition de l’ensemble des fonctions relatives au flux vidéo (groupes GIII) (figure 6) .

(JPG)

Le processeur vidéo CI6 se trouve être à l’intersection de l’ interface d’entrée (dont la sélection) et des fonctions centrales de traitement vidéo (revoir la figure 3a ).

L’ensemble de transduction image fait suite au traitement vidéo par la liaison LVDS, facilement identifiable sur le schéma (point de repère important) et sur le châssis du téléviseur.

De la même façon, le schéma synoptique partiel des éléments audio (figure 7) du même téléviseur LCD permet d’illustrer la répartition de l’ensemble des fonctions relatives au flux audio (groupes GIII).

(JPG)

Enfin, le schéma synoptique partiel (figure 8) du même téléviseur LCD permet d’illustrer la répartition en 3 ensembles des éléments de gestion en rapport avec la figure 5 (groupe GII).

(JPG)

Dans le cas présent, le microcontrôleur est chargé de gérer les périphériques. Outre l’interface utilisateur, l’interface machine est principalement organisée autour de structures à bus I2C (SM bus dans les systèmes micro informatiques).

Il est à noter la présence des transistors Q1 et Q2 montés en commutateurs. En mode veille (STBY), les périphériques connectés aux bus I2C ne sont plus alimentés. Seuls le contrôleur de périphériques G 11, l’EEPROM et l’interface utilisateur restent actifs.

Ces analyses de schémas doivent permettre de faciliter la compréhension du fonctionnement de l’équipement et de pouvoir aborder ensuite (quand cela est nécessaire) l’étude de chaque élément compte tenu de la place qu’il occupe. Des applications et développements sont donnés dans le livre "Ecrans plats et vidéoprojecteurs".

Il est alors possible de mieux appréhender les contraintes liées à la fonction technique faisant l’objet d’une étude approfondie.

voir aussi ...
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Document(s) associé(s) :
Notion de canal de transmission, codage, décodage
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