Optimisation de la taille, la puissance et le coût dans les systèmes d'imagerie thermique infrarouge

L'imagerie thermique couvre la fabrication industrielle, la sécurité et la surveillance environnementale. Comme les longueurs d'onde infrarouges diffèrent de la lumière visible, les concepteurs doivent adapter le matériel pour une performance optimale — résultant en des systèmes plus petits, moins énergivores et plus rentables.

Le spectre infrarouge

L'œil humain ne capture que la portion visible du spectre électromagnétique. Le rayonnement infrarouge (IR) se situe au-delà de la lumière visible et est la clé pour détecter les signatures thermiques — la température d'un objet dicte directement sa sortie IR.

À l'origine utilisée pour l'acquisition de cibles nocturnes, les caméras thermiques servent désormais à une large gamme d'applications, notamment :

• Détection précoce d'incendies et surveillance de la santé des plantes
• Automatisation d'usine et processus Industrie 4.0
• Audits énergétiques localisant les fuites de chaleur dans les bâtiments
• Surveillance de périmètre et de la faune nocturne
• Suivi des tempêtes et ouragans
• Diagnostics médicaux d'anomalies de température
• Inspection d'avions, trains et autres équipements lourds
• Conservation de la faune et agriculture de précision
• Réponse aux catastrophes et opérations de sauvetage

La liste croissante d'applications stimule l'investissement continu en R&D, rendant les caméras thermiques de plus en plus performantes et abordables.

Une caméra thermique typique se compose d'un boîtier, d'un objectif, d'un capteur IR et d'électronique embarquée — processeur d'image, FPGA, mémoire, circuits de communication et d'affichage. L'objectif concentre l'énergie IR sur le capteur, qui convertit la signature thermique en image visible.

Les capteurs IR sont disponibles de 80 × 60 jusqu'à 1280 × 1024 pixels. Comparés aux caméras à lumière visible, chaque pixel doit être plus grand (≈ 25 µm contre 1,7 µm dans les capteurs grand public) pour capturer les longueurs d'onde plus longues. Par conséquent, les caméras thermiques ont une résolution globale plus faible, mais la taille de pixel plus grande permet une mesure de température précise — certains modèles détectent des différences aussi infimes que 0,01 °C.

Défis mémoire

Le FPGA dans une caméra thermique traite les données brutes du capteur. Sa RAM interne est souvent insuffisante, donc les concepteurs s'appuient sur de la mémoire hors puce pour les algorithmes, la mise en tampon d'affichage et la communication. Le stockage hors puce offre également une évolutivité pour de futures augmentations de densité.

Traditionnellement, la DRAM DDR est utilisée à cet effet. Cependant, la résolution modeste des images thermiques signifie que la DRAM haute densité est inutile, ajoutant du coût, des broches supplémentaires et une consommation d'énergie. La volatilité de la DRAM nécessite un rafraîchissement périodique, augmentant encore la consommation — un problème pour les dispositifs alimentés par batterie.

La HyperRAM d'Infineon répond à ces limitations. Construite sur un cœur DRAM avec auto-rafraîchissement intégré, la HyperRAM ne consomme que 25 mA, réduisant drastiquement la puissance tout en offrant un débit comparable (≈ 400 Mo/s). Elle utilise une interface HyperBus à 12 broches, bien moins que les 30+ broches de la DDR, simplifiant le routage PCB et le nombre de couches.

Tableau : HyperRAM vs SDR DRAM (dispositif 64 Mb). Source : Infineon Technologies

Le contrôleur mémoire HyperBus peut être implémenté en IP souple dans le FPGA, éliminant le besoin d'un contrôleur DDR encombrant. La Figure 1 montre l'avantage en nombre de broches : un système basé DDR nécessite deux bus totalisant 41 broches et six couches PCB, tandis qu'un système HyperRAM/HyperFlash utilise un seul bus à 13 broches et seulement deux à quatre couches.

Figure 1 : Comparaison du nombre de broches entre DDR-SDRAM/NOR Flash et HyperRAM/HyperFlash. Source : Infineon Technologies

La mémoire NOR Flash externe est également courante pour le stockage de configuration non volatile. HyperFlash — NOR Flash avec interface HyperBus — peut partager le même bus à 13 broches que HyperRAM, réduisant le nombre de broches de 41+ à seulement 13. HyperFlash et HyperRAM sont disponibles en densités 64–512 Mb, avec interfaces HyperBus et Octal xSPI conformes JEDEC.

En sélectionnant une mémoire adaptée aux exigences de l'imagerie thermique, les OEM peuvent rationaliser la conception PCB, réduire les coûts, diminuer la consommation d'énergie et prolonger la durée de vie de la batterie.

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Bobby John est Senior Product Marketing Manager dans la division Memory Solutions chez Infineon Technologies et possède plus de 13 ans d'expérience dans divers rôles de l'industrie des semiconducteurs.

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