The revolutionary progress that happened recently in the micro-electro mechanicalsystems (MEMS) field and the complementary metal-oxide-semiconductor(CMOS) integrated circuits has made it possible to produce low-cost, low-powerand small size processing circuits. Utilizing wireless communication theory allowsthose circuits to send their data over a network. This wireless sensor network isknown as "Smart Dust". Each wireless sensor node in the network is indicated as "mote". It consistsof several components: sensors, micro-processors, radio transceivers and a powermanagement unit. The power management unit can be divided into several partsincluding battery, power control and regulator. The purpose of the regulator is tosupply a constant reliable voltage to the other parts in the mote as most of thedevices have voltage limits that need to be considered to guarantee producing arobust long-life mote. In this thesis designing a low-power regulator is investigated. The goal of thethesis is to design a regulator that can handle the high-voltage acquired froman energy harvest unit using only 65-nm core transistors. This allows an easierproduction process that results in a low-cost fully-integrated chip. The regulatorarchitecture to be used is a simple linear regulator. The report highlights the theoretical background, the challenges of the analogdesign and presents the results of the simulation that were ran using cadence designsystem software on schematic level.

Cette thèse présente une étude de faisabilité d'un récepteur faible coût et faible consommation pour l'extension du standard DVS-S à la mobilité. L'objectif de ce projet est de proposer de solutions pour lever les verrous technologiques quant à la réalisation d'un tel système en technologie CMOS 65 nm. Ce manuscrit de thèse articulé autour de quatre chapitres décrit toutes les étapes depuis la définition des spécifications du réseau d'antennes et de la chaîne de réception jusqu'à la présentation de leurs performances, en passant par l'étude de leurs architectures et de la conception des différents blocs. Suite à l'étude au niveau système et au bilan de liaison, le démonstrateur envisagé est constitué d'un réseau d'antennes (huit sous-réseaux de huit antennes microruban) suivi de la mise en parallèle de huit chemins unitaires pour satisfaire les exigences (Gain, facteur de bruit, rapport signal-à-bruit...) de l'application visée. Ce travail a abouti à la démonstration de la faisabilité d'une architecture innovante. Par ailleurs, nous avons aussi démontré sa non-application pour le standard DVB-S en raison des limitations en bruit de la technologie CMOS. Cependant des pistes existent pour améliorer le rapport signal-à-bruit du démonstrateur, à savoir l'utilisation d'un LNA (Low Noise Amplifier) avec une technologie compétitive en bruit et/ou d'un traitement du signal après la démodulation en bande par un processeur analogique. / This work focuses on the faisability of a low cost and low power receiver in order to extend the DVB-S standard to mobility. The objective of this project is to suggest solutions to overcome technological bottlenecks fot the realization of such a demonstrator with 65 nm CMOS technology. This report composed of four chapters, describes all steps from the specification definition to the performances of the antenna array and the receiver through the architecture study and the different blocks design. [...]

The work was based on digitally controlled oscillator for an all-digital PLL in 65nm process. Phase locked loop’s were used in most of the application for clock generation and recovery as well. As the technology grows faster in the existinggeneration, there has to be quick development with the technique. In such case ananalog PLL which was used earlier gradually getting converted to digital circuit.All-digital PLL blocks does the same work as an analog PLL blocks, but thecircuits and other control circuitry designed were completely in digital form, becausedigital circuit has many advantages over analog counterpart when they arecompared with each other. Digital circuit could be scaled down or scaled up evenafter the circuits were designed. It could be designed for low power supply voltageand easy to construct in a 65 nm process. The digital circuit was widely chosento make life easier. In most of the application PLL’s were used for clock and data recovery purpose,from that perspective jitter will stand as a huge problem for the designers. Themain aim of this thesis was to design a DCO that should bring down the jitter asdown as possible which was designed as standalone, the designed DCO would belater placed in an all-digital PLL. To understand the concept and problem aboutjitter at the early stage of the project, an analog PLL was designed in block leveland tested for different types of jitter and then design of a DCO was started. This document was about the design of a digitally controlled oscillator whichoperates with the center frequency of 2.145 GHz. In the first stage of the projectthe LC tank with NMOS structure was built and tested. In the latter stage the LCtank was optimized by using PMOS structure as negative resistance and eventuallyended up with NMOS and PMOS cross coupled structure. Tuning banks were oneof the main design in this project which plays a key role in locking the system ifthe DCO is placed in an all-digital PLL system. So, three types of tuning bankswere introduced to make the system lock more precisely. The control circuits andthe varactors built were all digital and hence it is called as digitally controlledoscillator. Digital control circuits, other sub-blocks like differential to single endedand simple buffers were also designed to optimize the signal and the results wereshown.DCO and tuning banks were tested using different types of simulation and were tested for different jitter qualities and analysis. The simulation results are shownin the final chapter simulation and results.

Ce travail constitue une contribution à l’étude de la synergie entre le vieillissement accéléré et l’évolution de la robustesse aux évènements singuliers pour les technologies MOS avancées. Ce manuscrit expose le travail fait autour de la Caractérisations des mécanismes de dégradation NBTI, HCI, TDDB et Electromigration sur les structures de tests conçues dans le véhicule de test NANOSPACE en technologie CMOS LP 65 nm. Il décrit aussi l’évaluation de la robustesse face aux évènements singuliers après un vieillissement de type NBTI sur les chaines de portes logiques (inverseurs, NOR, bascules D). Cette dernière partie nous a permis de démontrer que le vieillissement de type NBTI améliore la robustesse face aux SET dans ce cas d’étude. / This work is a contribution to the study of the synergy between accelerated aging and the evolution of robustness to single event effects for advanced MOS technologies.This manuscript describes the work done around the characterization of degradation mechanisms NBTI, HCI, TDDB and Electromigration on test structures designed in the NANOSPACE test vehicle on CMOS 65 nm Low Power technology. It also describes the evaluation of the robustness to Single Events Effects after NBTI aging on chains of logic gates (inverters, NOR, D flip-flops). This last part allows to show that the NBTI aging improves the robustness to SET in this case of study.

Avec l'émergence d'applications millimétriques telles que le radar automobile ou le WHDMI, la fiabilité est devenue un enjeu extrêmement important pour l'industrie. Dans un émetteur/récepteur radio, les problèmes de fiabilité concernent principalement les transistors MOS intégrés dans les amplificateurs de puissance, compte-tenu des niveaux relativement élevé des puissances. Ces composants sont susceptibles de se détériorer fortement par le phénomène de l'injection de porteurs chauds impactant lourdement les performances des amplificateurs. Ce travail de thèse concerne la conception et l'étude de la fiabilité des amplificateurs de puissance fonctionnant aux fréquences millimétriques en technologies CMOS avancées. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Les deux premiers chapitres concernent l'étude, la conception, la modélisation et la caractérisation des éléments actifs et passifs intégrés sur silicium et utilisés pour réaliser des amplificateurs de puissance aux fréquences millimétriques. Le troisième chapitre décrit les trois amplificateurs de puissance conçus et réalisés pour les tests de fiabilité. Enfin, le dernier chapitre propose une étude complète de la fiabilité de ces circuits jusqu'au calcul de leur temps de vie.

Ce travail constitue une contribution à l'étude de la synergie entre le vieillissement accéléré et l'évolution de la robustesse aux évènements singuliers pour les technologies MOS avancées. Ce manuscrit expose le travail fait autour de la Caractérisations des mécanismes de dégradation NBTI, HCI, TDDB et Electromigration sur les structures de tests conçues dans le véhicule de test NANOSPACE en technologie CMOS LP 65 nm. Il décrit aussi l'évaluation de la robustesse face aux évènements singuliers après un vieillissement de type NBTI sur les chaines de portes logiques (inverseurs, NOR, bascules D). Cette dernière partie nous a permis de démontrer que le vieillissement de type NBTI améliore la robustesse face aux SET dans ce cas d'étude.

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