La très faible consommation dans les appareilles modernesest le facteur-clé pour les capteurs alimentée par une source d’énergierécupérée. La réduction du budget de puissance peut être atteinte grâceà différents techniques lié à trois niveaux d’abstraction : transistor, circuitet système. L’objet de cette thèse est l’analyse et la conception descircuits à très faible consommation pour des réseaux des capteurs sansfils. A’ régulateur de tension et an émetteur RF ont été examiné. Lepremier est le circuit principal pour la gestion de puissance ; il agitcomme interface entre le transducteur et les autres circuits du capteur.L’metteur est le circuit que exiges le plus de puissance pour fonctionner,donc une réduction de sa puissance il permet une augmentation de lavie opérationnelle du capteur. / In the modern devices Ultra-low power consumption is thesurvival key for the energy-harvested sensor node. The reduction of thepower budget can be achieved by mixing different low–power techniquesat three levels of abstraction: transistor level, circuit level and systemlevel. This thesis deals with the analysis and the design of Ultra-LowPower (ULP) circuits suitable for Energy-Harvesting Wireless SensorNetworks (EHWSN). In particular, voltage regulator and RF transmissioncircuits are examined. The former is the main block in powermanagement unit; it interfaces the transducer circuit with the rest of thesensor node. The latter is the most energy hungry block and thusdecreasing its power consumption can drastically increases the sensoron-time.

Le domaine de l'instrumentation des capteurs est en constante évolution. Ce travail propose la conception des éléments clefs qui constituent les chaines d'instrumentations de capteurs d'aujourd'hui au travers de 3 applications concrètes. La première application est la mesure de vitesse et de position, par exemple dans un roulement. Nous présentons la conception et la réalisation d'un circuit analogique pour le conditionnement d'un capteur de type magnétorésistif. Ce capteur mesure le champ magnétique généré par les pôles magnétiques d'une roue codeuse. Le circuit est optimisé en bruit, en consommation et travaille sur une bande passante de plusieurs kHz. Pour compenser la dispersion des capteurs, le circuit permet des réglages d'offset et une calibration de gains. Il contient également une mémoire de type OTP (One Time Programmable Memory) qui sauvegarde les réglages associés au capteur. La deuxième application est la mesure de signaux de type EcoG afin d'interfacer le cerveau humain. Nous décrivons la conception et la réalisation d'un convertisseur Analogique/Numérique de type SAR. Il possède un convertisseur numérique analogique capacitif avec une capacité d'atténuation afin de réduire le nombre total de condensateur et ainsi la consommation. Le comparateur possède une entrée rail-to-rail et un système de préamplification avec auto zéro pour diminuer l'offset. Sa consommation est de 86µW pour une vitesse de 24Ks/S et 12bits de résolution. Enfin la troisième application est la mesure de pression stationnaire sur la voilure des avions afin d'en connaître les contraintes. Nous décrivons l'étude architecturale d'un convertisseur sigma-delta permettant d'atteindre une grande résolution pour des signaux de faible fréquence. Il sera de type incrémentale et répondra à des applications de type instrumentation de capteur. Sa résolution est de 16bits ENOB pour une fréquence maximale d'entrée de 100Hz et minimale de sortie d'1Ks/S. Le mode incrémental permettra d'obtenir une sortie en réponse à une requête de manière asynchrone. Une modélisation de chaque élément du système complet convertisseur plus capteur a été effectuée sous Matlab. L'étude de la partie filtrage numérique du convertisseur et l'optimisation de son implémentation numérique sont présentées. Cette étude architecturale complète aboutit au dimensionnement de chaque élément pour répondre au cahier des charges de l'application .

La complexité croissante des puces microélectroniques pose de très importants problèmes de test, avec des coûts en forte augmentation dus principalement à l'utilisation d'équipements de test très sophistiqués et à des temps de test trop long. Ceci est particulièrement vrai dans le cas des puces mixtes, intégrant simultanément des parties numériques ainsi que des parties analogiques, mixtes ou RF. De nombreuses recherches sont en cours dans le domaine du test de circuits mixtes. Ces recherches concernent des techniques permettant l'optimisation du test lors de la production ou lors de l'utilisation des puces dans leur application finale (test en ligne ou hors ligne). Certaines de ces techniques permettent d'ajouter des circuits additionnels dans la puce pour faciliter le test (conception en vue du test) et même réaliser un auto-test. Cependant, elles doivent être évaluées lors de la conception afin d'estimer la qualité des tests proposés et évaluer les avantages économiques obtenus. Ceci nécessite l'utilisation d'outils de CAO orientés au test (CAT) qui se font rares et généralement non commercialisés en raison de leur nature académique, ce qui limite leur application, ainsi, leur utilisation. Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une plateforme de CAT permettant de valider les techniques de test analogique, incluant des outils de modélisation, d'injection et de simulation de fautes ainsi que des outils de génération et d'optimisation de vecteurs de test analogiques. Une nouvelle méthode statistique a été proposée afin d'évaluer la qualité d'une technique de test lors de la phase design. Cette technique permet de fixer les limites des critères de test considérés. Ensuite, les différentes métriques de test (telles que la Couverture de fautes, le Taux de défauts ou la Perte de Rendement) sont évaluées sous la présence de fautes paramétriques ou catastrophiques. Des tests spécifiques à la détection de fautes peuvent être ajoutés pour augmenter la Couverture de fautes. Cette plateforme de CAT est intégrée dans l'environnement de conception microélectronique Cadence.

L'objectif de ce travail était d'élaborer la brique de base d'un convertisseur analogique numérique supraconducteur à architecture pipeline, fonctionnant à 30GHz de fréquence d'échantillonnage. Ce convertisseur est constitué d'un bloc de N comparateurs disposés en cascade le long d'une ligne de transmission. Chaque étage de comparaison est constitué d'un SQUID rf mutuellement couplé à un tronçon de ligne de transmission. Lorsque le signal à convertir arrive à la hauteur d'un comparateur, il génère un champ magnétique qui induit un courant dans le SQUID rf. Ce courant pourra faire commuter la jonction Josephson du SQUID rf dans certains cas, en fonction des caractéristiques internes de la jonction Josephson du SQUID et de son environnement. La commutation, qui s'accompagne de l'apparition d'une impulsion de tension quantifiée SFQ, a été étudiée de manière théorique et expérimentale en fonction des différents paramètres du problème.

Le domaine de l'instrumentation des capteurs est en constante évolution. Ce travail propose la conception des éléments clefs qui constituent les chaines d'instrumentations de capteurs d'aujourd'hui au travers de 3 applications concrètes. La première application est la mesure de vitesse et de position, par exemple dans un roulement. Nous présentons la conception et la réalisation d'un circuit analogique pour le conditionnement d'un capteur de type magnétorésistif. Ce capteur mesure le champ magnétique généré par les pôles magnétiques d'une roue codeuse. Le circuit est optimisé en bruit, en consommation et travaille sur une bande passante de plusieurs kHz. Pour compenser la dispersion des capteurs, le circuit permet des réglages d'offset et une calibration de gains. Il contient également une mémoire de type OTP (One Time Programmable Memory) qui sauvegarde les réglages associés au capteur. La deuxième application est la mesure de signaux de type EcoG afin d'interfacer le cerveau humain. Nous décrivons la conception et la réalisation d'un convertisseur Analogique/Numérique de type SAR. Il possède un convertisseur numérique analogique capacitif avec une capacité d'atténuation afin de réduire le nombre total de condensateur et ainsi la consommation. Le comparateur possède une entrée rail-to-rail et un système de préamplification avec auto zéro pour diminuer l'offset. Sa consommation est de 86µW pour une vitesse de 24Ks/S et 12bits de résolution. Enfin la troisième application est la mesure de pression stationnaire sur la voilure des avions afin d'en connaître les contraintes. Nous décrivons l'étude architecturale d'un convertisseur sigma-delta permettant d'atteindre une grande résolution pour des signaux de faible fréquence. Il sera de type incrémentale et répondra à des applications de type instrumentation de capteur. Sa résolution est de 16bits ENOB pour une fréquence maximale d'entrée de 100Hz et minimale de sortie d'1Ks/S. Le mode incrémental permettra d'obtenir une sortie en réponse à une requête de manière asynchrone. Une modélisation de chaque élément du système complet convertisseur plus capteur a été effectuée sous Matlab. L'étude de la partie filtrage numérique du convertisseur et l'optimisation de son implémentation numérique sont présentées. Cette étude architecturale complète aboutit au dimensionnement de chaque élément pour répondre au cahier des charges de l'application . / The domain of sensors instrumentation is constantly evolving. The present work proposes the design of the key elements conception which constitute the instrumentations chains of current sensors through 3 concrete applications. The first application is speed and position measurement, for example in a wheel bearing. We present the design and realization of an analogical circuit for the conditioning of magneto resistive sensor. This sensor measures the magnetic field generated by the coding wheel magnetic poles inside the bearing. The circuit is noise and power consumption optimized on a bandwidth of few kHz. To compensate sensors variability, the circuit includes offset regulations and gains. It also contains an OTP (One Time Programmable) memory which backs up the associated sensor regulations. The second application is the measurement of EcoG's signals to interface with the human brain. We describe the design and realization of SAR ADC. It is composed of a capacitive DAC with an attenuation capacitor to reduce the total number of condensers and, in doing so, to reduce power consumption. The comparator is composed by a rail-to-rail input and multistage preamplification and output offset storage. ADC total power consumption is 86µW for 24Ks/S speed and 12bits resolution. Finally the third application is the pressure measurement on aircraft wings. We describe the architectural study sigma-delta incremental ADC which reaches high resolution for low band pass signals. Its resolution is 16bits ENOB for a maximal input frequency of 100Hz and an output speed of 1Ks/S. The incremental mode leads to obtain output code in answer to asynchronous requests. Each system element (converter plus sensors) has been matlab modelled. The converter digital filtering study and its digital implementation optimization are presented. This complete architectural study concludes with the sizing of each element in order to answer the technical specifications of the application.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse présente les résultats et conclusions issues d’une série de modèles analogiques de systèmes de compressif à différentes échelles : Les expériences réalisées à l’échelle crustale montrent que la symétrie de structures compressives, de type plis et chevauchements avec 3 niveaux de décollement, est fortement dépendante de la vitesse de sédimentation. Les résultats ont été appliqués au Subandin Bolivien. Les expériences réalisées à l’échelle lithosphérique simulent la subduction et l’extension arrière-arc dans un système subissant une compression parallèle à la marge continent-océan (COB). Ces modèles démontrent que la différence de densité entre les plaques continentales et océaniques est le paramètre clé pour expliquer l'extension arrière-arc: plus petite est la différence de densité, plus faible est l'extension produite. Les résultats ont été appliqués al ‘Anatolie. Enfin, ces modèles ont été utilisés pour tester la reproductibilité et les limites de la modélisation analogique. / This thesis presents the results and conclusions from a series of analogue modelling of deformation in compressive and subduction zones (crustal scale and lithospheric scale) : The experiments carried out at the crustal scale show that the symmetry of compressive structures, folds and trust belts with 3 levels of décollement is strongly dependent on the rate of sedimentation. The results were applied to the Subandin Bolivian. The experiments carried out at the lithospheric scale simulate subduction and back-arc extension in a system under compression parallel to the continent - ocean margin (COB). These models show that the density ratio between the continental and oceanic plates is the key factor to explain the back-arc extension: as smaller the difference in density is, less extension occurred. The results were applied to Anatolia. Finally, these models were used to test the reproducibility and limits for analog modeling.

Les convertisseurs analogique-numérique à entrelacement temporel (TIADC) semblent être une solution prometteuse dans le monde de la conversion analogique-numérique. Leur fréquence d’échantillonnage peut théoriquement être augmentée en augmentant le nombre de convertisseurs en parallèle. En réalité, des désappariements entre les convertisseurs peuvent fortement dégrader les performances, particulièrement à haute fréquence d’échantillonnage ou à haute résolution. Ces défauts d’appariement peuvent être réduits en utilisant des techniques de calibration en arrière-plan. La première partie de cette thèse est consacrée à l’étude des sources et effets des différents types de désappariements dans un TIADC. Des indicateurs de performance tels que le SNDR ou la SFDR sont exprimés en fonction du niveau des désappariements. Dans la deuxième partie, des nouvelles techniques de calibration sont proposées. Ces techniques permettent de réduire les effets des désappariements d’offset, de gain, d’instant d’échantillonnage et de bande passante. Les désappariements sont estimés en se basant sur des propriétés statistiques du signal et la reconstruction des échantillons de sortie se fait en utilisant des filtres numériques. La troisième partie démontre les performance d’un TIADC fonctionnant a une fréquence d’échantillonnage de 1.6 GE/s et comprenant les calibration d’offset, de gain et d’instant d’échantillonnage proposées. Les raies fréquentielles dues aux désappariements sont réduites à un niveau de -70dBc jusqu’à une fréquence d’entrée de 750 MHz. Ce circuit démontre une meilleure correction de désappariements que des circuits similaires récemment publiés, et ce avec une augmentation de puissance consommée et de surface relativement faible. / Time-interleaved analog-to-digital converters (TIADC) seem to be the holy grail of analog-to-digital conversion. Theoretically, their sampling speed can be increased, very simply, by duplicating the sub-converters. The real world is different because mismatches between the converters strongly reduce the TIADC performance, especially when trying to push forward the sampling speed, or the resolution of the converter. Using background digital mismatch calibration can alleviate this limitation. The first part of the thesis is dedicated to studying the sources and effects of mismatches in a TIADC. Performance metrics such as the SNDR and the SFDR are derived as a function of the mismatch levels. In the second part, new background digital mismatch calibration techniques are presented. They are able to reduce the offset, gain, skew and bandwidth mismatch errors. The mismatches are estimated by using the statistical properties of the input signal and digital filters are used to reconstruct the correct output samples. In the third part, a 1.6 GS/s TIADC circuit, implementing offset, gain and skew mismatch calibration, demonstrates a reduction of the mismatch spurs down to a level of -70 dBFS, up to an input frequency of 750 MHz. The circuit achieves the lowest level of mismatches among TIADCs in the same frequency range, with a reasonable power and area, in spite of the overhead caused by the calibration.

La présence de défauts sur les surfaces des failles tectoniques peut modifier le comportement de la rupture sur ces interfaces. Cependant, le rôle de ces hétérogénéités reste difficile à quantifier du fait de la résolution limitée de l’imagerie des failles en profondeur. Une approche analogique permettant de préciser l’impact des hétérogénéités dans la propagation de la fracture est présentée ici. Cette analyse repose, tout d’abord, sur l’utilisation d’un montage expérimental assurant le suivi de la propagation d’une fracture sous contrainte de traction normale au plan de rupture (mode I). Le dispositif utilisé, mettant en jeu un suivi acoustique et optique de l’avancée du front de fracture, nous amène à déterminer l’impact des aspérités sur le partitionnement de l’énergie entre processus sismiques et asismiques. Nous faisons le lien entre efficacité de radiation et vitesse de rupture, localement perturbée par la présence de microstructures le long de l’interface. Afin d’étendre nos résultats à d’autres modes de rupture, plus fréquemment observés lors de ruptures le long de failles tectoniques, nous nous intéressons à l’adaptation de notre montage expérimental pour l’observation d’une fracture se propageant en mode de cisaillement (mode III). L’analyse des propriétés morphologiques et dynamiques de l’avancée d’un front de rupture en mode III révèle des résultats semblables à ceux obtenus en mode I. Cela suggère que les résultats obtenus en mode I peuvent être étendus aux autres modes de ruptures. / The presence of defaults on the surface of tectonic faults can affect the behaviour of the rupture along those interfaces. However, because of the limited resolution of the faults imaging at depth, the implication of these heterogeneities remains hard to quantify. We present here an analogic approach enabling the precision of the impact of the heterogeneities on the fracture propagation. On one hand, this analysis lays on the use of an experimental setup ensuring the monitoring of a fracture propagating under an imposed stress, normal to the rupture interface (mode I). The used model, implying an acoustic and an optical monitoring of the fracture front advance, leads us to the determination of the impact of asperities on the energy partitioning between seismic and aseismic processes. We make the link between radiation efficiency and rupture velocity, locally affected by the presence of microstructures along the interface. On another hand, to extend our results to other rupture modes, which are observed more often during rupture on tectonic faults, we get interested in the adaptation of our experimental setup for the observation of a fracture propagating under shear stress (mode III). The analysis of morphologic and dynamic properties of the mode III crack advance shows results similar to those obtained for mode I. This suggests eventually that the results observed in mode I can be extended to other rupture modes.