Ce travail décrit une nouvelle topologie d'alimentation qui apporte des bénéfices aux dispositifs portables et aux composants électroniques à faible consommation. À l'autre extrémité du spectre, il serait également applicable aux systèmes à tension de bus plus élevée, tels que les panneaux solaires et les véhicules électriques, qui doivent décomposer des tensions plus élevées en domaines utilisables. La nouvelle topologie, que nous avons nommée Waterfall regulator, est décrite dans le présent travail et nommée ainsi pour ses caractéristiques saillantes rappelant une chute en cascade. Ce dispositif ouvre de nouvelles perspectives pour les systèmes à très basse consommation, basse tension et courant faible. Le mode de fonctionnement consiste à diviser une source d'alimentation brute en plusieurs domaines de tension, qui peuvent ensuite être utilisés pour alimenter les éléments individuels d'un système ou plusieurs unités indépendantes. Nous décrivons ici le premier rapport sur la réussite de la version de recyclage de l'énergie de ce nouveau système. Le dispositif se caractérise par une série de régulateurs de tension à faible chute et de circuits de déversement de courant (pass MOSFET). Le régulateur partage le courant qui traverse sa charge respective et complète le courant du stade suivant par un déversoir de courant, selon les besoins. Le contrôle s'effectue via une architecture de contrôle en cascade et peut être étendu à des périphériques d'ordre supérieur. / This work described a new power supply topology that benefits portable device and low power electronics. At the other end of the spectrum, it is also applicable to higher bus voltage systems like solar panels and electric vehicles that must split higher voltages into usable domains. The new topology, which we named waterfall regulator, is describe herein and named as such for its salient features reminiscent of a waterfall. It opens up a new realm of possibilities for supra low power, low voltage and low current systems. The mode of operation consists of splitting a raw supply source into smaller voltage domains which can then be used for powering individual element of a system or powering multiple independent units. We describe here the first report of successful energy recycling version of this novel system. The devices are composed of a series of low dropout voltage regulators and current spillways circuits (pass MOSFET). The regulators share current passing thought their respective load and supplement current through a current spillway as required. Control is achieved through a cascade architecture and can be scaled up to higher order devices.

Résumé d'une: Thèse de doctorat--Electricité--Uppsala, 2000. / Notes bibliogr.

La prolifération sur les réseaux électriques de charges non linéaires entraîne une augmentation des taux de distorsion harmonique. Ces charges non linéaires présentes chez les industriels et les particuliers, conçues avec de l'électronique de puissance, absorbent des courants non sinusoïdaux. La présence d'harmoniques sur les réseaux de distribution va impacter tous les matériels connectés au réseau, que ce soit à court terme ou à long terme. L'objectif de cette thèse est de quantifier l'impact des harmoniques sur les matériels connectés au réseau. L'étude bibliographique réalisée au début de la thèse nous a permis de dégager deux matériels à étudier plus précisément : les câbles basse tension et les transformateurs de distribution. Dans un premier temps, nous étudions le comportement thermique des câbles basse tension en présence d'harmoniques. Les câbles étudiés possèdent un conducteur de neutre qui permet la circulation des harmoniques de rangs multiples de trois. Nous avons réalisé une modélisation par éléments finis des câbles en réalisant un couplage électromagnétique ? thermique. Les résultats obtenus sont comparés à des mesures. Dans un second temps, nous présentons une modélisation analytique de la résistance des enroulements d'un transformateur permettant d'estimer les pertes en présence d'harmoniques. Les performances de cette modélisation ont été confrontées à des mesures. Nous étudions ensuite l'impact des harmoniques sur le comportement thermique des transformateurs grâce à des simulations et des mesures réalisées sur un transformateur de distribution. Nous concluons par une discussion sur l'impact des harmoniques sur la durée de vie des transformateurs.

Thèse doctorat : Génie Electrique : Villeurbanne, INSA : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. [191]-197.

Thèse de doctorat : Électronique : Lille 1 : 2002. / N° d'ordre (Lille) : 3184. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. f. 125-131.

Ce travail de thèse présente la conception et le développement d' un circuit intégré frontal analogique (AFE) pour un système d' électroencéphalographie portable. L' AFE est constitué d'un un amplificateur ultra-basse tension et d'un Convertisseur Analogique Numérique (ADC) Sigma Delta en Temps Continu (CT). Ce système AFE a été conçu dans une technologie CMOS 0,35 mm. Ce circuit de très basse consommation est alimenté avec une tension de seulement 0,5V.<br /><br />Afin de permettre un véritable fonctionnement en très basse tension, tous les transistors fonctionnent dans la région de faible inversion. Le pré-amplificateur se compose d'un étage d'entrée basé sur une architecture de type cascode replié (OTA-FC) et un d'un étage de sortie basé sur un amplificateur de type “Current Source”.<br /><br />Pour le convertisseur analogique numérique, une architecture de type Sigma-Delta, composée d'un modulateur à temps continu (CT-Sigma Delta), a été choisi afin d'avoir une consommation de puissance très faible. Le filtre de décimation du convertisseur est basé sur une architecture de filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR). Le Modulateur est alimenté avec une tension de seulement 0,5V alors que le filtre numérique nécessite une tension de 1V.<br /><br />Les résultats de test montrent que l'OTA a un gain de boucle ouverte de 38,8dB pour le premier étage et de 18,6dB pour l'étage de sortie. Cet OTA a une largeurs de bande pour le premier étage et le second étage de 10,23KHz et 6,45KHz, respectivement. Les autres caractéristiques obtenues pour l'OTA sont: bruit de sortie de 1,4mVrms@100Hz et consommation de 1,89mW. L' ADC quant à affiche les caractéristiques suivantes : un SNR de 94,2dB, un ENOB de 15,35bits, une INL de +0,34/-2,3 LSB, et une DNL +0,783/-0,62LSB avec aucun code manquant. Le Modulateur a une consommation de puissance de 7mW. L' AFE proposé proposé dans ce travail possède des caractéristiques qui le place parmi les plus performants comparé aux autres réalisation décrites dans la littérature. Les caractéristiques obtenues pour le circuit permettent d'envisager sont utilisation pour des applications biomédicales de très basse consommation telles que les dispositifs portatifs d'électro-encéphalographie (EEG)<br /><br />En plus du modulateur de CT-Σ∆ développé en technologies CMOS 0,35um, un autre modulateur a été conçu utilisant des technologies CMOS 0,13µm, basées sur le temps discret. La simulation affiche un SNR de 92dB et un ENOB de 14.99dB pour une fréquence de sur-échantillonnage (OSR) de 150.

A partir d'une demarche progressive, ce travail est une contribution a la modelisation<br />des arcs electriques dans les appareils de coupure basse tension : Ie disjoncteur. Ie contacteur,<br />1'interrupteur et Ie sectionneur. La modelisation 2D d'un arc libre dans 1'argon a permis de<br />valider Ie code de calcul et d'etudier 1'influence des parametres geometriques, physiques et<br />numeriques sur les grandeurs caracteristiques du plasma thermique. A partir de cette etude,<br />une modelisation 3D en regime stationnaire d'un arc de electrique dans Pair a 50 A est<br />realisee pour chaque dispositif de coupure. L'angle d'ouverture des contacts ainsi que la<br />presence des amenees de courant sont pris en consideration. Deux fbrmes particulieres sont<br />analysees : une forme en « U » dans Ie cas du disjoncteur et une forme en « S » dans Ie cas du<br />contacteur, de 1'interrupteur et du sectionneur. Les resultats mettent en exergue 1'influence<br />d'un champ magnetique externe sur Ie galbe, la forme de 1'arc electrique.

L'évolution des technologies des semi-conducteurs vers des géométries de plus en plus fines permet un accroissement des performances et des fonctionnalités par puce mais s'accompagne simultanément d'une augmentation de la puissance dissipée. Alors que les utilisateurs sont de plus en plus friands d'applications portables, la conception de circuits intégrés doit désormais prendre en compte le budget de puissance alloué. Il est donc essentiel de développer des circuits microélectroniques très basse puissance. La réduction de la tension d'alimentation VDD s'avère une approche très intéressante puisque cela permet de réduire la puissance dynamique quadratiquement et la puissance statique des courants de fuite exponentiellement. L'utilisation de tensions d'alimentation très basses (ULV) a été explorée à Stanford dès 1990 en utilisant une technologie spéciale, dont les transistors possèdent des tensions de seuil proches de zéro volt. Cependant, bien que réduire fortement la tension d'alimentation soit une méthode efficace pour diminuer la consommation, elle ne peut pas être appliquée arbitrairement car cela affecte négativement les performances, le délai dans les portes augmentant exponentiellement lorsque VDD devient inférieur à la tension de seuil. Il faut donc trouver un compromis entre vitesse et consommation. Du point de vue technologique, la technologie SOI-PD (Silicium sur Isolant Partiellement Désertée) s'avère très intéressante en ULV: elle présente des performances entre 25% et 30% supérieures à celles obtenues en CMOS à substrat massif. La technologique SOI permet donc de diminuer la consommation des circuits intégrés à fréquence de fonctionnement égale. Pour mieux appréhender le comportement des transistors SOI opérés en inversion faible, un modèle analytique et physique simple a tout d'abord été développé. La consommation d'un circuit dépendant fortement du style logique employé, plusieurs styles ont été comparés et celui présentant le meilleur produit puissance-délai a été choisi pour réaliser une bibliothèque de cellules standards. La problématique de la propagation de données sur des interconnexions longues, alors que les transistors fournissent peu de courant, a été abordée: un nouveau circuit de transmission en mode courant a été proposé. Enfin, un circuit de traitement d'image par paquets d'ondelettes a été développé et synthétisé grâce à la bibliothèque précédente.

This dissertation presents the design and implementation of a 16-channel sinusoidal generator to stimulate microfluidic devices that use electrokinetic forces to manipulate particles. The generator has both, independent frequency and independent amplitude control for each channel. The stimulation system is based upon a CMOS application specific (ASIC) device developed using 0.35¦Ìm technology. Several generator techniques were compared based on frequency range, total harmonic distortion (THD), and on-chip area. The best alternative for the microfluidic applications is based in a triangle-to-sine converter and presents a frequency range of 8kHz to 21MHz, an output voltage range of 0V to 3.1VPP, and a maximum THD of 5.11%. The fabricated device, has a foot- print of 1560¦Ìm¡Á2030¦Ìm. The amplitude of the outputs is extended using an interface card, achieving voltages of 0V to 15VPP. The generator functionality was tested by performing an experimental set-up with particle trapping. The set-up consisted of a micromachined channel with embedded electrodes configured as two electrical ports located at different positions along the channel. By choosing specific amplitude and frequency values from the generator, different particles suspended in a fluid were simultaneously trapped at different ports. The multichannel stimulator presented here can be used in many microfluidic experiments and devices where particle trapping, separation and characterization is desired.

This dissertation presents the design and implementation of a 16-channel sinusoidal generator to stimulate microfluidic devices that use electrokinetic forces to manipulate particles. The generator has both, independent frequency and independent amplitude control for each channel. The stimulation system is based upon a CMOS application specific (ASIC) device developed using 0.35¦Ìm technology. Several generator techniques were compared based on frequency range, total harmonic distortion (THD), and on-chip area. The best alternative for the microfluidic applications is based in a triangle-to-sine converter and presents a frequency range of 8kHz to 21MHz, an output voltage range of 0V to 3.1VPP, and a maximum THD of 5.11%. The fabricated device, has a foot- print of 1560¦Ìm¡Á2030¦Ìm. The amplitude of the outputs is extended using an interface card, achieving voltages of 0V to 15VPP. The generator functionality was tested by performing an experimental set-up with particle trapping. The set-up consisted of a micromachined channel with embedded electrodes configured as two electrical ports located at different positions along the channel. By choosing specific amplitude and frequency values from the generator, different particles suspended in a fluid were simultaneously trapped at different ports. The multichannel stimulator presented here can be used in many microfluidic experiments and devices where particle trapping, separation and characterization is desired. / This dissertation presents the design and implementation of a 16-channel sinusoidal generator to stimulate microfluidic devices that use electrokinetic forces to manipulate particles. The generator has both, independent frequency and independent amplitude control for each channel. The stimulation system is based upon a CMOS application specific (ASIC) device developed using 0.35¦Ìm technology. Several generator techniques were compared based on frequency range, total harmonic distortion (THD), and on-chip area. The best alternative for the microfluidic applications is based in a triangle-to-sine converter and presents a frequency range of 8kHz to 21MHz, an output voltage range of 0V to 3.1VPP, and a maximum THD of 5.11%. The fabricated device, has a foot- print of 1560¦Ìm¡Á2030¦Ìm. The amplitude of the outputs is extended using an interface card, achieving voltages of 0V to 15VPP. The generator functionality was tested by performing an experimental set-up with particle trapping. The set-up consisted of a micromachined channel with embedded electrodes configured as two electrical ports located at different positions along the channel. By choosing specific amplitude and frequency values from the generator, different particles suspended in a fluid were simultaneously trapped at different ports. The multichannel stimulator presented here can be used in many microfluidic experiments and devices where particle trapping, separation and characterization is desired.