La thématique de ce sujet de thèse porte sur l'étude des capteurs de champ magnétique intégrés en technologie CMOS standard basse tension sans étapes de fabrication supplémentaires. La co-intégration du transducteur (l'élément sensible qui transforme le champ magnétique en une grandeur électrique) et de son électronique de conditionnement du signal sur la même puce permet réaliser des fonctions spécifiques qui améliorent significativement les performances du capteur. Les travaux présentés dans cette thèse portent plus particulièrement sur deux types de transducteur : le transducteur à effet Hall dit vertical et un magnéto-transistor particulier appelé « CHOPFET ». Nous avons développé des modèles numériques de ces transducteurs afin d’analyser finement leurs comportement mais aussi d’optimiser leurs performances. En nous basant sur ces résultats, nous avons adapté des techniques de traitement du signal et proposé plusieurs architectures originales dédiées au conditionnement du signal magnétique. Cela a permis d’améliorer significativement les performances de ces capteurs en termes de résolution, d’offset et de consommation électrique. / The subject of thesis subject concerns the study of magnetic field sensors integrated in low-voltage standard CMOS process without additional post-processing steps. Co-integrating the magnetic transducer (the sensitive element transforming the magnetic field into an electrical quantity) together with its conditioning electronics onto a same chip allows to implement specific features, which dramatically improve the sensor performances. This work particularly focuses on two types of transducer: the vertical Hall device and a specific magneto-transistor called “CHOPFET”. We developed numerical simulation models in order to predict and optimize the behavior of these transducers. Based on the results, we adapted dedicated signal processing techniques and proposed several innovative magnetic signal conditioning architectures. This led to significant improvement in terms of resolution, offset and power consumption.

L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité et les performances d'un synthétiseur de fréquences agile pour les transmissions multi-bandes multi-utilisateurs destinées aux systèmes de transmission fournissant un très grand débit tout en répondant aux exigences de faible consommation et d'intégration facile. Dans ce contexte, les solutions classiques de synthétiseur de fréquences ne sont pas applicables et il est nécessaire de développer de nouvelles structures qui génèrent les fréquences centrales en permanence. La commutation d'une fréquence à l'autre peut se faire alors très rapidement par simple modification de la configuration des multiplexeurs. Dans la première partie de ce travail nous nous consacrons à l'analyse d'une telle architecture à fort potentiel. Une partie de sa structure est réalisée en technologie conventionnelle BiCMOS afin de valider sa faisabilité ainsi que le fonctionnement des solutions schématiques développées. Grâce à la caractérisation des composants, une analyse de la structure complète est réalisée. Cependant, la complexité de la structure du synthétiseur proposé fait de sorte qu'il existe pour les fréquences générées un grand nombre de fréquences parasites qui induisent des interférences entre utilisateurs. La réduction de leurs effets sur la transmission est l'objet de la deuxième partie de notre travail. Deux solutions numériques de réduction des interférences sont proposées. Elles permettent de rendre le design de la partie analogique moins contraignant en allégeant le cahier des charges et nous ont ainsi permis de simplifier l'architecture du synthétiseur. / The aim of this thesis is to study the feasibility and the performances of a fast switching frequency synthesizer designed for high debit multi-band multi-user transmission and used in transmission systems requiring a low consumption and an easy IC integration. In this context, the use of the classical synthesizer structures does not apply and there is a need to develop new architectures capable of generating all the frequencies permanently. Thus, the switching between frequencies can be easily done by changing multiplexors' state.In the first part of this study, we focus on the analysis of such high potential OL architecture. The main part of the proposed structure is implemented in a conventional BiCMOS technology in order to validate its feasibility and the operation of the developed blocks. Thanks to the measurements of the OL components, a complete analysis of the synthesizer is made. However, the complexity of the architecture of the proposed synthesizer induces the generation of large number of parasitic frequencies, creating interferences between the active users. The reduction of their effect on the transmission is the subject of the second part of the manuscript. Two digital methods are proposed to reduce the interferences. Lowering the requirements on the analog part, they allow a simplified design. This property was used to reduce the complexity of the frequency synthesizer.

Longtemps considérées comme néfastes, les contraintes sont devenues un des moyens principaux pour améliorer les performances des dispositifs métal-oxyde-semiconducteur (MOS). En effet, les déformations générées augmentent sensiblement la mobilité des porteurs dans le silicium. C'est dans ce cadre que j'ai étudié, par holographie électronique en champ sombre (DFEH), les déformations cristallines engendrées par certaines étapes clés du procédé de fabrication de transistors planaires de dernière génération, totalement déplétés car réalisés sur des substrats silicium sur isolant (FD-SOI). La DFEH est une technique de microscopie électronique en transmission (TEM), récemment inventée au CEMES, qui permet de cartographier les déformations cristallines avec une résolution spatiale nanométrique et une précision de 10-4 sur des champs de vue micrométriques. J'ai mis au point et utilisé des modélisations par éléments finis afin de comprendre puis reproduire mes résultats expérimentaux et ainsi identifier les phénomènes mécaniques mis en jeu au cours de différentes étapes. Après avoir prouvé que la DFEH est adaptée à la mesure des champs de déformation dans les structures MOS FDSOI (couche superficielle de Si désorientée vis-à-vis du substrat de référence), je me suis intéressé au procédé de conversion de films minces de Si en SiGe, par la méthode dite de "condensation de germanium". J'ai montré que cette technique permet d'obtenir des films minces de type SiGe (SGOI) pseudomorphes, de composition variable. Les déformations hors plan mesurées par DFEH mettent en évidence les deux mécanismes affectant la redistribution du Ge (diffusion et injection), dont l'importance relative dépend de la température à laquelle s'effectue le procédé. De plus, j'ai montré que ces films minces SGOI, initialement contraints, se relaxaient très fortement lors de leur gravure en vue de la fabrication de substrats co-intégrés SOI/SGOI. J'ai pu identifier que cet effet, initialement observé à partir de mesures électriques et connu sous le nom d'effet "SA/SB", ne pouvait être dû qu'à des caractéristiques mécaniques dégradées de l'interface SiGe/SiO2. Je me suis ensuite intéressé à certaines des étapes clés de la fabrication du transistor suspectées de modifier l'état de déformation de la structure, telles que la fabrication de l'empilement de grille et des sources/drains ainsi que de la siliciuration nécessaire à la prise des contacts. J'ai pu expliquer en quoi et pourquoi ces étapes impactaient l'état final de déformation du canal du transistor et donc ses performances. Par ailleurs, je montre comment et dans quelles limites la DFEH peut être utilisée pour mesurer des concentrations de dopants, en conservant une résolution nanométrique. J'ai particulièrement étudié le cas (favorable) du bore dans le silicium et, après couplage à des mesures électriques, j'ai ainsi pu calculer le coefficient reliant les déformations mesurées aux concentrations de bore en substitution. Finalement, j'ai comparé et discuté des différences entre informations fournies par DFEH et par diffraction de rayons X haute résolution. Une annexe complète ce travail et discute des conditions optiques et d'utilisation optimales des sources à émission de champ Schottky équipant un TEM, notamment de la contribution des lobes d'émission latérale sur le degré de cohérence de la sonde. / After being considered harmful for a long time, stress became one of the principal means to improve metal-oxide-semiconductor (MOS) device performance. Indeed, the generated strains significantly increase carrier mobility in silicon. Within this context, I used dark-field electron holography (DFEH) to study the crystalline strains generated by some key steps of the manufacturing process of latest generation of planar transistors, fully depleted as produced on silicon on insulator substrates (FD-SOI). DFEH is a transmission electron microscopy (TEM) technique, recently invented at CEMES, which allows crystalline strain to be mapped with nanometric resolution and an accuracy of 10-4 over micrometric fields of view. I developed and used finite element models in order to understand, then reproduce, my experimental results and thus identify the mechanical phenomena involved during different processing steps. After proving that DFEH is suitable for strain fields mapping in FDSOI MOS structures (Si surface layer disorientated in respect of the reference substrate), I have been interested in the conversion process of thin Si films into SiGe, by a method known as "germanium condensation". I showed that this technique enables pseudomorphous thin SiGe films (SGOI) of variable composition to be obtained. The out-of-plane strain measured by DFEH emphasises the two mechanisms affecting the Ge redistribution (diffusion and injection), whose relative importance depends on the temperature of the process. Moreover, I showed that these thin SGOI films, initially stressed, relax strongly during the etching carried out to manufacture co-integrated SOI/SGOI substrates. I could identify that this effect, initially observed by electrical measurements and known as "SA/SB" effect, can only be explained by a degradation of the mechanical characteristics of the SiGe/SiO2 interface. I have also been interested in some of the key steps of the transistor manufacturing suspected to modify the structural strain state, such as the grid stack and sources/drains processes, as well as salicidation necessary to form the contacts. I was able to explain how and why these steps impact the final strain state of the transistor channel and thus its performance. In a separate development, I have shown how DFEH can be used to measure doping concentrations while preserving a nanometric resolution, and discuss its limits. I studied in particular the (favourable) case of boron doping in silicon and, after electrical measurements coupling, I calculated the coefficient connecting the measured strains to the boron substitution concentrations. Finally, I compared and discussed the differences between information obtained by DFEH and high resolution X-ray diffraction. An appendix completes this work and discusses the optical and optimal use conditions of Schottky field emission sources equipping a TEM, in particular the contribution of side-emission lobes on the degree of coherence of the probe.

Les activités liées au développement d’objets connectés munis d’intelligence embarquée ont connu un essor considérable ces dernières années, en particulier pour les applications médicales. Dans ce contexte, une course effrénée s’est engagée entre les pionniers de l’IoT afin d’offrir des produits toujours plus performants. Smartphones, bracelets ou textile intelligent, tous intègrent un panel de capteurs multifonctionnels. Il est envisageable alors d’implémenter dans ces produits des solutions permettant de mesurer les signaux physiologiques en continu. En effet, ces signaux émis par le corps humain représentent une source riche d’informations que peut exploiter le corps médical pour le diagnostic ou la prévention d’une pathologie. Les maladies cardiovasculaires, étant la première cause de mortalité dans le monde, le diagnostic précoce de ces maladies est important et des solutions peuvent être apportées par les nouvelles technologies. Ainsi, les pathologies liées aux troubles du rythme cardiaque peuvent être décelées par une analyse inter-battements cardiaques en continu. En effet, l’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque représente un indicateur pertinent sur le fonctionnement cardiovasculaire. Or, cette pertinence dépend en grande partie de l’intelligibilité de l’information mesurée. La pertinence des algorithmes utilisés n’ayant pas été étudiée dans la littérature en fonction du niveau de bruit, la détection des battements cardiaques constitue donc un défi de taille lorsque celle-ci est effectuée en environnement non-maitrisé à partir de dispositifs embarqués et ce travail de thèse a essayé d’apporter des réponses concrètes à cette problématique. / Activities related to the development of connected objects with on-board intelligence have undergone considerable growth in recent years, especially for medical applications. In this context, a frantic race has begun between the pioneers of the IoT in order to offer ever moreefficient and intelligent products. Smartphones, wristbands or smart textiles all incorporate a panel of multifunctional sensors. According to the predictions of the Allied Market Research, the annual growth rate for sensors will reach 11.3% by 2022. The vital signs emitted by thehuman body represent a rich source of information that can be exploited by the medical corps for the diagnosis or prevention of a pathology of interest. Cardiovascular disease, being the second cause of death in the world, reminds us of the importance of a rigorous diagnosis.Pathologies related to heart rhythm disorders are generally detected by cardiac cross-heartbeat analysis. The detection of these beats is one of the most important axes of research in the field of electrocardiogram treatment. Indeed, the analysis of heart rate variability is a relevantindicator of cardiovascular functioning. This relevance depends, in large part, on the intelligibility of the measured information and the signal-to-noise ratio of the parameter of interest. The detection of heartbeats is a daunting challenge when it is carried out from onboarddevices especially in noisy environments.

This work deals with the problems of the design of two stage operational amplifier with automatic offset compensation for precise measurement. Full design operational amplifier is aimed at appropriate realization in technology CMOS07 with usage Cadence design environment. The goal of the design is minimum offset value as well as the adherence to the parameters of the operational amplifier which are introduced in submission of the thesis.

This work deals with issues of design and optimize of an operational amplifiers using CMOS transistor models. The main focus of work is to propose a circuit suitable for low voltage applications with low power. The proposed circuit consists of sub-circuits, each of which must operate in the desired voltage range. Detailed design of input and output stages will reach range of rail-to-rail type with a minimum quiescent current.

This master’s work deals with types of digital cameras used in industry. Furthermore, there are mentioned application areas of cameras in the automotive industry. There was created searches industrial cameras on the market. In the next part is described hardware interconnection of Basler acA 1300-60gc camera and measuring platform cDAQ 9178. Part of this work is to create a system for synchronization of camera and measured data. In the last part is developed program for image processing and determine the angle of rotation of the steering wheel.

<p>Impulsni generator predstavlja jedan od najvažnijih delova bežičnog<br />primopredajnika. Pored toga što treba da generiše signal čiji<br />spektar zadovoljava odgovarajuću spektralnu masku, generator treba da<br />bude što jednostavniji, zauzima malu površinu i ima malu potrošnju.<br />Naučni doprinos ove doktorske disertacije predstavlja sedam novih<br />konfiguracija ultra-širokopojasnih impulsnih generatora<br />projektovanih u CMOS tehnologiji, od kojih su tri fabrikovane u<br />0,18 &mu;m UMC CMOS procesu. Prvi dizajn je zasnovan na principu<br />kombinovanja kratkotrajnih impulsa, sledeća tri sadrže ring<br />oscilator, naredna dva impulsna generatora koriste princip<br />filtriranja, dok poslednje novo rešenje obezbeđuje BPSK kodovanje<br />korišćenjem dva ring oscilatora.</p> / <p>Pulse generator is one of the most important parts of a wireless transceiver.<br />Besides generating a signal which spectrum has to satisfy corresponding<br />spectral mask, the pulse generator should have topology as simple as<br />possible, consume low power and occupy low die-area. Scientific contribution<br />of this dissertation are seven novel IR-UWB pulse generator architectures<br />designed in CMOS technology of which three are fabricated in 0.18 &mu;m UMC<br />CMOS process. The first design is based on combining very short pulses, the<br />next three contain a ring oscillator topology followed by two pulse generators<br />that use the filtering approach, while the last new solution enables BPSK<br />modulation by employing two ring oscillator topologies.</p>

<p>U doktorskoj disertaciji su prikazani elektronski sistemi razvijeni za<br />obradu signala sa senzora promenjive izlazne impedanse, koji se mogu<br />koristiti za različite vrste senzora. Razvijen je prototip mernog sistema<br />pomoću diskretnih komponenti. Merenja izvedena na ovom prototipu dokazala<br />su da se sa izabranom mernom metodom mogu dobiti zadovoljavajući rezultati<br />merenja. Projektovanjem analognog dela elektronskog sistema u CMOS<br />tehnologiji smanjene su dimenzije i potrošnja elektronskog sistema za obradu<br />signala, a poboljšane su merne karakteristike u odnosu na izvedu u<br />diskretnoj tehnologiji.</p> / <p>In this thesis, an electronic system for signal processing of sensors with variable<br />impedance has been developed. It can be used with different types of sensors. A<br />prototype of electronic system has been developed using discrete components.<br />Measurements made with this prototype have proved that applied measurement<br />method can be used to obtain satisfying measurement results. By designing analog<br />parts of electronic system in CMOS technology, dimensions and power consumption<br />of the electronic system for signal processing and measurement characteristics have<br />been improved, comparing to the prototype developed using discrete components.</p>

Diese Dissertation behandelt schwache Nichtlinearitäten in Radiofrequenzschaltern, die auf Grundlage von CMOS-Transistoren realisiert werden. Der besondere Schwerpunkt liegt auf der analytischen Modellierung sowie der Simulation der Nichtlinearität mithilfe einer TCAD (Technology Computer-Aided Design) Software. Die Nichtlinearität kann nach den verschiedenen Quellen klassifiziert werden: der Transistornichtlinearität und der Substratnichtlinearität. Für beide Bereiche werden umfassende Simulationen und analytische Modellierungen sowie Messungen präsentiert und interpretiert. / This dissertation treats weak nonlinearities in radio frequency switches that are realised based on CMOS transistor technology. A special focus lies on the analytical modeling and TCAD simulation of the nonlinearity. The nonlinearity is sorted into substrate and transistor nonlinearity. For both nonlinear regions profound simulations, analytical modeling and measurements are presented and interpreted.