Les microphones sont des capteurs qui permettent à nos systèmes électroniques de prendre connaissance de notre environnement acoustique en fournissant un signal électrique représentatif des vibrations de l’air. Ils sont employés dans la plupart des systèmes multimédia, mais aussi dans les appareils auditifs. Dans l’implant auditif, le microphone se substitue à l’oreille humaine capable de détecter des pressions acoustiques variants de quelque μPa à quelques Pa. Les microphones, sont en général accompagnés d’un circuit électronique spécifique qui permet leur exploitation au coeur d’un système hétérogène. Depuis les toutes premières transductions acoustique-électriques, le microphone a été perfectionné avec la mise en oeuvre de nouveau principes de transduction et l’élaboration de circuit de conditionnement plus performants. Dernièrement, l’introduction de la technologie MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) a permis de réaliser des microphones extrêmement compacts et peu couteux. Ces travaux de recherches concernent la réalisation d’un circuit électronique dédié à l’exploitation d’un transducteur M&NEMS (Micro & Nano Electro Mechanical Systems) survenant comme une évolution du MEMS. Pour commencer l’étude, le principe de transduction et l’application du microphone sont étudiés. Les circuits existants sont examinés en détail et adaptés au transducteur M&NEMS. Les résultats potentiels sont discutés et situés dans l’application. Dans un second temps, un circuit de conditionnement spécifique est proposé. Les résultats sont présentés puis le circuit électronique dédié est intégré sur silicium. Les performances des blocs fonctionnels intégrés sont mesurées et présentées. / Microphones are sensors which allow gauging acoustic environment through an electric representation of vibrations in the air. They can be found in most multimedia equipment and in hearing aids. In this particular application, microphone substitutes a human ear which is able to sense pressure level of sound ranging from a μPa to few Pa. The read-out circuit of microphones converts physical signal from transducer into electronic signals that can be used in any heterogeneous system involving audio processing. Transducers of microphones have known successive generation of improvement. The latest refinement is related to the emergence of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology which is suitable to build compact sensor. This thesis explores the design of a readout-circuit using an innovative M&NEMS (Micro & Nano Electro Mechanical Systems) technology derived from MEMS. The thesis is structured beginning with review of existing circuits for M&NEMS microphone. A comparative study is reported considering the proposed technical specifications using simulations and a prototype was realized using discrete components. In the second phase, an innovative circuit was proposed as an ASIC solution targeting M&NEMS technology developed at CEA-LETI. The performance evaluation and the physical measurements of the proposed ASIC are detailed.

L’alimentation des systèmes communicants à partir des sources d’énergies existantes dans l’environnement est une solution pertinente pour prolonger leur autonomie énergétique. Cela peut permettre de s’affranchir des sources d’énergie embarquées comme les piles et les batteries, qui présentent une durée de vie limitée, nécessite un remplacement périodique et un coût de recyclage. Parmi les sources d’énergies récupérables, les ondes électromagnétiques et les vibrations mécaniques sont considérées parmi les plus prometteuses en raison de leur disponibilité notamment dans les milieux urbains. Notre contribution porte sur l’étude et la réalisation d’un dispositif de récupération d’énergie vibratoire par transduction électrostatique. Ce type de système, basé sur une variation de capacité, nécessite une tension de pré-charge provenant d’une source auxiliaire. Afin d’éviter les matériaux piézoélectriques et les électrets caractérisés par une durée de vie limité, la phase d’initialisation a été assurée par une rectenna (Rectifying antenna).Deux rectennas ont été développées pour assurer la pré-charge du transducteur électrostatique. Une première structure bi-bande (2.45 GHz et 1.8 GHz) basée sur un anneau hybride a été proposée. Elle permet, non seulement d’augmenter la puissance RF captée, mais aussi de simplifier les problèmes d’adaptation. Une tension de 320 mV et un rendement de 40.6 % ont été mesurés, respectivement pour des densités surfaciques de puissance de 1.13 et 1.87 µW/cm2 aux fréquences 1.85 et 2.45 GHz. Une deuxième structure élévatrice de tension en topologie Cockcroft-Walton a été conçue et caractérisée expérimentalement. Une tension de 1.06 V a été mesurée pour une densité surfacique de puissance de 1.55 µW/cm².Un dispositif de récupération d’énergie mixte électromagnétique vibratoire complet a été par la suite étudié, conçu et caractérisé expérimentalement. Le transducteur électrostatique a été couplé à un circuit de conditionnement de Bennet pré-chargé par la rectenna. Une tension de 23 V a été obtenue à la sortie du système pour une tension de pré-charge de 0.5 V (1.55 µW/cm²) et à partir d’une vibration mécanique de fréquence 25 Hz et une accélération 1.5g.Une modélisation du transducteur électrostatique adaptée à différentes structures a été proposée. En se basant sur les équivalences mécaniques électriques, un modèle électrique équivalent est déduit en utilisant le logiciel LTspice de façon à étudier le comportement du système et prévoir la tension et la puissance récupérée.Mots clés : récupération d’énergie, rectenna, antenne microruban, circuit de conversion RF-DC, transducteur électrostatique, circuit de conditionnement de Bennet, modélisation / Energy harvesting is an attractive solution to power supply low-power electronics and wireless communication devices avoiding the use of power sources like batteries which have a limited life, requires periodic replacements and have a cost of recycling. Among the available ambient energy sources, electromagnetic waves and mechanical vibrations are the most suitable because of their availability particularly in the urban areas. Our contribution focuses on the study and implementation of a vibrational energy harvesting device using the electrostatic transduction. This system, based on a capacitance modulation, requires a voltage pre-charge given by an auxiliary source. To avoid electret or piezoelectric materials characterized by a limited lifetime, the initialization step was provided by a rectenna (Rectifying antenna).A new structure of dual-band rectenna (2.45 GHz and 1.8 GHz) based on a hybrid ring has been proposed. It allows to increase the received RF power but also to simplify the matching circuit. It experimentally achieves 320 mV voltage and 40 % efficiency when the power densities are 1.13 and 1.87 mW/cm2 at 1.85 and 2.45 GHz, respectively. A Cockcroft-Walton voltage multiplier rectenna was also designed and experimentally characterized. A voltage of 1.06 V was measured at a power density of 1.55 mW/cm².A macro-scale electrostatic vibration harvester (e-VEH), wirelessly pre-charged with a 2.45 GHz Cockcroft-Walton rectenna, was studied, designed and experimentally characterized. The e-VEH uses the Bennet doubler as conditioning circuit. A voltage of 23 V across the transducer terminal has been measured when the vibration harvester is excited at 25 Hz and 1,5g of external acceleration. An energy of 275 µJ and a maximum power of 0.4 µW are available across the load. ‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬A lumped element model of the electrostatic transducer has been proposed. Based on mechanical/electrical equivalent equations, an equivalent electrical circuit is derived using the LTspice simulator to study the behavior of the system and provide the voltage and the power converted.Keywords: Energy harvesting, rectenna, microstrip antenna, RF-to-dc converter, electrostatic transduction, Bennet’s doubler, modélization