Les communications sans fil sont essentielles pour les nouveaux systèmes des transports. Ainsi, ces communications sans fil doivent être capables d'opérer sans interruption quelque soit l'environnement électromagnétique (EM) dans lequel elles se trouvent. Pour cette raison, nous nous étudions comment certains environnements EM affectent les systèmes de communication. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux trains à grande vitesse. Dans ce secteur, on peut trouver des interférences EM intentionnelles (IEMI) et des interférences EM non intentionnelles (EMI). Nous avons considéré comme EMI les signaux interférences électromagnétiques transitoires produites par les pertes de contact entre la caténaire et le pantographe. Pour les IEMI, nous avons utilisé des signaux d'interférence générés par des brouilleurs. Nous avons étudié la vulnérabilité du réseau de communication IEEE 802.11n face à ces différents types d'interférences. Par la suite nous avons identifié le mécanisme d'accès au canal comme un point potentiellement vulnérable aux deux types d'interférences. En effet, une interférence de faible puissance peut faire croire que le canal est occupé, empêchant toute communication. Concernant les IEMI, nous avons remarqué que la période de balayage de la bande de fréquence du signal du brouillage est un paramètre important pour que celui-ci soit efficace. Pour les signaux EMI, nous avons identifié la période DIFS comme étant un autre paramètre vulnérable de la norme, car à partir d'un certain niveau de puissance d'interférence et dès que l'intervalle de répétition entre les transitoires est inférieur au DIFS, la communication est systématiquement interrompue. / Wireless communications are essential for new transportation systems. Thus, these wireless communications must be able to operate without interruption, regardless of the electromagnetic (EM) environment. For this reason, we study how some EM environments affect communication systems. In this thesis, we are particularly interested in the transportation sector, especially high speed trains. In this sector, both unintentional EM interferences (EMI) and intentional EM interferences (IEMI) can be found. We considered unintentional EM interferences (EMI), such as transient EM interference signals produced by contact losses between the catenary and the pantograph. For intentional EM interferences (IEMI) we used interference signals as those generated by low power commercial jammers. We have studied the vulnerability of the IEEE 802.11n communication network facing these different interference types. We identified the channel access mechanism as a vulnerable feature of IEEE 802.11n. As a matter of fact, in the presence of low power interferences, the channel can be considered busy by the channel access mechanism, preventing any communication. With regard to the IEMI, we have noticed that the sweep period of the frequency band of the jamming signal is an important parameter on the jamming performance. For transient EM interference signals, we identified the DIFS period as another vulnerable parameter of the standard. Indeed, when the repetition interval between transients is lower than DIFS period, with a certain interference power level, the communication is systematically interrupted.

La prolifération des électroniques et des émetteurs radiofréquences rend de plus en plus compliqué le processus de conception des systèmes sur le plan CEM. Ce processus doit aboutir à limiter le risque d’interférences ou de défauts au niveau le plus faible notamment dans le contexte des interférences électromagnétiques intentionnelles (IEMI). Ces défauts CEM doivent alors être anticipés lors de la phase de conception. Cependant, du fait de la dispersion des valeurs prises par certains paramètres du système, la modélisation déterministe éprouve quelques difficultés à identifier le risque encouru. La mauvaise connaissance de l’effet des incertitudes associées au système, aboutit alors à prendre des marges de conception considérables conduisant à des surcoûts de fabrication. Pour cette raison, il est devenu important de prendre en compte l’impact des incertitudes des différents paramètres constitutifs d’un système (en phase de conception). Ces paramètres sont essentiellement géométriques (e.g. position de câblages) ou électromagnétiques (e.g. caractéristiques intrinsèques de matériaux). Ils influent par nature sur les performances CEM de ce système. Ces travaux de thèse portent sur l’analyse de la propagation des incertitudes relatives à ces paramètres sur des sorties de modèles de CEM. Le but visé, consiste à quantifier sous une forme probabiliste, le risque de défaut d’un système contenant de nombreux paramètres incertains. Ce type d’étude statistique devrait également permettre, via des analyses de sensibilité, des stratégies de conception de systèmes « fiables » ou à moindres coûts. Dans le contexte des applications visées, les approches dites « fiabilistes » et la méthode dite de « stratification contrôlée », ont été identifiées comme intéressantes, du point de vue de l’analyse d’événements extrêmes. Dans un premier temps, nous nous sommes consacrés à la transposition des méthodes fiabilistes dans un contexte CEM. Ces techniques permettent de quantifier la probabilité de défaillance d’un système, définie comme le dépassement d’un seuil de risque, et renseignent, via une analyse de sensibilité locale, sur les paramètres clés à ajuster. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la méthode de stratification contrôlée, non appliquée à ce jour à notre connaissance en CEM. L’objectif de cette approche consiste à estimer un quantile extrême de la réponse d’intérêt d’un modèle rigoureux, via l’utilisation d’un modèle simple beaucoup moins coûteux en termes de temps de calcul. Ce processus permet d’accélérer l’obtention d’observations extrêmes, nécessaires à l’estimation du quantile recherché. Les deux techniques ont été mises en oeuvre sur un problème complexe dans un contexte IEMI, pour estimer la probabilité d’occurrence d’événements d’interférences extrêmes. Elles ont permis de dégager des tendances similaires, quant à l’importance de certains paramètres d’entrée incertains sur les événements rares. Les deux méthodes, bien appliquées, pourraient constituer un apport considérable en matière de conception CEM. / The proliferation of electronic and radio frequency transmitters makes more complicated the system design process on the EMC point of view. This process should lead to limit the risk of interferences or defects to lowest level particularly in the context of intentional electromagnetic interferences (IEMI). Therefore, these EMC defects have to be anticipated during the design stage. However, due to the dispersion of the values taken by some parameters of the system, the deterministic modeling presents some difficulties to identify the involved risk. The poor knowledge of the uncertainties effect associated with the system, leads then to take important design margins at the price of additional costs of manufacturing. For this reason, it has become important to take into account the impact of uncertainties of the various constituent parameters of a system (at the design stage). These parameters are essentially geometric (e.g. position of wirings) or electromagnetic (e.g. intrinsic characteristics of materials) ones. They influence by nature the EMC performance of this system. This thesis work deals with the analysis of the propagation of uncertainties of these parameters on EMC model outputs. It aims at quantifying in a probabilistic form, the default risk of a system containing numerous uncertain parameters. This type of statistical analysis should also allow through sensitivity analyses, design strategies of “reliable” systems or at lower cost. In the context of targeted applications, the so-called “reliability approaches” and the “controlled stratification” method have been identified as interesting from the point of view of the analysis of extreme events. Firstly, we are dedicated to the transposition of reliability methods in an EMC context. These techniques are used to quantify the probability of failure of a system, defined as the probability of exceeding a threshold of risk. They inform through a local sensitivity analysis, on the key parameters to adjust. Secondly, we have focused our work on the controlled stratification method, not yet applied in EMC as far as we know. The objective of this approach is to estimate an extreme quantile of the interest response of a rigorous model, using of a much cheaper simple model in terms of computation time. This process allows to speed up the identification of extreme observations required for the estimation of the researched quantile. Both techniques have been applied on a complex problem in an IEMI context, to estimate the probability of occurrence of extreme interference events. They have revealed similar trends as regards to the importance of some uncertain input parameters on rare events. Both methods, properly applied, could provide a significant contribution in terms of EMC design strategy.

Ce travail de recherche intitulé " Contribution à la modélisation de l'Intégrité des Alimentations dans les System-in-Package", effectué chez NXP semi-conducteurs, se propose d'étudier l'intégrité des alimentations et des signaux dans un système complexe tel que le System-in-Package(SiP), les System-on-Chip(SoC) ou autres (PoP,...). C'est-à-dire la générations de perturbations électromagnétiques conduites dues à l'activité d'un système complexe sur son environnement d'intégration. Un bilan de puissance statique et dynamique permet de considérer l'influence de l'activité des fonctions numériques sur le système SiP. L'activité dynamique est représentée sous forme de profils canoniques caractérisés par la technologie de conception des fonctions logiques. Cette représentation en base tient compte du cadencement multi fréquentiel (ou multi-harmonique) du système. Un logiciel a été développé permettant d'extraire un profil d'activité numérique définit suivant la géométrie de la fonction, sa technologie et ses fréquences d'activation. Les fonctions analogiques et le réseau passif d'interconnexions sont modélisés au travers de fonctions de transfert et validés par une approche expérimentale (domaine fréquentiel et temporel) et en simulation. Cette analyse a permis de souligner les potentialités de la modélisation BBS (Broad Band Spice Model). Ceci a permis une modélisation multi-port globale de l'environnement d'intégration modélisé depuis le PCB jusqu'aux fonctions actives (PCB-Boitier-interconnexions-circuits). Les modèles extraits sont utilisables dans un environnement SPICE où l'ensemble du système est modélisé dans un environnement unique. La CO-MODÉLISATION et la CO-SIMULATION GLOBALES permettent la proposition de règles de conception et l'optimisation du découplage souligné par le potentiel du substrat de report PICS (Passive Integrating Component Substrate).

Ce travail de recherche intitulé " Contribution à la modélisation de l'Intégrité des Alimentations dans les System-in-Package", effectué chez NXP semi-conducteurs, se propose d'étudier l'intégrité des alimentations et des signaux dans un système complexe tel que le System-in-Package(SiP), les System-on-Chip(SoC) ou autres (PoP,...). C'est-à-dire la générations de perturbations électromagnétiques conduites dues à l'activité d'un système complexe sur son environnement d'intégration. Un bilan de puissance statique et dynamique permet de considérer l’influence de l’activité des fonctions numériques sur le système SiP. L’activité dynamique est représentée sous forme de profils canoniques caractérisés par la technologie de conception des fonctions logiques. Cette représentation en base tient compte du cadencement multi fréquentiel (ou multi-harmonique) du système. Un logiciel a été développé permettant d'extraire un profil d'activité numérique définit suivant la géométrie de la fonction, sa technologie et ses fréquences d'activation. Les fonctions analogiques et le réseau passif d'interconnexions sont modélisés au travers de fonctions de transfert et validés par une approche expérimentale (domaine fréquentiel et temporel) et en simulation. Cette analyse a permis de souligner les potentialités de la modélisation BBS (Broad Band Spice Model). Ceci a permis une modélisation multi-port globale de l'environnement d'intégration modélisé depuis le PCB jusqu’aux fonctions actives (PCB-Boitier-interconnexions-circuits). Les modèles extraits sont utilisables dans un environnement SPICE où l’ensemble du système est modélisé dans un environnement unique. La CO-MODÉLISATION et la CO-SIMULATION GLOBALES permettent la proposition de règles de conception et l’optimisation du découplage souligné par le potentiel du substrat de report PICS (Passive Integrating Component Substrate). / This thesis, performed in NXP Semiconductors, presents an analysis on POWER INTEGRITY and SIGNAL INTEGRITY in complex systems (System-in-Package SiP, System-on-Chip SoC, PoP, etc). This subject takes in account the propagation and its effects of conducted electromagnetic interferences due to digital activities in power distribution network. A statement of static and dynamic power consumption allows to consider effects of digital activities through a multi-clock and multi harmonic model based on technologies, clocks and geometries of a dedicated functions, blocks or dices. A global distributed CO-SIMULATION/CO-MODELISATION methodology for concurrent/simultaneous analysis of passif distribution network have been successfully applied to a full complex system. An original "power signature" concept is used to model high speed digital modules temporal and spatial distribution of their power switching activity for analog-mixed-digital co-simulations. Analysis of coupling effects at systems level have been studied through access ports with and without active SiP modules. The measured coupling is validated with predicted simulation results based on electromagnetic simulations and broad band SPICE extractions. Correlations are validated between observed spurs in presence of SiP active modules and the behavioral response (transfer function) of the active die multiport, and multi-port de-embedding analysis. The full model of complex system, available in SPICE environnement, allows to analyse propagation and its effects of conducted electromagnetic interferences on dices, functions and system of the SiP. Thanks to this work, it will possible to supply new design rules and optimize of decoupling capacities values. A dedicated software was elaborated to generate a quick digital activity model easy-to-implement in SPICE environment.