Les systèmes de télécommunications optiques sont au coeur de la révolution Internet depuis son origine. Le transport optique est la technologie incontournable pour pouvoir véhiculer le trafic de données à l’échelle mondiale. Depuis quelques années, l’explosion de la quantité de données nécessite de disposer de systèmes pouvant fonctionner à des débits plus élevés. Par ailleurs, la bande passante de la fibre optique, longtemps considérée comme infinie, est désormais repoussée à ses limites. De plus, les composants électro-optiques aux différentes interfaces ne progressent plus à un rythme suffisant pour permettre d’augmenter significativement le débit binaire. La problématique de l’égalisation est un sujet bien connu dans le domaine des télécommunications optiques. Cependant, pour augmenter le débit des systèmes, vers 100 Gb/s et au-delà, des formats de modulation principalement multi-niveaux sont aujourd’hui nécessaires. Dans ce nouveau contexte, l’égalisation devient indispensable même si elle est plus complexe à mettre en oeuvre à ce niveau de rapidité. Ce travail de thèse s’intéresse à l’étude et à la réalisation des égaliseurs analogiques pour les formats de modulation multi-niveaux à des débits binaires de 100 Gb/s. Les différentes réalisations sont basées sur la technologie de transistor bipolaire à double hétérojonction (TBDH) en phosphure d’indium (InP), développée au sein du laboratoire III-V Lab et présentant un couple fT/fmax aux alentours de 400 GHz, avec une tension de claquage supérieure à 4V. Plusieurs égaliseurs analogiques ont été conçus et mesurés au cours de cette thèse. Des circuits d’égalisation comportant peu de transistors ont été développés, afin de démontrer des meilleures performances en terme de peaking fréquentiel comparées à l’état de l’art international. À partir de ces briques de base, nous avons conçu des égaliseur sanalogiques linéaires de type feed-forward, répondant parfaitement à la problématique d’égalisation des systèmes de télécommunications optiques actuels utilisant des formats de modulation multi-niveaux. Les mesures de ces égaliseurs analogiques réalisés ont démontré l’égalisation de signaux numériques sévèrement filtrés à un débit binaire de 100 Gb/s. / Optical communication systems are the core of the current Internet revolution. Indeed, optical network is the main technology in order to spread global IP traffic. The growing demand of data bandwidth all over the world are pushing optical communication systems beyond their limits. Thus it requires systems which are higher data rate compliant. Besides, the fiber optic has been historically considered as having an infinite bandwidth, but its physical limits are being gradually reached. Moreover, electro-optical components are no more keeping pace with the current increasing data rate.Equalization is a well-known subject in the optical communication field. In order to increase system data rates beyond 100 Gb/s, multilevel format modulation are required. In this context, equalization is still mandatory but more complex to implement.The goal of this thesis is to study and design analog equalizers for complex modulation format with a 100-Gb/s bit rate. All of these circuits are based on indium-phosphide (InP) double heterojunction bipolar transistor (DHBT) technology from III-V Lab. Its fT/fmax couple almost reaches 400 GHz, and the breakdown voltage is higher than4V. Many analog equalizers have been designed and measured over this thesis. First of all, equalization circuits with few transistors have been designed in order to demonstrate state-of-the-art analog equalizer performances, mainly regarding peaking frequency parameter. From these building blocks, feed-forward analog equalizers have been studied and designed, thus answering to the initial requirement of current optical communication systems using complex modulation format. Measurements demonstrated a remarkable equalization performance on strongly filtered 100-Gb/s digital signals.

La récupération d’énergie est un thème de recherche prometteur qui explore un large éventail de sources. Parmi ces sources, on trouve l’énergie mécanique, thermique, électromagnétique, etc. Cette thèse se propose d’explorer des solutions techniques de récupération de l’énergie électromagnétique ambiante. Ce type d’énergie offre une belle opportunité pour participer à l’alimentation, partielle ou complète, d’un système de communication sans fil à basse consommation. Beaucoup d’applications intéressantes telles que les réseaux de capteurs sans fil (WSN), assurant ainsi l’IoT (internet of things), dans le domaine médical et dans la sécurité, sont dotés d’une antenne. Or cette antenne qui est un composant passif volumineux n’est utilisée qu’une faible fraction du temps pour les seules communications. Dans le cadre de la récupération d’énergie RF, l’idée est de mettre à profit ce composant pour glaner l’énergie électromagnétique ambiante, malgré la faible puissance récupérée. Associée à l’antenne, la récupération d’énergie RF est basée sur la mise en œuvre de diodes en redresseurs. Dans ce manuscrit, des diodes intégrées issues d’une technologie moderne : FDSOI 28 nm sont utilisées.A l’issue de ces travaux, trois « runs » dont deux en technologie FDSOI ont pu être réalisés. Des convertisseurs d’énergie RF, du type Dickson, d’un et deux étages, ont été conçus et réalisés à l’aide de cette technologie, mesurés et même comparés à des convertisseurs RF-DC réalisés avec une autre technologie BiCMOS 55 nm. Les convertisseurs réalisés sont à l’état de l’art au niveau du rendement de conversion énergétique pour une puissance donnée de l’ordre de -20 dBm. La technologie FD-SOI offre un nouveau degré de liberté à l’aide de la polarisation de la grille arrière (BG : Back Gate). Cette polarisation du BG permet de modifier les paramètres de l’élément non-linéaire à la base de la conversion. Par ailleurs, une étude sur la réalisation d’une diode Schottky intégrée dans le processus de la FDSOI 28 nm a même été envisagée. A l’issue de ces premières expériences, une méthode d’optimisation de la conception de ces convertisseurs Dickson à partir d’un cahier des charges simplifiée, a été proposée. / Energy harvesting is a promising research theme which analyzes a wide range of sources for the application. These sources can be mechanical, thermal or electromagnetic, etc. Hereby, the work presented explores technical solutions for ambient electromagnetic energy harvesting. Electromagnetic energy is capable of partly or completely supplying energy to low-power wireless communication systems. Many interesting applications are feasible, such as, wireless sensor networks (WSN) ensuring IoT (Internet-of-Things), in the medical field, security, by using equipments containing an antenna. However, the antenna is a voluminous passive component which is utilized merely for a fraction of the time, i.e., just for communications. The underlying idea of RF energy harvesting is to use the antenna to harvest the ambient electromagnetic energy, despite the low power recovered. Associated with the antenna, the RF energy harvesting is based on implementing diodes in rectifiers. In this manuscript, integrated diodes from modern technology: FD-SOI 28 nm are studied.In this work, three run for RF energy harvesting are designed. Two of them are realized in FD-SOI technology. One and two stage Dickson rectifiers for RF energy harvesting using FD-SOI are designed, characterized, measured and compared to RF-DC converters made with 55nm BiCMOS technology. These rectifiers are state-of-the-art in terms of the power conversion efficiency for a given power of the order of -20 dBm. Furthermore, FD-SOI technology offers a new degree of freedom with the back gate polarization (BG). This polarization of the BG makes it viable to change the parameters of the non-linear elements at the base of the conversion. Moreover, an investigation of integrated Schottky diodes using FDSOI 28 nm is presented. At the end of these experiments, a method of optimizing of the design of these Dickson converters based on simplified specifications is proposed.

Durant ces vingt dernières années l'émergence des technologies MEMS a rendu possible l'intégration de capteurs au sein de systèmes complexes de taille réduite. Quelques-uns de ces capteurs se retrouvent dans des dispositifs tels que les téléphones mobiles, GPSs, ordinateurs portables… Il existe néanmoins une contrainte majeure, quand à l’utilisation de capteurs dans les applications fonctionnant sur batterie : leurs «consommation». En effet du fait de cette contrainte la plus part des capteurs développés de nos jours sont basés sur des modes de transduction capacitif limitant ainsi la consommation mais par la même occasion complexifiant lourdement la conception de l’élément sensible. Cette complexité de réalisation de l’élément sensible se répercute donc sur le prix du produit final. Le meilleur moyen de diminuer le prix de revient d’un capteur est l’utilisation d’une technologie de transduction qui permet de diminuer la complexité structurelle du capteur. La transduction résistive répond bien à ce problème, cependant les structures de conditionnement de signal les plus utilisées dissipent une puissance excessive. Cette thèse propose donc l’étude d’une structure électronique faible bruit / faible consommation innovante (le pont Actif) permettant le conditionnement de signaux issus de capteurs résistifs. Les critères d’évaluation du pont actif sont ici le gain, le bruit intrinsèque de l’électronique (facteur limitant de la résolution) et, le plus important, la consommation globale du capteur (éléments sensible + électronique de traitement). / Since resistive sensors exist, the Wheatstone bridge has been the most commonly used conditioningand read-out architecture. Even with the development of MEMS in the last decade, the Wheatstonebridge remains the preferred solution to transpose a physical magnitude into the electrical domain assoon as a resistive transduction method is used. Nevertheless the Wheatstone bridge introduces amajor issue for low-power sensors, the dependence of resolution to power consumption. Moreover,the output signal is directly proportional to the supply voltage. Finally, power consumption is theprice to pay for high resolution in a Wheatstone bridge.Low-power requirement, in mobile applications, is probably one of the main reasons to explain whycapacitive transduction has been preferred for many MEMS. Indeed, even if the fabrication process isoften more complex than for resistive sensors, the power consumption of capacitive transduction isfar below the one of dissipative resistor-based sensors.In order to extend the potential application of resistive MEMS, a power-efficient interface circuit isrequired. My PhD thesis deals with the design and manufacturing of an innovative conditioning andread-out interface for resistive MEMS sensor. The proposed structure includes a digital offsetcompensation for robustness to process, voltage, temperature variations, and/or analog to digitalconversion. Results demonstrate good resolution to power consumption ratio and a good immunityto environmental parameters. Experimental results on a fully integrated CMOS/MEMS sensor finallydemonstrate the efficiency of this promising read-out architecture called The active bridge.

The thesis is focused on the research and development of a new hybrid one-wire bus with special use enabling microelectronic integration. The bus, its physical layer and protocol have been developed based on applied research to meet the complex requirements of a new application group. These requirements are especially laid on the bus robustness and its immunity to interference and to work under real operating conditions. Part of the thesis is a description of existing solutions of one-wire buses, definition of current solutions and setting of goals for research of the new bus. Further are made the design of protocol and operating parameters of the bus operating in low power and power mode. In conclusion, the thesis deals with the practical verification of the proposed solution and there is also suggested a perspective of follow-up research in this area.