L'optimisation de l'association " antenne - système" est une préoccupation majeure des concepteurs de tags RFID UHF et micro-ondes. L'évaluation conjointe de l'énergie reçue par ces antennes et de l'énergie re-rayonnée permettrait aux concepteurs d'évaluer directement les potentialités de télé-alimentation de leurs tags ainsi que la qualité de la communication. Pour répondre à cette problématique, nous avons développé une stratégie originale de modélisation et de simulation de systèmes RFID intégrés reposant sur l'utilisation du langage VHDL-AMS; langage compatible avec la majorité des outils de Conception Assistée par Ordinateur utilisés en microélectronique. La solution que nous proposons consiste en une modélisation à différents niveaux d'abstraction du système RFID que nous souhaitons optimiser, y compris le lien RF et les antennes. Nous adaptons ainsi le flot de conception classique largement utilisé en électronique numérique à un problème de conception mixte et RF.

Cette thèse étudie les problèmes de diagnostic itératif et propose des outilsd'aide au diagnostic interactif. Différents processus de diagnostic où des outils interactifshomme-automate sont utiles, sont présentés. Ces outils permettent de résoudre des difficultésliées à la représentation d'un grand nombre d'éléments d'un système, des difficultés liées àla représentation du comportement et du fonctionnement d'un système et des difficultés liéesà l'explicitation de l'expertise. Nos travaux ont conduit à la conception de différents typesd'outils interactifs d'aide au diagnostic. Le premier permet d'exploiter des représentationsstructuro-fonctionnelles pour construire et résoudre progressivement un problème de diagnostic.Le second outil interactif permet d'exploiter des modèles de comportement construitau fur et à mesure de la résolution d'un problème de diagnostic. Enfin, un dernier outil a étéproposé pour montrer qu'il est possible de prendre compte la connaissance implicite d'unexpert dans la résolution de problème de diagnostic. Un problème de diagnostic est doncprésenté comme un processus itératif avec des interactions homme-automate.

Cette thèse porte sur la caractérisation, la modélisation et l'analyse des phénomènes de "Pulling" et de "Pushing" dans les systèmes de boucles à verrouillage de phase (PLL), utilisant une approche globale où les effets de couplages électromagnétiques aux différents niveaux d'intégration (niveau puce, niveau assemblage, niveau report sur PCB) sont pris en compte de manière distribuée. L'approche de modélisation adopte une méthodologie hybride où l'analyse des couplages électromagnétiques combinée à des schémas équivalents large-bande (compatibles avec les modèles de composants actifs disponibles dans les librairies) est couplée à des représentations comportementales dynamiques. Les représentations comportementales développées permettent de capturer des effets de non-linéarités tant au niveau composant (caractéristique non-linéaire des Varicap en fonction des tensions de contrôle) qu'au niveau block de fonction (gain KVCO non uniforme de l'oscillateur contrôlé en tension (VCO) en fonction de la fréquence).Cette méthodologie hybride permet l'évaluation d'effets compétitifs résultant de phénomènes de "pulling" et de "Pushing" au niveau de la puce (influence de la PLL, effets de l'amplificateur de puissance, intégrité des alimentations ou distribution des références de masse, etc.) , et des distorsions induites par des éléments extérieurs à la puce (exemple de composants sur PCB : Filtre SAW, capacités de découplages, réseaux d'adaptation).L'approche proposée est utilisée pour l'étude et la conception de deux types de circuits développés par NXP-semi-conducteurs pour des applications liées à la sécurité automobile (PLL fonctionnant aux alentours de 1.736GHz) et à la réception satellitaire (PLL de faible consommation fonctionnant à 9.75/10.6 GHz pour les circuits LNB).Les résultats de modélisation obtenus sont validés par corrélations avec les données expérimentales et par comparaison avec les résultats obtenus de différents outils (ADS Harmonic- Balance/Transient de Agilent, Spectre de Cadence

Cette thèse porte sur la caractérisation, la modélisation et l'analyse des phénomènes de «Pulling» et de «Pushing» dans les systèmes de boucles à verrouillage de phase (PLL), utilisant une approche globale où les effets de couplages électromagnétiques aux différents niveaux d'intégration (niveau puce, niveau assemblage, niveau report sur PCB) sont pris en compte de manière distribuée. L'approche de modélisation adopte une méthodologie hybride où l'analyse des couplages électromagnétiques combinée à des schémas équivalents large-bande (compatibles avec les modèles de composants actifs disponibles dans les librairies) est couplée à des représentations comportementales dynamiques. Les représentations comportementales développées permettent de capturer des effets de non-linéarités tant au niveau composant (caractéristique non-linéaire des Varicap en fonction des tensions de contrôle) qu'au niveau block de fonction (gain KVCO non uniforme de l'oscillateur contrôlé en tension (VCO) en fonction de la fréquence).Cette méthodologie hybride permet l'évaluation d'effets compétitifs résultant de phénomènes de «pulling» et de «Pushing» au niveau de la puce (influence de la PLL, effets de l'amplificateur de puissance, intégrité des alimentations ou distribution des références de masse, etc.) , et des distorsions induites par des éléments extérieurs à la puce (exemple de composants sur PCB : Filtre SAW, capacités de découplages, réseaux d'adaptation).L'approche proposée est utilisée pour l'étude et la conception de deux types de circuits développés par NXP-semi-conducteurs pour des applications liées à la sécurité automobile (PLL fonctionnant aux alentours de 1.736GHz) et à la réception satellitaire (PLL de faible consommation fonctionnant à 9.75/10.6 GHz pour les circuits LNB).Les résultats de modélisation obtenus sont validés par corrélations avec les données expérimentales et par comparaison avec les résultats obtenus de différents outils (ADS Harmonic- Balance/Transient de Agilent, Spectre de Cadence / This thesis work focuses on characterization, modeling and analysis of «Pulling» and «Pushing» phenomena in Phase Locked Loops (PLL) based on a global approach where distributed effects of electromagnetic couplings at different integration levels (chip-level, assembly-level, board or PCB-level) are taken into account. The modeling approach adopts a hybrid methodology where the analysis of electromagnetic couplings combined with broadband equivalent circuit synthesis (compatible with library models of active components) is coupled with dynamic behavioral representations. The derived behavioral representations properly capture the effects of nonlinearities both at component scale (non-linear characteristic of varicap as function of control voltages) and at function block level (non-uniform gain KVCO of VCO circuits depending on frequency).The hybrid methodology renders possible the assessment of competitive effects resulting from «Pulling» and «Pushing» phenomena at chip level (influence of the PLL, effects of the power amplifier, power integrity, or ground reference distribution, etc..), and the distortions induced by components external to the chip at package and board levels (such as components on PCB: SAW filters, decoupling capacitors, matching networks).The proposed approach is used for the study and design of two types of circuits developed by NXP- Semiconductors, for applications related to automotive security and immobilization (an RF low power transceiver Integrated Circuit (PLL running around 1.763GHz), and to satellite receiver (PLL operating at low power for LNB circuits working at 9.75/10.6 GHz).The obtained modeling results are validated by correlation with experimental data and by comparison with different time-domain and frequency-domain simulation tools results (ADS-Harmonic Balance, ADS-Shooting solutions, Cadence-Spectre)

La conception en vue de la fiabilité (DFR, Design for Reliability) consiste à simuler le vieillissement électrique des composants élémentaires pour évaluer la dégradation d'un circuit complet. C'est dans ce contexte de fiabilité et de simulation de cette dernière, qu'une stratégie de conception en vue de la fiabilité a été développée au cours de ses travaux. Cette stratégie, intégrant une approche « système » de la simulation, s'appuie sur l'ajout de deux étapes intermédiaires dans la phase de conception. La première étape est une étape de construction de modèles comportementaux compacts à l'aide d'une méthodologie basée sur une approche de modélisation multi niveaux (du niveau transistor au niveau circuit) des dégradations d'un circuit. La seconde étape consiste alors l'analyse descendante de la fiabilité de ce circuit, à l'aide de simulations électriques utilisant ses modèles comportementaux dits « dégradables », afin de déterminer les blocs fonctionnels et/ou les composants élémentaires critiques de l'architecture de ce dernier, vis-à-vis d'un mécanisme de défaillance et un profil de mission donnés. Cette analyse descendante permet aussi d'évaluer l'instant de défaillance de ce circuit. Les dispersions statiques, lies au procédé de fabrication utilisé, sur les performances d'un lot de CIs ont aussi été prises en compte afin d'évaluer leur impact sur la dispersion des instants de défaillance des circuits intégrés. Ces méthodes ont été appliquées à deux mécanismes de dégradation : les porteurs chauds et les radiations. / Design for reliability (DFR) consists in assessing the impact of electrical ageing of each elementary component, using electrical simulations, on performance degradations of a full device. According to DFR concept and reliability simulation, theses works present a new DFR strategy. This strategy based on the integration of two intermediate phases in the ICs and SoC design flow. The first phase is a bottom-up ageing behavioural modelling phase of a circuit (from transistor level to circuit level). The second phase is a « top-down reliability analyses » phase of this circuit, performing electrical simulations using its ageing behavioural models, in order to determine critical functional blocks and / or elementary components of its architecture according to a failure mechanism and a given mission profile. Theses analyses also allow determining the failure time of this circuit. Statistical dispersions on ICs performances, due to the used manufacturing process, have been taking into account in order to assess their impact on failure time dispersions of a ICs lot. The method has been applied on two degradation mechanisms: hot carriers and radiations.

Les travaux de cette thèse apportent une contribution à l'automatisation du flot de conception analogique et mixte, en termes de méthodologies de réutilisation. Des méthodologies de développement et d'exploration de bibliothèques d'IPs (Intellectual Property) analogiques sont développées : définition et caractérisation d'un IP analogique, création et exploration d'une base de données d'IPs, aide à la réutilisation destinée au concepteur. Le circuit utilisé pour l'application de ces méthodologies est un système neuromimétique c'est-à-dire qu'il reproduit l'activité électrique de neurones biologiques. Ces applications montrent à travers trois exemples, l'efficacité et la souplesse de notre méthodologie. Ces travaux proposent également une méthodologie de redimensionnement de circuits analogiques CMOS lors d'une migration technologique.

Les micro-capteurs de gaz connaissent un intérêt croissant avec le développement des applications « bas-coût » dans les domaines de l'automobile, la domotique ou l'environnement. Pour répondre à cette demande, les micro-capteurs à base d'oxyde métallique présentent des avantages uniques comme leur faible coût, une grande sensibilité, un temps de réponse bref et facile à intégrer dans un système portable miniaturisé. Cependant, ces capteurs tels qu'ils sont aujourd'hui, souffrent d'un manque de sélectivité et d'une dérive de leurs performances à long terme, ce qui freine leur développement. D'autre part, la détection du dioxyde de carbone, qui représente un intérêt grandissant, semblait particulièrement difficile avec ce type de capteur. Dans ce contexte, l'objet de ce travail consiste d'une part à bien comprendre les phénomènes réactionnels observés grâce à la simulation numérique « gaz-surface », d'autre part à définir un mode opératoire « robuste » permettant d'obtenir une meilleure stabilité et surtout améliorer la sélectivité. Tout d'abord, nous avons étudié les paramètres d'un profil de température dynamique pour améliorer significativement les performances du capteur. Par la suite, un modèle de connaissance des mécanismes de réaction à été développé afin de mieux interpréter, comprendre et prévoir le comportement de ces capteurs. Ce modèle a la particularité de simuler les transferts de charge en surface de la couche sensible en s'appuyant sur des calculs ab-initio. Enfin, nous avons travaillé sur la modélisation de la réponse. Un modèle d'interpolation très performant adapté au problème a été étudié dans un système décisionnel. La convergence de ces trois approches a permis une meilleure compréhension du fonctionnement du capteur avec du CO et du CO2 et la détermination d'un protocole de mesure optimal avec une optimisation du traitement du signal de la réponse électrique.

Cette thèse étudie les problèmes de diagnostic itératif et propose des outilsd’aide au diagnostic interactif. Différents processus de diagnostic où des outils interactifs homme-automate sont utiles, sont présentés. Ces outils permettent de résoudre des difficultés liées à la représentation d’un grand nombre d’éléments d’un système, des difficultés liées à la représentation du comportement et du fonctionnement d’un système et des difficultés liées à l’explicitation de l’expertise. Nos travaux ont conduit à la conception de différents types d’outils interactifs d’aide au diagnostic. Le premier permet d’exploiter des représentations structuro-fonctionnelles pour construire et résoudre progressivement un problème de diagnostic.Le second outil interactif permet d’exploiter des modèles de comportement construit au fur et à mesure de la résolution d’un problème de diagnostic. Enfin, un dernier outil a étéproposé pour montrer qu’il est possible de prendre compte la connaissance implicite d’un expert dans la résolution de problème de diagnostic. Un problème de diagnostic est donc présenté comme un processus itératif avec des interactions homme-automate. / This PhD thesis studies the iterative diagnosis problems and provides thecomputer-aided diagnostic tool for interactive diagnosis. Different diagnosis processes wherethe tool to support human-machine interaction are useful, are presented. These tools help totackle difficulties related to the representation of a large number of elements in a system,difficulties related to the representation of the behavior functioning of a system and difficultiesencountered while expliciting the expertise. Our work led to the design of different interactivetools to support the diagnosis process. The first tool allows to exploit the structural-functionalmodeling to build and solve progressively a diagnosis problem. The second interactive toolallows to exploit the behavioral models built step by step in the diagnosis process and tosolve the diagnosis problem. The final tool was proposed to show that it is possible to takeinto account the implicit knowledge of an expert in order to solve the diagnosis problem.A diagnosis problem is therefore presented as an iterative process with human-machineinteractions.

Ce manuscrit propose une approche méthodologique pour la constitution d’une chaîne complète de vidéosurveillance pour des environnements naturellement encombrés. Nous identifions et levons un certain nombre de verrous méthodologiques et technologiques inhérents : 1) à l’acquisition de séquences vidéo en milieu naturel, 2) au traitement d’images, 3) au suivi multi-cibles, 4) à la découverte et la modélisation de motifs comportementaux récurrents, et 5) à la fusion de données. Le contexte applicatif de nos travaux est la surveillance apicole, et en particulier, l’étude des trajectoires des abeilles en vol devant la ruche. De ce fait, cette thèse se présente également comme une étude de faisabilité et de prototypage dans le cadre des deux projets interdisciplinaires EPERAS et RISQAPI (projets menées en collaboration avec l’INRA Magneraud et le Muséum National d’Histoire Naturelle). Il s’agit pour nous informaticiens et pour les biologistes qui nous ont accompagnés, d’un domaine d’investigation totalement nouveau, pour lequel les connaissances métiers, généralement essentielles à ce genre d’applications, restent encore à définir. Contrairement aux approches existantes de suivi d’insectes, nous proposons de nous attaquer au problème dans l’espace à trois dimensions grâce à l’utilisation d’une caméra stéréovision haute fréquence. Dans ce contexte, nous détaillons notre nouvelle méthode de détection de cibles appelée segmentation HIDS. Concernant le calcul des trajectoires, nous explorons plusieurs approches de suivi de cibles, s’appuyant sur plus ou moins d’a priori, susceptibles de supporter les conditions extrêmes de l’application (e.g. cibles nombreuses, de petite taille, présentant un mouvement chaotique). Une fois les trajectoires collectées, nous les organisons selon une structure de données hiérarchique et mettons en œuvre une approche Bayésienne non-paramétrique pour la découverte de comportements émergents au sein de la colonie d’insectes. L’analyse exploratoire des trajectoires issues de la scène encombrée s’effectue par classification non supervisée, simultanément sur des niveaux sémantiques différents, et où le nombre de clusters pour chaque niveau n’est pas défini a priori mais est estimé à partir des données. Cette approche est dans un premier temps validée à l’aide d’une pseudo-vérité terrain générée par un Système Multi-Agents, puis dans un deuxième temps appliquée sur des données réelles. / This manuscript provides the basis for a complete chain of videosurveillence for naturally cluttered environments. In the latter, we identify and solve the wide spectrum of methodological and technological barriers inherent to : 1) the acquisition of video sequences in natural conditions, 2) the image processing problems, 3) the multi-target tracking ambiguities, 4) the discovery and the modeling of recurring behavioral patterns, and 5) the data fusion. The application context of our work is the monitoring of honeybees, and in particular the study of the trajectories bees in flight in front of their hive. In fact, this thesis is part a feasibility and prototyping study carried by the two interdisciplinary projects EPERAS and RISQAPI (projects undertaken in collaboration with INRA institute and the French National Museum of Natural History). It is for us, computer scientists, and for biologists who accompanied us, a completely new area of investigation for which the scientific knowledge, usually essential for such applications, are still in their infancy. Unlike existing approaches for monitoring insects, we propose to tackle the problem in the three-dimensional space through the use of a high frequency stereo camera. In this context, we detail our new target detection method which we called HIDS segmentation. Concerning the computation of trajectories, we explored several tracking approaches, relying on more or less a priori, which are able to deal with the extreme conditions of the application (e.g. many targets, small in size, following chaotic movements). Once the trajectories are collected, we organize them according to a given hierarchical data structure and apply a Bayesian nonparametric approach for discovering emergent behaviors within the colony of insects. The exploratory analysis of the trajectories generated by the crowded scene is performed following an unsupervised classification method simultaneously over different levels of semantic, and where the number of clusters for each level is not defined a priori, but rather estimated from the data only. This approach is has been validated thanks to a ground truth generated by a Multi-Agent System. Then we tested it in the context of real data.

Ce travail de thèse a pour contexte la surveillance des systèmes homme-machine, où l'opérateur est le conducteur d'un système de transport ferroviaire. Notre objectif est d'améliorer la sécurité du système en prévenant et en évitant les facteurs pouvant augmenter le risque d'une erreur humaine. Deux verrous majeurs sont identifiés : l'aspect caractérisation, ou comment déterminer les phases indicatives et discernables de l'activité de conduite et l'aspect représentation, ou comment décrire et codifier les actions de conduite de l'opérateur et leurs répercussions sur le système ferroviaire dans un formalisme mathématique permettant une analyse sans équivoque. Pour solutionner ces verrous, nous proposons en premier lieu un modèle comportemental de l'opérateur humain permettant de représenter son comportement de contrôle en temps continu. Afin de tenir compte des différences inter- et intra-individuelles des opérateurs humains, ainsi des changements de situations, nous proposons une transformation du modèle comportemental initialement présenté, dans un nouveau espace de représentation. Cette transformation est basée sur la théorie des chaines cachées de Markov, et sur l'adaptation d'une technique particulière de reconnaissance de formes. Par la suite, nous définissons une modélisation comportementale en temps discret de l'opérateur humain, permettant en même temps de représenter ses actions et de tenir compte des erreurs et des évènements inattendus dans l'environnement de travail. Cette modélisation est inspirée des modèles cognitifs d’opérateur. Les deux aspects permettent d'interpréter les observables par rapport à des situations de référence. Afin de caractériser l'état global de l'opérateur humain, différentes informations sont prises en considération ; ces informations sont hétérogènes et entachées d’incertitudes de mesure, nécessitant une procédure de fusion de données robuste qui est effectuée à l'aide d'un réseau Bayésien. Au final, les méthodologies de modélisation et de fusion proposées sont exploitées pour la conception d'un système de vigilance fiable et non-intrusif. Ce système permet d'interpréter les comportements de conduite et de détecter les états à risque du conducteur (ex. l'hypovigilance). L'étude théorique a été testée en simulation pour vérifier sa validité. Puis, une étude de faisabilité a été menée sur des données expérimentales obtenues lors des expériences sur la plate-forme de conduite ferroviaire COR&GEST du laboratoire LAMIH. Ces résultats ont permis de planifier et de mettre en place les expérimentations à mener sur le futur simulateur de conduite multimodal "PSCHITT-PMR". / The scope of the thesis is the monitoring of human-machine systems, where the operator is the driver of rail-based transportation system. Our objective is to improve the security of the system preventing and avoiding factors that increase the risk of a human error. Two major problems are identified: characterization, or how to determine indicative and discernible phases of driver's activity and representation, or how to describe and codify driver's actions and its repercussions on the rail system in a mathematical formalism that will allow unequivocal analysis. In order to bring a solution to those problems, we propose, first-of-all, a behavioral model of the human operator representing his control behavior in continuous-time. To consider inter- and intra-individual differences of human operators and situation changes, we propose a transformation of the latter behavioral model in a new space of representation. This transformation is based on the theory of Hidden Markov Models, and on an adaptation of a special pattern recognition technique. Then, we propose a discrete-time behavioral modeling of the human operator, which represents his actions and takes account of errors and unexpected events in work environment. This model is inspired by cognitive models of human operators. These two aspects allow us to interpret observables with respect to reference situations in order to characterize the overall human operator state. Different information sources are considered; as a result the data are heterogeneous and subject to measuring uncertainties, needing a robust data fusion approach that is performed using a Bayesian Network. Finally, the proposed modeling and fusion methodologies are used to design a reliable and unintrusive vigilance system. This system can interpret driving behaviors and to detect driver’s risky states in order to prevent drowsiness. The theoretical study was tested in simulation to check the validity. Then, a feasibility study was conducted using data obtained during experiments on the LAMIH laboratory railroad platform “COR&GEST”. These results allowed us to plan and implement experiments to be conducted on the future multimodal driving simulator “PSCHITT-PMR”.