In today's semiconductor-based computer and communication technology, system performance is determined primarily by two factors, namely on-chip and off-chip operating frequency. In this dissertation, time-domain measurement-based methods that enable gigabit data transmission in both the IC and package have been proposed using Time-Domain Reflectometry (TDR) equipment. For the evaluation of the time-domain measurement-based method, a wafer level package test vehicle was designed, fabricated and characterized using the proposed measurement-based methods. Electrical issues associated with gigabit data transmission using the wafer-level package test vehicle were investigated. The test vehicle consisted of two board transmission lines, one silicon transmission line, and solder bumps with 50um diameter and 100um pitch. In this dissertation, 1) the frequency-dependent characteristic impedance and propagation constant of the transmission lines were extracted from TDR measurements. 2) Non-physical RLGC models for transmission lines were developed from the transient behavior for the simulation of the extracted characteristic impedance and propagation constant. 3) the solder bumps with 50um diameter and 100um pitch were analytically modeled. Then, the effect of the assembled wafer-level package, silicon substrate and board material, and material interfaces on gigabit data transmission were discussed using the wafer-level package test vehicle. Finally, design recommendations for the wafer-level package on integrated board were proposed for gigabit data transmission in both the IC and package.

Cette thèse est une tentative vers la conception de la bande Ka émetteur-récepteur RF pour les réseaux de capteurs sans fil (WSN), pour lesquelles la consommation d'énergie, le coût et la taille sont des paramètres critiques. Au sens de la consommation d'énergie, un transmetteur RF est la partie la plus cruciale d'un nœud de capteur. Nous avons choisi STMicroelectronics 90nm global purpose (GP) pour atteindre la technologie CMOS à faible puissance, faible coût et de petite taille. Pour la première fois, nous avons introduit la bande Ka dans le context de WSN, a fin de bénéficier de l'immunité élevée du réseau et la petite taille antenne. Étant donné que la technologie que nous avons choisi et du kit associé fonderie de conception n'est pas pour la conception RF, nous avons été obligés de mettre au point un outil de conception individuelle pour la bande à ondes millimétriques. De cette façon, nous avons développé une solution simple et précise le modèle MOS transistor, comprenant charge et le modèle de capacité, modèle de bruit et le modèle complet des effets parasites. Nous avons proposé une nouvelle structure pour les inducteurs de la ligne de transmission et un modèle précis de RLGC a été développé pour la conception et la simulation de ces inducteurs. Et puis par la simulation de la pleine d'onde (full wave) électromagnétique dans le logiciel HFSS, nous avons extrait des parameters du modele d'incucteurs , et d'autres éléments passifs, telles que des pads RF et T-jonctions. Comme notre première expérience, nous avons conçu et optimisé une LNA à 30 GHz, en utilisant notre outil de conception. Le LNA conçu a été fabriqué dans STMicroelectronics 90nm global dans le processus de GP CMOS et a été mesurée dans le laboratoire IMEP. Les résultats des mesures montrent 10dB gain de puissance et de 4,8 dB figre bruit (noise figure) avec 4mW DC la consommation de puissance. Dans l'étape suivante, nous avons conçu et optimisé mieux 30GHz LNA. La simulation post-layout montre 13.9dB gain de puissance et 3.6d figre bruit, avec seulement 3 mW de consommation de puissance. Nous avons proposé un lien simple radio et un structure simple a ete presente pour le récepteur_émetteur. Dans le récepteur, nous avons utilisé la structure hétérodyne, ou dans la quelle nous avons utilise de l'idee de Mixer Harmonique paire et oscillateur couple, à surmonter de nombreux problèmes se pose en mm bande des ondes dans la technologie CMOS. Le Mixer a été conçu en utilisant les résultats d'analyse et de simulation dans le kit de conception de fonderie: 4dB gain de conversion et de 5,8 double side band figre de bruit avec 2.2Mw consommation de puissance, un excellent résultat en comparaison avec les œuvres similaires rapports comme IF Stage 2GHz qui a été conçu comme multi-slice-amplificateur de la chaîne de detection pour accroître (ugmenter)la performance du récepteur et d'atteindre plus faible consommation d'énergie. Enfin, le récepteur a été simulé dans MATLAB et--87dBm de sensibilité, 890KHz de bande passante, avec 6.65mW consommation d'énergie sont obtenus. L'émetteur a été conçu aussi simple que possible, en utilisant idée power oscillateur, délivrant 6mW puissance RF de l'antenne. L'émetteur a généralement les 25% de power efficacité qui est très bon résultat en comparaison avec les œuvres déclarées.