Actuellement, l'accélération des opérations de traitement d'images est principalement obtenue par l'utilisation de calculateurs parallèles. De tels processeurs, a flot d'instructions unique et a flots de données multiples (simd), sont développés, mais s'ils s'avèrent efficaces pour les opérations de traitement d'images dites de bas niveau, ou la structure des données reste la même, ils se heurtent a de nombreux problèmes lorsqu'il s'agit des opérations de moyen et de haut niveau. Notamment lors des opérations de moyen niveau, une réorganisation aléatoire des données sur les processeurs doit être effectuée, tache difficilement exécutable sur les structures parallèles synchrones a mémoire distribuée. Le but de cette thèse était d'étendre les capacités d'un calculateur simd, afin qu'il puisse exécuter, efficacement, les opérations de traitement d'images de moyen niveau. L'étude des algorithmes représentatifs de cette classe d'opérations dégage les limites de ce calculateur que des modifications d'architecture permettent d'affranchir. C'est ainsi que Sympatix, le nouveau calculateur SIMD, a été proposé. Afin de le valider, son modèle comportemental décrit en VHDL langage de description de matériel a été élaboré. Grâce a ce modèle, les performances de la nouvelle structure sont ainsi directement mesurées, par simulations d'algorithmes de traitement d'images. L'approche par modélisation VHDL permet, de plus, d'effectuer la conception électronique descendante du système, ce qui, par ailleurs, offre un couplage aise entre les modifications architecturales du système et leur cout électronique. Les résultats obtenus montrent que Sympatix est adapte aux opérations de traitement d'images de bas et de moyen niveau, qu'il est ouvert a un calculateur de haut niveau, et qu'il est capable de supporter d'autres applications de vision. Ce manuscrit présente également, une méthodologie de conception descendante, basée sur le vhdl, et destinée aux architectes de systèmes électroniques

Depuis quelques années, les explosifs artisanaux à base de peroxyde sont fréquemment utilisés dans les actes de terrorisme. Leur simplicité de conception ne les rend pas moins inoffensifs car ils sont tout aussi puissants que ceux à base de TNT (trinitrotoluène). Au regard des enjeux majeurs de la sécurité globale et en particulier de la protection du citoyen, il devient nécessaire de bénéficier d'instruments de détection fiables. C'est dans ce cadre que s'inscrit ce travail de thèse qui vise à développer un capteur intégré, sensible et sélectif aux traces d'explosifs, notamment ceux à base de peroxyde. Ce nez électronique est constitué d'une matrice de transistors à nanotubes de carbone (CNTFET) et d'une électronique et traitement des données. Après une brève introduction relative aux CNTFET pour la détection gazeuse, nous présentons les bases de l'élaboration d'une modélisation électrique du capteur. Cette modélisation a pour but, à terme, de permettre aux concepteurs decircuits intégrés de bénéficier d'un support de simulation des CNTFET, nécessaire à la mise en oeuvre de l'électronique de contrôle et de conditionnement des signaux. Nous détaillerons également ce qui constitue selon nous l'étape fondamentale précédant l'élaboration d'un modèle compact prédictif basé sur la physique, c'est à dire la compréhension topologique du réseau de nanotubes. Nous détaillerons alors différentes probabilités de contacts entre nanotubes. Nous présentons ensuite,l'élaboration de l'électronique permettant le contrôle des potentiels appliqués aux CNTFET et le conditionnement des signaux électriques. Ce conditionnement a pour objectif d'acheminer les réponses électriques du capteur vers des architectures de traitement de données utilisées pour la détection des différents gaz cibles. L'électronique intégrée en technologie CMOS HV (haute tension) est alimentée par pile basse tension. Des pompes de charge, élévateurs de tension, générant ces hautes tensions ont été étudiées, modélisées et réalisées. Nous proposons également dans ce manuscrit une nouvelle architecture de pompe de charge qui constitue, dans certaines plages d'utilisation, une alternative intéressante aux pompes de charge les plus performantes utilisées jusqu'à présent. / For the last few years, improvised peroxide based explosives are frequently used in acts of terrorism. Their simple design does not make them less threatening than those based on TNT because they are equally as powerful as those based on TNT (trinitrotoluene). In view of the major issues of the overall safety and, in particular, the citizens' protection, it becomes necessary to enjoy reliable detection instruments. Such is the background of this PhD work which aims to develop a built-in sensor,sensitive and selective to traces of explosives, especially those based on peroxide. This electronic nose is made up of a network of carbon nanotube field-effect transistors (CNTFET), and data processing hardware. After a brief introduction relating to CNTFETs for gaseous detection, we will provide the basis for the elaboration of an electronic modeling of the sensor. This modeling aims, at the end, to allow designers of integrated circuits to benefit from a simulation support of CNTFETs, required to the implementation of control and signal conditioning electronics. We will also detail what are the fundamental steps mandatory before the development of a predictive compact model based on physics, which means the topological understanding of the nanotubes network. Then, we will describe different probabilities of contacts between nanotubes. Later, we will introduce the elaboration of the electronics allowing the control of the voltages applied to the CNTFETs and the electrical signals conditioning. The objective of this conditioning is to carry electrical responses from the sensor to data processing architectures used for the detection of the different target gasses. High Voltage CMOS integrated electronics are powered by low-voltage batteries. Charge pumps and voltage boosters which generate these high voltages, have been investigated, modeled and carried out. We also provide in this dissertation a new charge pump architecture which offers, in some ranges of application, an interesting alternative to the most efficient charge pumps used until now.

Les techniques d'évaluation de la composition tissulaire permettent de mieux comprendre les processus physiologiques et leur impact global sur l'état biologique des sujets expérimentaux. Le travail présenté dans ce manuscrit vise à concevoir un système de mesure intégré de spectroscopie de bioimpédance capable de mesurer un large champ de biomarqueurs sur de longues périodes (jusqu'à un an). Le système de mesure présenté peut être utilisé pour des applications de suivi à long terme de variables physiologiques en général. Néanmoins, les solutions présentées visent en particulier le poisson dans le cadre du projet POPSTAR qui vise à améliorer notre compréhension du comportement des poissons en analysant non seulement l’environnement dans lequel les poissons se déplacent et vivent mais aussi les poissons eux-mêmes. Après avoir identifié les défis de conception d'un système de mesure intégré par spectroscopie de bioimpédance, nous avons proposé une nouvelle architecture hybride permettant une spectroscopie rapide tout en maximisant la précision des mesures. Les blocs de génération du signal d'excitation sont critiques car leurs performances affectent l'ensemble des performances de l'architecture. La deuxième partie de cette recherche porte donc sur la conception et l’optimisation de la partie génération de l’architecture. En effet, nous avons amélioré la qualité des signaux de génération de stimuli pour les excitations mono-fréquentielle et multi-fréquentielle tout en proposant pour cela des implémentations sur puce de basse complexité. Dans la dernière partie de notre travail, la source de courant analogique qui transforme les stimuli en un courant d'excitation est discuté. Pour ce bloc, nous avons proposé une nouvelle topologie analogique utilisant un version améliorée du cascode régulé et une compensation de rétroaction du mode commun indépendante des variations du processus. Le premier prototype de puce intégrée embarquant les blocs critiques de l'architecture de mesure de bioimpédance a été conçu et simulé avec un process CMOS 0.18 µm de AMS fonctionnant sous une tension d'alimentation de 1.8 V. / Tissue composition assessment techniques are used to help better comprehend physiological processes and their overall impact on the biological state of the experiments subjects. The research presented in this manuscript aims to design a bioimpedance spectroscopy integrated measurement system capable of measuring a wide range of biomarkers over long periods of time (up to one year). The presented measurement system can be used for physiological variables long time monitoring applications in general. Nevertheless, the presented solutions target in particular fish species in the context of the POPSTAR project which aims to enhance our understanding of fish behavior by analyzing not only the environment in which fish travel and live but also the fish themselves. After identifying the design challenges of a bioimpedance spectroscopy integrated measurement system, we have proposed a novel hybrid architecture providing fast bioimpedance spectroscopy while maximizing the measurement precision. As the signal generation blocks are critical and their performances affect the whole architecture performances. The second part of this research focuses on the design and optimization of the signal generation part of the architecture. Indeed, we have enhanced the stimuli generation signals quality for single tone and multitone excitations while proposing for this blocks low complexity on-chip implementations. In the last part of our work the current driver that transforms the voltage stimuli into an excitation current is discussed. A novel analog topology using an improved regulated cascode and a common-mode feedback compensation independent of process variations is presented. The first chip prototype implementing the critical blocks of the bioimpedance integrated measurement architecture has been designed and simulated in a 0.18 µm AMS (Austria MicroSystems) CMOS process operating at 1.8 V power supply.