Le test industriel des Convertisseurs Analogique-Numérique (CAN) consiste à évaluer les paramètres fonctionnels du composant testé afin de les comparer aux limites de tolérance fixées par le cahier des charges. On distingue ainsi les circuits sains des circuits défectueux. Les paramètres caractéristiques d'un CAN sont de deux types : statiques et dynamiques. Chaque type de paramètre nécessite une procédure de test dédiée (en général une analyse statistique et une analyse spectrale respectivement), si bien que le coût du test devient prépondérant dans le prix de revient des CAN, et plus généralement des circuits mixtes analogiques et numériques. Ainsi, réduire le coût du test des CAN est un point critique dans le contexte du test des circuits mixtes. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité d'une procédure de test uniquement basée sur l'analyse spectrale, permettant de tester l'ensemble des performances d'un CAN. A cette fin, nous avons fait une investigation des corrélations qui existent entre les paramètres statiques et dynamiques. L'étude repose sur la simulation d'un modèle d'environnement de test des CAN. Tout d'abord, nous montrons que l'influence de chaque erreur statique sur les paramètres dynamiques est suffisamment significative pour envisager de détecter les erreurs statiques rédhibitoires à travers la mesure des performances dynamiques. Ensuite, nous évaluons l'efficacité statistique de détection des circuits défectueux pour plusieurs flots de test alternatifs reposant seulement sur l'analyse spectrale. Nous avons enfin développé un outil qui permet d'adapter l'évaluation de l'efficacité statistique de chaque flot à un contexte de test réel.

Le travail présenté dans cette thèse est centré sur l'étude du bruit hyperfréquence lorsque les composants et circuits actifs sont soumis à de forts signaux. Ceci peut être le cas des amplificateurs faible bruit utilisés dans les récepteurs large bande qui seront désensibilisés. Les mélangeurs et les oscillateurs sont aussi à considérer. La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation d'un modèle comportemental permettant de prévoir notamment l'interaction entre un signal sinusoïdal et un bruit blanc. Le modèle théorique est confronté avec des mesures effectuées pour différentes conditions de fonctionnement et l'accord obtenu est satisfaisant. Plusieurs amplificateurs sont ainsi comparés et le modèle comportemental est utilisé pour étudier leur bruit propre. La seconde partie aborde les techniques de mesure développées au cours de nos travaux pour mesurer le facteur de bruit et les paramètres de bruit de dispositifs micro-ondes en présence d'un fort signal. Nous proposons ensuite une méthode originale permettant de déterminer les quatre paramètres de bruit de transistors et d'amplificateurs fonctionnant en régime non-linéaire. Les résultats obtenus sont comparés de manière indirecte avec des mesures de bruit de phase résiduel. La dernière partie concerne la conception d'amplificateurs faible bruit en régime de fonctionnement non-linéaire. Différents transistors bipolaires sur silicium ont ainsi été caractérisés et un facteur de mérite a été trouvé de manière à choisir le meilleur composant en terme de facteur de bruit et de linéarité. Finalement les résultats de simulation démontrent l'intérêt de concevoir des circuits faible bruit qui fonctionnent en régime fortement non-linéaire.

Les composants optoélectroniques sont de plus en plus utilisés dans les systèmes micro-ondes. Les liaisons par fibres optiques, permettent par exemple une réduction significative de la taille et de la masse des systèmes de distribution de signaux à bord des systèmes embarqués (avion, satellite, radar,&). Cependant, les performances de ces systèmes dépendent des performances des dispositifs utilisés pour les conversions électrique/optique et optique/électrique, de la technique de modulation optique choisie, des amplificateurs micro-ondes utilisés, de la qualité de la fibre optique et, finalement, de la topologie choisie pour réaliser le système entier. Ceci explique l'importance de développer une approche de modélisation efficace pour ces systèmes. Cette thèse nous a permis de développer une telle approche basée sur un logiciel de simulation de circuits hyperfréquences, comprenant différentes méthodes d'analyse des systèmes non-linéaires (dont la balance harmonique) et du bruit dans ces systèmes (conversion de bruit entre les harmoniques). L'originalité de ce travail consiste en l'utilisation de ce logiciel pour simuler des composants optoélectroniques, qui sont décrits par des équivalents électriques ou mathématiques. Grâce à cette étude, nous avons pu modéliser dans un premier temps une liaison optique utilisant un modulateur de Mach-Zehnder et incluant les différentes composantes de bruit du système. Un modèle est également proposé pour un discriminateur de fréquence micro-ondes à ligne à retard optique et enfin pour un discriminateur de fréquence optique. Sur la base de cette étude, un discriminateur de fréquence micro-onde utilisant une ligne à retard optique de plusieurs kilomètres a été conçu et réalisé. Ce système présente des performances en bruit de phase à l'état de l'art.

Nous avons étudié à température ambiante le retournement de l'aimantation par microscopie magnéto-optique Kerr longitudinale de trois couches minces La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO) déposées sur des substrats SrTiO3 vicinaux et non vicinaux. Ce matériau ferromagnétique à température ambiante présente un intérêt pour la réalisation des dispositifs magnétorésistifs non refroidis. Avant de concevoir un capteur magnétorésistif, il est indispensable de comprendre le comportement magnétique du matériau qui le constitue. Nous avons observé trois types de retournement de l'aimantation (retournement par nucléation et propagation de parois, retournement cohérent, ou mélange des ces deux types). Nous avons montré l'effet de plusieurs paramètres (orientation du champ magnétique par rapport aux marches et au courant électrique, taille du motif et épaisseur de la couche). Une dépendance temporelle du retournement de l'aimantation a été également remarquée. La magnétorésistance à très faible champ magnétique est influencée par la présence ou l'absence de parois de domaine et par l'orientation du champ par rapport au courant et marches. La mesure des différentes sensibilités magnétiques conduit à une sensibilité de 1000 %/T dans l'échantillon vicinal de petite épaisseur, ce qui est dix fois plus que dans une couche non vicinale, tout en conservant le même niveau de bruit à basse fréquence. Ces résultats ouvrent donc des perspectives intéressantes en termes d'applications.

Malgré la présence d'appareils très performants tels que les microscopes électroniques et en champ proche, les capacités à mesurer des dimensions nanométriques avec des incertitudes de quelques nanomètres constitue un véritable verrou technologique pour la fabrication en grand volume de composants de taille millimétrique mais aux caractéristiques nanométriques. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont pour but de contrôler avec des performances nanométriques, sur une plage de quelques millimètres, le positionnement d'un porte-échantillon, essentiellement dédié à la microscopie. Le système comprend des platines de déplacement mécanique, une mesure par interférométrie, une électronique haute-fréquence et des lois de commandes pour l'asservissement. Le système de déplacement est constitué de deux étages ; le premier est une platine de translation qui permet de faire des " longues distances ", et le second est un actionneur piézoélectrique qui permet de corriger les défauts du premier. Le système ainsi réalisé permet des déplacements dans les deux directions du plan X-Y avec des résolutions et des répétabilités de l'ordre du nanomètre. Ce dispositif a été intégré à un microscope à force atomique et à un microscope optique en champ proche dans le but de réaliser des images de tailles millimétriques et en même temps hautement résolues. Des images de topographie et des images optiques en champ proche de tailles supérieures à 1 mm de long viennent démontrer les performances du système.

Actuellement, les applications sans fils connaissent une croissance importante. La multiplication de leurs standards (LTE, 3G, Wifi, Bluetooth, GPS) incite les chercheurs à réduire d'avantage l'encombrement, la consommation d'énergie et les coûts. Notre travail présente une exploration théorique et expérimentale des techniques qui permettent d'atteindre cet objectif : les métamatériaux permettent la miniaturisation des circuits et les MEMS RF ou les matériaux ferroélectriques permettent leur accordabilité en fréquence. Après un rappel théorique des métamatériaux, nous avons étudié expérimentalement des structures planaires en PCB pour mettre en évidence les propriétés du diagramme de dispersion. Nous avons ensuite conçu un filtre passe-bande destiné à une application spatiale, l'utilisation des métamatériaux a permis de réduire son encombrement d'environ 90% par rapport à un filtre classique à stub quart d'onde. En utilisant la technologie silicium, nous nous sommes ensuite intéressés à l'optimisation d'une cellule CRLH pour augmenter son degré de liberté en ajoutant un stub capacitif. Ce travail est complété par l'introduction des MEMS pour apporter une agilité à la structure. Les résultats expérimentaux ont permis d'exhiber une accordabilité d'environ 80%. Dans le même sens, le BST (matériau ferroélectrique) a été exploré, des circuits de test ont été réalisés pour extraire ses caractéristiques. Les travaux expérimentaux ont exhibé des accordabilités allant jusqu'à 67%. Cette étude a été complétée par la réalisation de structures métamatériaux accordables.

Le manuscrit de cette Habilitation à Diriger des Recherches reprend quelques thèmes de mon parcours de recherche depuis 10 ans, et que l'on peut résumer ainsi. De la conception radio classique pendant ma thèse (à base d'ASIC) j'ai vécu la transition vers la conception radio logicielle (dans un laboratoire de recherche d'un grand groupe industriel) et enfin j'étends désormais en parallèle mes travaux vers la conception radio intelligente (dans un laboratoire de recherche académique). Cinq travaux sont repris dans ce mémoire, portant sur la radio logicielle et la radio intelligente. Ils correspondent à cinq des thèses que j'ai encadrées. Ils portent tout d'abord sur la contribution à une approche de conception pragmatique pour la radio logicielle orientée composants. La radio logicielle en effet implique l'utilisation de ressources de traitements multiples et hétérogènes, générant ainsi des difficultés de conception non encore résolues dans leur ensemble par la communauté de l'architecture. L'un des principes repose sur l'indifférence qu'il doit y avoir entre traitements logiciels et matériels, quel que soit leur niveau de reconfigurabilité. Un effort de formalisation de la conception radio logicielle est proposé dans un deuxième temps, dans une approche orientée opérateurs communs. L'idée repose sur la description à différents niveaux de granularité des opérateurs de traitement du signal afin de bénéficier de la réutilisation de motifs de calcul. Le travail d'optimisation consiste à sélectionner le niveau de granularité adéquate suivant les besoins du concepteur. La gestion de reconfiguration, qui est un point central si ce n'est le point distinctif de la radio logicielle est le cœur du troisième travail présenté. Sa généralisation à la radio intelligente permet d'aboutir dans un quatrième cas d'étude à la proposition d'une architecture de gestion radio intelligente : HDCRAM. Une modélisation de cette architecture est proposée sous la forme d'un méta-modèle exécutable. Cela permet notamment de disposer d'un simulateur de scénarios du comportement de l'architecture de gestion d'une radio intelligente et de pouvoir la dimensionner pour chaque scénario. Enfin la dernière étude porte sur la définition du concept de bulle sensorielle radio intelligente qui porte particulièrement sur l'ensemble des capteurs d'un équipement de radio intelligente. Les perspectives de ces travaux sont notamment d'étudier le troisième et dernier élément du cercle cognitif simplifié (après la reconfiguration et les capteurs) qu'est la prise de décision.

Les applications embarquées actuelles imposent des contraintes de plus en plus sévères. La puissance sans cesse croissante de calcul et de communication implique l'utilisation d'architectures multiprocesseurs, la portabilité implique des architectures monopuces et la faible consommation et faible coût impliquent des architectures dédiées. Ajouté à cela, les méthodes de conception évoluent moins vite que les possibilités technologiques d'intégration. Ainsi, une approche systématique partant d'un niveau d'abstraction plus élevé que le RTL est nécessaire pour réduire le temps de mise sur le marché et maîtriser la complexité.<br />Le sujet de cette thèse porte sur la mise en œuvre d'une nouvelle approche de conception systématique d'architectures multiprocesseurs monopuces dédiées à des application spécifiques. <br />Ainsi, un modèle architectural multiprocesseur générique est proposé. Ce modèle est modulaire, flexible et extensible, permettant de couvrir un large domaine d'applications. Les composants de traitement sont dissociés du réseau de communication via des interfaces génériques de communication jouant le rôle de coprocesseurs. <br />Un flot de conception complet est constitué de deux étapes principales. La première étape est l'étape d'exploration d'architecture. Concernant cette étape, une méthode d'estimation de performance au niveau système est proposée. Cette méthode permet une exploration rapide de l'espace de solutions architecturales pour trouver l'architecture système optimale pour l'application à concevoir. Le but de cette étape est de fixer les paramètres architecturaux (optimaux) dédiés à l'application. Ces paramètres sont utilisés dans la seconde étape –qui est l'étape d'implémentation– pour produire l'architecture RTL. Cette étape comporte trois types d'actions : la conception des composants logiciels, la conception des composants matériels et la conception du réseau de communication permettant d'intégrer les composants de base. Cette étape est réalisée de façon systématique basée sur l'instanciation et la configuration de composants dans une bibliothèque.<br />L'approche proposée permet de réduire significativement le temps de mise sur le marché de systèmes multiprocesseurs monopuces complexes. Plusieurs applications industrielles ont été réalisées pour valider et évaluer les performances de cette approche.

Les variabilités du processus de fabrication des technologies avancées (typ. < 32nm) sont de plus en plus difficile à maîtriser. Elles impactent plus sévèrement la fréquence de fonctionnement et la consommation d'énergie, et induisent de plus en plus de défaillances dans le circuit. Ceci est particulièrement vrai pour les MPSoCs, où le nombre de coeurs de calculs est très important. Les besoins (performances, fonctionnalités, faible consommation, tolérance aux fautes) ne cessent de croître et les caractéristiques hétérogènes (fréquence, énergie, défaillances) rendent difficile la mise en oeuvre de systèmes répondant à ces exigences. Ces travaux s'inscrivent dans l'optique de traiter ces problèmes pour des systèmes MPSoCs massivement parallèles, basés sur une topologie en maille 2D. Cette thèse propose une méthodologie automatisée qui permet le placement et l'ordonnancement d'applications dans les systèmes ciblés. Les aspects variabilité, consommation et performance sont pris en compte. D'autre part, cette thèse propose une technique de placement adaptatif tolérant aux fautes basée sur une stratégie de recouvrement des erreurs. Cette stratégie permet de garantir la terminaison de l'application en présence de défaillances, sans avoir recours à la prise de " check-points ". Cette technique est complété par des algorithmes adaptatifs distribués, prenant en compte la variabilité et la consommation d'énergie.

Un nouvel axe de recherche sur les réseaux de capteurs a été initié au LAAS par la réalisation de nouveaux capteurs sans fil passifs utilisant une transduction électromagnétique dans la détection de pression et de gaz. Ces capteurs fortement intégrés ne nécessitent aucune alimentation embarquée et leur fréquence de fonctionnement se situe dans la bande de fréquence Ka (26 à 40 GHz). Cette thèse s'inscrit donc dans la conception et la réalisation d'un lecteur adapté à l'interrogation à distance de capteurs à transduction électromagnétique. Son principe de fonctionnement est basé sur une technologie radar de type FMCW. L'avantage principal de la lecture radar des données issues de ce type de capteurs passifs réside dans la possibilité d'avoir des portées de plusieurs dizaines de mètres, bien supérieures à celles classiquement obtenues dans les technologies SAW ou RFID. Dans une première étape est présenté le principe de fonctionnement du lecteur radar et la réalisation de deux prototypes centrés sur les fréquences de 3GHz et 30GHz. Une étude du spectre de la sortie radar, appelé signal de battement radar, est abordée afin de montrer comment les positions et les mesures des capteurs sont lues à distance par ce type de lecteur. Par la suite, un travail d'analyse de la communication sans fil permet de déterminer les paramètres de rétrodiffusion électromagnétique à prendre en compte, tels que les impédances et les fréquences de fonctionnement des capteurs. Ces paramètres sont la base d'une optimisation du système global en termes de sensibilité, de portée radar et des niveaux minimaux de Surface Equivalente Radar (SER) des cibles interrogées. La validation de cette analyse se borne à la mesure de la portée maximale associée à ce type de lecteur et aux différentes mesures de SER de plusieurs types de capteurs dans les bandes de fréquence de 3GHz et 30GHz. Deux principes d'identification de cellules passives sont ensuite présentés. Le premier est basé s ur l'utilisation des deux modes de rétrodiffusion de la SER d'un capteur (mode de structure et mode d'antenne) favorisant dans le même temps l'identification sur un mode et la mesure de la grandeur physique sur l'autre, a distance du lecteur. Le deuxième principe utilise le spectre d'un diffuseur multi-bande dont sa SER reconfigurable permet d'associer l'identification de chaque capteur dans un réseau, à la manière d'un code barre. En conclusion, les résultats obtenus dans cette étude valident le principe d'interrogation à longue distance de réseau de capteurs passifs et ouvrent de nouvelles perspectives sur la conception de nouvelles cellules de mesures pour de nouvelles applications dans les secteurs de l'aéronautique, du nucléaire, et de l'environnement.