Le développement de la radiocommunication sans fil et notamment, son explosion sur le marché grand public, a été rendu possible grâce au progrès du secteur de la microélectronique. En effet, l’intégration toujours croissante de fonctions au sein d’une même puce a permis le développement de ces nouvelles technologies basses consommations et à un moindre coût. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre de ces deux caractéristiques (faible coût et faible consommation). Nous avons donc développé deux solutions innovantes d’architectures radiofréquences : « half-complex » et « full-complex » en technologie CMOS. En effet, cette technologie représente la meilleure alternative car elle permet l’implémentation de fonctions RF analogique et numérique sur une même puce réduisant ainsi le coût du système. / Le développement de la radiocommunication sans fil et notamment, son explosion sur le marché grand public, a été rendu possible grâce au progrès du secteur de la microélectronique. En effet, l’intégration toujours croissante de fonctions au sein d’une même puce a permis le développement de ces nouvelles technologies basses consommations et à un moindre coût. Les travaux de recherche présentés dans ce manuscrit s’inscrivent dans le cadre de ces deux caractéristiques (faible coût et faible consommation). Nous avons donc développé deux solutions innovantes d’architectures radiofréquences : « half-complex » et « full-complex » en technologie CMOS. En effet, cette technologie représente la meilleure alternative car elle permet l’implémentation de fonctions RF analogique et numérique sur une même puce réduisant ainsi le coût du système.

Les interférences dues à la réseaux d'énergie électrique (50 ou 60 Hz), pendant les mesures de biopotentiels est un problème très commun qui doit être bien tracté, pour permettre l'obtention des résultas en haute qualité. De cette façon les médecin peuvent fournir des diagnostiques plus exact sur le comportement d'une fonction physiologique ou pathologique. Dans les cas où ces signaux sont interprétés à l'aide des systèmes numériques (ordinateurs), c'est très important que les interférences dues à la réseaux électrique soient minimisées pour permettre que points critiques de la forme du signal soient déterminés avec une bonne exactitude. Les circuits mixtes reconfigurables pour des mesures, permettent une nouvelle configuration après la fabrication, de manière qu'ils puissent servir à une application donnée. De cette façon, ces circuits sont convenables pour des applications où ses spécifications doivent changer en accord les capteurs utilisés, e les caractéristiques des signaux sur la mesure. Dans cette thèse un circuit mixte reconfigurable est proposé, pour être utilisé dans des systèmes de mesures des biopotentiels, en particulier électrocardiogramme (ECG), électroencéphalogramme (EEG), électromyogramme (EMG) et électroculogramme (EOG). Le circuit incorpore un bloc qui effectue de forme dynamique la compensation du déséquilibre des impédances des électrodes, de manière à minimiser l'interférence de mode commun, due au couplage entre patient et réseau électrique.

Afin d'étudier le fonctionnement des organes, les chercheurs utilisent l'imagerie médicale pour faire des observations d'une façon non invasive. Parmi les techniques d'imagerie les plus utilisées, on cite la tomographie d'émission par positrons (TEP) qui permet d'obtenir des informations fonctionnelles et métaboliques et la tomodensitométrie (TDM) qui fournit des informations sur l'anatomie. Le LabPET II est un scanner bimodal combinant les techniques TEP et TDM. Il est développé par le Centre d'Imagerie Moléculaire de Sherbrooke (CIMS) et le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS), et dispose de plusieurs fonctionnalités innovantes qui le rendent unique dans sa résolution spatiale et sa qualité d'image. Il est également le premier scanner à intégrer totalement les modes TEP et TDM sur les mêmes détecteurs et dans un même système électronique. Ceci se fait grâce à un module détecteur composé d'une matrice de 64 cristaux scintillateurs couplés à 64 photodiodes à avalanche. L'acquisition des signaux se fait par un circuit intégré dédié composé de 64 canaux d'acquisition analogiques et d'un processeur numérique pour le traitement des données. Les travaux de ce projet ont pour but de réviser le circuit intégré à application spécifique (ASIC) incluant la chaîne d'acquisition et de stabiliser son fonctionnement, afin d'améliorer les performances du scanner dans les deux modes TEP et TDM. Ceci a été effectué à travers la conception de nouveaux circuits analogiques et la modification des circuits actuels. Des interventions ont été faites sur différents composants de l'ASIC. Au niveau du canal analogique, des modifications ont été apportées sur les sous-circuits, d'une part pour améliorer le taux de réjection de l'alimentation et ainsi baisser le niveau de bruit, et d'autre part pour augmenter les marges de stabilité et éliminer le risque d'oscillation à gain élevé. Au niveau des circuits auxiliaires de l'ASIC, le circuit de transmission différetielle basse-tension (LVDS) a été révisé pour corriger des défaillances constatées sur les versions précédentes et de nouvelles références de tension ont été conçues pour remplacer les sources précédentes qui souffraient d'instabilités face aux variations de la température et des paramètres du processus de fabrication. Ces travaux ont d'abord été validés par une série de simulations, puis un premier circuit intégré comportant une partie des modifications a été fabriqué avec la technologie CMOS 0,18 µm de la Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Ceci a permis de valider un premier lot de révisions et de faire des tests poussés avant de procéder à la mise à jour finale de l'ASIC. Une fois fonctionnel, ce circuit pourra fonctionner d'une façon stable dans les deux modes d'imagerie TEP et TDM et permettra ainsi de réaliser un premier prototype d'un scanner bimodal totalement intégré.

La détection radar passive met à profit des émetteurs non-coopératifs, déjà présents dans l’environnement, qui transmettent des signaux de télécommunications, de type DVB-T dans l’étude présentée.Elle utilise les réflexions de ces signaux sur de potentielles cibles et les exploite comme échos radar au niveau d’un récepteur aéroporté.Ces nouveaux systèmes de détection, par nature discrets et économes en énergie et en allocation de fréquences, étendent la surveillance à la basse altitude.Si les différentes étapes des traitements classiques utilisés en radar passif terrestre (estimation du signal de référence, réjection, filtrage adapté, détection)demandent d’être réorientées sérieusement pour répondre aux contraintes liées à la réception aéroportée,il en va de même du récepteur qui doit satisfaire les exigences matérielles de la plateforme aérienne.Dans ce but, un système expérimental embarqué sur motoplanneur a été développé permettant d’acquérir des signaux réels indispensablesà la compréhension de l’impact de la propagation des signaux DVB-T.La méthode d’estimation du signal de référence proposée permet d’une part, de lutter contre les fluctuations du canal de propagation induites par les multi-trajetsen exploitant la diversité d’antenne et d’autre part, de prendre en compte les variations temporelles en s’appuyant sur la méthode BEM (Basis Expension Model).Ensuite, une analyse théorique sur la répartition du fouillis de sol est apportée.L’exploitation des signaux expérimentaux permet de la valider par une analyse dans le plan distance-Doppler et angle-Doppler.Une projection cartésienne permet de mettre en évidence des échos forts confrontés avec la vérité terrain.L’estimation du signal de référence et la connaissance de l’étalement du fouillis de sol sont les piliers fondamentaux de la détection car ces composantes représentent deux contributions à rejeter.Pour le signal de référence, une méthode classique de réjection où les coefficients du filtre sont estimés au sens des moindres carrés est mise en oeuvre.Un filtrage spatial orthogonal à la direction d’arrivée du signal de référence est ajouté afin de diminuer l’impact du bruit émis.Le large étalement en Doppler et en distance nous a conduit à rejeter le fouillis sur des périodes de corrélation plus courtes.Les travaux présentés apportent une compréhension fine de l’impact de la propagation sur les traitements de détection en radar passif aéroporté et offrent des perspectives engageantesquant à la détection de cibles de moyennes à grandes Surfaces Equivalentes Radar. / Passive radar detection benefits from non-cooperative telecommunication broadcasters, already existing in the environment, such as DVB-T broadcasters.It uses signal reflections over potential targets. An airborne receiver takes advantage of it as radar echoes.This new kind a detection system is discrete, has low energy consumption, uses already allocated frequencies and broaden radar detection to low altitudes.Due to airborne constraints, the standard signal processing steps, as the receiving system need to be adjusted.Indeed a dedicated radar has been developped in order to get experimental signal, and therefore help deepen the understanding of propagation phenomenon.The proposed reference signal estimation allows to face channel multipath induced fluctuations on the one hand, and to take into account channel time variationsthanks to Basis Expansion Model (BEM) modeling. A theoretical analysis of the clutter spread is then drawn.Experimental results confirm the expectation in the range-Doppler and angle-Doppler domain.Besides a clutter cartesian projection highlights the major reflectors, that may be confronted to the terrain truth.Reference signal estimation and clutter spread constitute two radar detection pilars, as these components have to be cancelled.So as to reject direct path, space filtering orthogonal to the direct direction is also performed to suppress the impact of the transmitted noise.Then reference signal is cancelled via a standard rejection method based on least-square filter coefficients estimation.The large Doppler and range clutter spread, lead us to reject the reference signal over shorter correlation periods.The present work gives an accurate comprehension of propagation mechanisms impact on airborne passive radar signal processing andprovides a promising perspective regarding intermediate radar cross section target detection.

Le cadre de ces recherches est celui des radars bistatiques. Leurs avantages sont nombreux. Citons notamment, dans le domaine opérationnel : * exploitation potentielle de cibles de faibles niveaux de signature radar en monostatique, * amélioration de la couverture basse et très base altitude, * accroissement de la complexité des techniques de furtivité face à un tel radar, * discrétion (faible probabilité d'interception et d'exploitation), dans le domaine de l'emploi : * disparition des contraintes d'emploi d'un système rayonnant (dommages dus aux rayonnements sur le personnel, les armées et munitions, rayonnements non essentiels et compatibilité électromagnétique), * inutilité d'une allocation de fréquences, Enfin, dans le domaine du développement et du maintien en condition opérationnelle, une focalisation des coûts sur la partie réceptrice. Les méthodes de traitement spatio-temporel présentées sont génériques et peuvent est appliquées à toutes les formes d'onde. Le cas des émetteurs non coopératifs de télévision numérique terrestre est plus particulièrement étudié. Les propriétés radar de ce type d'émetteurs conduisent en effet à des capacités de détection accrues comparativement à d'autres types d'émetteurs de radiodiffusion (télephonie mobile, radio FM, radio numérique). L'étude de données réelles obtenues à partir d'un récepteur fixe (cible aérienne et marine) a non seulement conduit à développer une méthode spécifique de réjection du fouillis de sol et de localisation de cibles mais a également: * fourni de précieux renseignements sur la nature des environnements pouvant être rencontrés, * nourri la réflexion sur la façon d'adapter les traitements spatio-temporels adaptatifs à la nature particulière des signaux. Les éléments suivants sont présentés : * dans le cas d'un récepteur fixe: * développement, pour des formes d'onde quelconques, et validation sur signaux réels de type Digital Video Broadcasting Terrestrial (DVB-T), d'une méthode de réjection de fouillis et de localisation de cibles mobiles, * étude des propriétés statistiques de fouillis de sol, * dans le cas d'un récepteur mobile: * adaptation de méthodes spatio-temporelles de réjection de fouillis et comparaison de leurs performances respectives, * adaptation et généralisation au cas des cibles multiples et des antennes lacunaires de l'association d'une méthode de réjection en dimension réduite, la méthode Joint Domain Localized (JDL) et d'une méthode non-statistique focalisée sur la seule case distance- Doppler sous test, la méthode Direct Data Domain (D3), * développement d'une nouvelle méthode de réjection itérative du fouillis à partir des méthodes d'estimation spectrale.

Ce travail de thèse a été réalisé grâce à une collaboration entre le laboratoire IMS (Université Bordeaux 1, CNRS) et la société STANTUM dans le cadre d’une bourse CIFRE.La thématique étudiée se positionne dans le domaine en pleine expansion des interfaces tactiles intégrées dans les écrans. La mise en production ces dernières années des systèmes multi-touches a permis l’arrivée sur le marché grand public de nombreux dispositifs tels que les GPS, les Smartphones ou encore les tablettes. Malgré tout, de nombreux problèmes sont encore à résoudre, en particulier la possibilité d’avoir une écriture naturelle via un stylet, en posant la main sur la tablette comme sur une feuille de papier. Après un rappel sur l’historique et sur l’intérêt des dalles tactiles comme interface homme/machine, le premier chapitre présente les principales technologies actuelles et la technologie iVSM développée par STANTUM. La structure des dalles tactiles et les différentes étapes de fabrication de ces dernières sont abordées dans le deuxième chapitre. Nous avons ensuite développé un modèle théorique permettant de décrire le fonctionnement et les limitations de la technologie. Ces dernières peuvent survenir lorsque l’utilisateur écrit sur la dalle tactile et peuvent empêcher, dans certaines configurations, une bonne reconnaissance d’écriture. Deux approches sont proposées dans le quatrième chapitre pour corriger ces phénomènes inhérents : la couche résistive et les diodes intercalées. Le dernier chapitre est dévolu à la partie expérimentale. Tout d’abord, les différentes approches dédiées à la réalisation d’une couche résistive, que ce soit par enduction par sol-gel ou encore par pulvérisation cathodique, sont présentées. Pour la caractérisation des dalles tactiles, nous avons mis en place des facteurs de qualité permettant de juger efficacement de l’amélioration des performances et avons également pris en compte les paramètres de dureté, d’adhésion et surtout d’état de surface des couches intermédiaires. La seconde partie de ce chapitre se focalise sur la réalisation des diodes par les approches couches minces (jonction tunnel par PVD, diode organique et jonction PN en silicium amorphe). / This work comes from close collaboration between IMS laboratory (University of Bordeaux 1, CNRS) and STANTUM. This thesis is focused on tactile interface integrated on display. Recently multitouch systems became compatible for consumer electronic market which led to incoming devices such as GPS, Smartphones and tablet PC. However troubles still remained. Performing the discrimination between finger, palm and stylus was still an insuperable technology step to provide natural handwriting input on a display. After reminding a brief historic and the interest as human to machine interface, the first chapter presents the dominating touch screen technologies at the moment and the iVSM STANTUM technology. Touch screen structure and fabrication processes are approached, including industrial step as laser patterning or stencil printing. Then a theoretical model is detailed to explain the iVSM scanning engine and the inherent phenomena. These latter can occur when user is writing on the display with stylus in certain configurations. Two approaches are discussed in the third chapter in order to cut off or at least decrease those phenomena amplitude: the resistive layer and the embedded matrix diodes. The last chapter is dedicated to experimental results. Firstly, several processes, as doctor-blade and physical vapor deposition, are explained. Characterization is performed in using quality factors, to specifically evaluate inherent phenomena decreasing. Hardness, roughness and surface morphology are also discussed in this chapter. The second part is focused on embedded matrix diodes using thin film technologies (tunnel junction, organic diode and a-Si PN junction).

Les travaux décrits dans cette thèse portent sur la mesure de courant à partir de mesure de champ magnétique sans canalisation de flux. Une nouvelle structure de capteur de courant basée sur une mesure différentielle du champ magnétique a été réalisée. Elle consiste à disposer un seul capteur magnétique différentiel linéaire du type fluxgate au-dessus des sections d'un conducteur en forme U traversé par le courant à mesurer. Utilisant cette structure, nous avons pu améliorer la précision et assurer une bonne réjection des perturbations magnétiques extérieures. Cette structure a été étudiée théoriquement et validée expérimentalement. Les impacts de divers facteurs de réalisation ont été étudiés à l'aide de calculs analytiques, des simulations par éléments finis et des mesures. L'intégration de cette nouvelle structure faciliterait la dissémination de capteurs de courant.

Ce travail de thèse entre dans le cadre de projets nationaux et internationaux de radioastronomie d'une manière générale et en particulier dans celui de SKA (Square Kilometre Array). La conception de circuits intégrés d’applications spécifiques devient de plus en plus importante dans ce domaine. La première étape de ce travail consiste à une étude bibliographique sur les inductances actives intégrées et leurs principales applications dédiées à la radioastronomie. Cette étude a permis de faire un état de l'art. Cet état de l'art a fait ressortir que l'intégration de certaines fonctions s'avère particulièrement difficile voire impossible dès lors que l'utilisation d'une inductance est nécessaire. Ceci est essentiellement dû à la taille importante des inductances. Parmi ces fonctions, nous avons le filtrage, certains types de transceivers, le temps de retard, etc. Or ces fonctions sont très importantes dans une architecture de radiofréquence propre aux réseaux d'antennes phasées. Ce travail de thèse est donc consacré à l'étude et la conception de ces différentes fonctions à l'aide des inductances actives basées sur des topologies à gyrateurs en technologie SiGeC 0,25 μm afin de palier aux problèmes d'intégration. Une des finalités de cette thèse est aussi de montrer que la consommation de ce procédé d'intégration n’est pas si excessive pour ces applications, par rapport à l’utilisation d’inductances localisées intégrées occupant une surface importante sur le substrat. Ce dernier point sera un résultat très important pour les projets où la très haute intégration à bas coût est nécessaire, point clé de réussite des réseaux phasés denses du projet international SKA. / This thesis work is part of national and international projects of radio-astronomy in general and in particular that of the SKA (Square Kilometre Array). The design of integrated circuits for specific applications is becoming increasingly important in this field. The first step in this work is a bibliography study on integrated active reactors and their main applications dedicated to radio astronomy. This study allowed making a state of the art. This state of the art has highlighted that the integration of some functions is made especially difficult by the need to use an inductor. This is mainly due to the large size of passive inductors. These functions include the filtering function, some transceivers types, the time delay, etc. But, they are very important in radio-frequency architecture owing to phased array antennas. This thesis propose the study and design of these different functions using active inductors based on gyrators topologies in SiGeC 0.25 μm technology in order to overcome the integration problems. One of the aims of this thesis is to show that the consumption of this integration process is not so excessive for these applications, compared to the use of integrated located inductors occupying a large area on the substrate. This last point is a very important result for projects where high integration at low cost is necessary, key point of the success of dense phased array in the SKA international project.

L'expérience AMS-02 est un détecteur de particules installé sur la station spatiale internationale (ISS) depuis mai 2011, date à partir de laquelle il mesure les caractéristiques des rayons cosmiques afin d'apporter des réponses aux problématiques soulevées par la physique des astroparticules depuis quelques décennies, en particulier l'étude indirecte de la matière sombre et la recherche d'antimatière. Les aspects phénoménologiques de la physique des rayons cosmiques sont revus dans la première partie. Une deuxième décrit les performances en vol des différents sous-détecteurs d'AMS-02, en particulier du calorimètre électromagnétique. Il est montré, en utilisant les particules au minimum d'ionisation (MIPs), qui constituent l'essentiel du rayonnement cosmique, que le calorimètre fonctionne comme prévu, et que l'on retrouve les mêmes performances qu'au sol. Cette étude est utilisée pour suivre au cours du temps l'évolution des performances du détecteur. Elle permet également de développer un estimateur de charge pour les noyaux utilisant le calorimètre. Une troisième et dernière partie s'attache enfin à déterminer le rapport positronique. La principale difficulté de cette mesure est d'identifier les positons en rejetant les protons grâce aux caractéristiques des gerbes dans la calorimètre. Après avoir défini des variables pertinentes pour cette séparation, nous construisons un estimateur via une analyse multivariée, en nous appuyant sur des simulations Monte-Carlo d'électrons pour les plus hautes énergies. Au-delà de 100 GeV, nous obtenons un taux de réjection de l'ordre de 10 000 pour 90% d'efficacité. Après avoir estimé la confusion de charge, cet estimateur nous permet finalement, de déterminer le rapport positronique pour les données acquises pendant les 18 premiers mois et pour des énergies allant de 1.5 à 350 GeV. / The AMS-02 experiment is a particle detector installed on the International Space Station (ISS) since May 2011, which measures the characteristics of the cosmic rays to bring answers to the problematics risen by the astroparticle physics since a few decades, in particular the study of dark matter and the search of antimatter. The phenomenological aspects of the physics of cosmic rays are reviewed in a first part. A second one describes the in-flight performances of the different subdetectors of AMS-02, in particular the electromagnetic calorimeter. It is shown, using particles at the ionizing minimum (MIPs), accounting for the main part of cosmic rays, that the calorimeter works as expected, and we find the same performances as on ground. This study is used to follow in time the evolution of the detector performances. It also allows to develop a charge estimator for the nuclei using the calorimeter. A third and final part, deals with the determination of the positronic fraction. The main difficulty of this measurement is to identify the positrons by rejecting the protons thanks to the characteristics of the showers in the calorimeter. After having defined variables relevant for this separation, we build an estimator using a multivariate analysis and Monte-Carlo simulations of electrons for the higher energies. Above 100 GeV, we obtain a rejection factor of about 10 000 at a 90% efficiency. After having estimated the charge confusion, this estimator, finally, allows us to determine the positronic ratio for the first 18 months of data and energies ranging from 1.5 to 350 GeV.

Dans la problématique émergente des expériences visant à tester le Principe d'Équivalence à l'aide de capteurs inertiels à atomes froids, cette thèse porte sur la réalisation et la caractérisation d'un interféromètre atomique double espèce simultané (⁸⁷Rb et ⁸⁵Rb) qui permet l'obtention d'une mesure extrêmement sensible de l'accélération différentielle. L'interféromètre, de type Mach-Zehnder, repose sur la manipulation simultanée des ondes de matière atomiques à l'aide de transitions Raman stimulées. Le système laser est basé sur le doublage en fréquence d'une unique source laser à 1560 nm. L'ensemble des fréquences lasers requises pour la manipulation des deux isotopes (piégeage, refroidissement, sélection, interférométrie et détection) sont générées par modulation en phase de cette source. Une modélisation détaillée des réponses inertielles de l'interféromètre ainsi que l'analyse d'une méthode d'extraction de la phase différentielle à partir du signal elliptique ont été menées. La mesure de l'accélération différentielle a conduit à un test atomique du Principe d'Équivalence Faible de η(⁸⁷Rb,85Rb) = (1.3 ± 3.2) × 10⁻⁷, à l'état de l'art. L'aspect simultané de la mesure a permis de mettre en évidence la réjection du bruit de vibration par effet de mode commun pour la première fois avec deux espèces différentes, le facteur de réjection étant aujourd'hui de 50 000. Les performances actuelles de l'instrument sur la mesure d'accélération différentielle montrent une sensibilité de 1.23×10⁻⁷g/√Hz et une résolution de 2×10⁻⁹g pour des temps d'intégration inférieurs à quelques heures. Pour finir, des modes de fonctionnement innovants d'interféromètres atomiques double espèce pour la mesure d'accélération embarquée sont explorés. / In the emerging issue of testing the Equivalence Principle with cold atom inertial sensors, this thesis focuses on the realization and the characterization of a simultaneous dual-species atom interferometer (⁸⁷Rb & ⁸⁵Rb) which allows to measure the differential acceleration in an extremely sensitive way. The Mach-Zehnder type atom interferometer relies on the simultaneous handling of atomic wave-packets with stimulated Raman transitions. The laser system is based on the frequency doubling of a single laser source at 1560 nm. All the required laser frequencies for handling both isotopes (trapping, cooling, selection, interferometry and detection) are generated by phase modulating this source. A detailed modeling of the interferometer's inertial responses and an analysis of a method to extract the differential phase were carried out. The differential acceleration measurement led to an atom based test of the Weak Equivalence Principle of η(⁸⁷Rb,85Rb) = (1.3 ± 3.2)×10⁻⁷, at the state-of-the-art. The simultaneous aspect of the experiment allowed to highlight for the first time common mode vibration noise rejection with two different atomic species, a rejection factor of 50 000 being currently achieved. The current performance of the instrument exhibits a sensitivity on the differential acceleration of 1.23 × 10⁻⁷g/√Hz and a resolution of 2 × 10⁻⁹g for integration times lower than few hours. Finally, innovative operating modes of dual-species atom interferometers for on-board acceleration measurements are explored.