Être en mesure de vérifier si un circuit intégré est fonctionnel après fabrication peut s'avérer très difficile. Dans le cas des circuits analogiques et Radio Fréquence (RF) les procédures et les équipements de test nécessaires ont un impact majeur sur le prix de revient des circuits. Une approche intéressante pour réduire l'impact du coût du test consiste à mesurer des paramètres nécessitant des ressources de test faible coût et corréler ces mesures, dites mesures indirectes, avec les spécifications à tester. On parle alors de technique de test indirect (ou test alternatif) car il n'y a pas de mesure directe des spécifications, qui nécessiterait des équipements et du temps de test importants, mais ces spécifications sont estimées à partir des mesures « faibles couts ». Même si cette approche semble attractive elle n'est viable que si nous sommes en mesure d'établir une précision suffisante de l'estimation des performances et que cette estimation reste stable et indépendante des lots de circuits à traiter. L'objectif principal de cette thèse est de mettre en œuvre une stratégie générique permettant de proposer un flot de test indirect efficace et robuste. Pour être en mesure de construire cette stratégie nous avons amenés différentes contributions. Dans un premier temps, on a développée une nouvelle métrique dans cette thèse pour évaluer la robustesse des prédictions relaissées. Dans un deuxième temps, on a défini et analysé une stratégie pour la construction d'un model optimal. Cette dernière englobe un prétraitement de données ensuite une analyse comparative entre différentes méthodes de sélections de mesures indirectes aussi l'étude d'autres paramètres tels que la taille des combinaisons de mesures indirectes ainsi que celle de la taille de set d'apprentissage. Aussi on a proposé une stratégie pour une confidente exploration d'espace de mesures indirectes afin de construire plusieurs meilleurs modèles qu'on peut se servir par la suite pour résoudre des problèmes de confiance et d'optimisation. Les études comparatives réalisées ont été effectuées sur 2 cas d'études expérimentaux et à partir de métriques classiques et de la nouvelle métrique proposée permettant ainsi d'évaluer objectivement la robustesse de chaque solution.En fin, nous avons développé une stratégie complète mettant en œuvre des techniques de redondance de modèles de corrélation qui permettent d'améliorer grandement la robustesse et l'efficacité de la prise de décision en fonction des mesures obtenues. Cette stratégie est adaptable à n'importe quel contexte en termes de compromis entre le coût du test et le niveau de confiance et de précision attendu. / Being able to check whether an IC is functional or not after the manufacturing process is very difficult. Particularly for analog and Radio Frequency (RF) circuits, test equipment and procedures required have a major impact on the circuits cost. An interesting approach to reduce the impact of the test cost is to measure parameters requiring low cost test resources and correlate these measurements, called indirect measurements, with the targeted specifications. This is known as indirect test technique because there is no direct measurement for these specifications, which requires so expensive test equipment and an important testing time, but these specifications are estimated w.r.t "low-cost measurements". While this approach seems attractive, it is only viable if we are able to establish a sufficient accuracy for the performance estimation and if this estimation remains stable and independent from the circuits sets under test.The main goal of this thesis is to implement a robust and effective indirect test strategy for a given application and to improve test decisions based on data analysis.To be able to build this strategy, we have brought various contributions. Initially, we have defined new metric developed in this thesis to assess the reliability of the estimated performances. Secondly, we have analyzed and defined a strategy for the construction of an optimal model. This latter includes a data preprocessing followed by a comparative analysis of different methods of indirect measurement selection. Then, we have proposed a strategy for a confidant exploration of the indirect measurement space in order to build several best models that can be used later to solve trust and optimization issues. Comparative studies were performed on 2 experimental data sets by using both of the conventional and the developed metrics to evaluate the robustness of each solution in an objective way.Finally, we have developed a comprehensive strategy based on an efficient implementation of the redundancy techniques w.r.t to the build models. This strategy has greatly improved the robustness and the effectiveness of the decision plan based on the obtained measurements. This strategy is adaptable to any context in terms of compromise between the test cost, the confidence level and the expected precision.

Les travaux réalisés lors de cette thèse ont pour objectif la fabrication de filtres accordables fort Q0. Pour cela nous nous sommes naturellement orienté vers des structures volumiques puisque elles permettent l’obtention de Q0 important. Nous avons également utilisé des éléments d’accord permettant de maximiser ce Q0, tels que des MEMS-RF ou bien encore des patchs de Matériaux à Transition de Phase (PTM) comme le dioxyde de vanadium (VO2). Nous avons démontré lors de notre étude que ces dispositifs garantissaient des Q0 supérieurs à 1000 sur une large plage d’accord. / This work is based on the fabrication of High-Q tunable filters. We looked at cavity filters since they allow us to achieve a high Q0. We also used RF-MEMS or vandium Dioxyde as tuning element. Since they provide a high-Q tuning. We have demonstrated Q0 better than one thousand over a wide tuning range.

L'étude des émissions rayonnées d'une source dans tout l'espace, est essentielle pour l'analyse dosimétriques et l’analyse des interférences électromagnétiques. L'importance du dernier augmentent en raison de la nécessité d'avoir une prédiction de la fiabilité des circuits électroniques. De plus, l'utilisation quotidienne des dispositifs et des systèmes émettant des champs électromagnétiques radiofréquences ne cesse d'augmenter. Certains de ces dispositifs fonctionnent à proximité du corps humain, et les opérateurs se trouvent dans la région des champs proches de la source rayonnante, et ils sont exposés à des niveaux de champs électromagnétiques pouvant être élevés. Pour cette raison, l'analyse dosimétrique, qui passe par une cartographie tridimensionnelle (3D) au voisinage de la source rayonnante, doit être effectuée. Pour ce type d'applications, plusieurs scans des champs proches doivent être effectués dans différents plans afin de construire la cartographie de champs 3D. Étant un processus difficile dans les études de compatibilité électromagnétique, la caractérisation en champ proche est traitée par plusieurs algorithmes qui proposent différentes approches pour réaliser le scanning requis au voisinage de la source rayonnante.Dans ce travail, nous introduisons un système de scanning 3D avec des sondes de champ magnétique à trois axes à faible coût. Le fait de disposer de telles sondes permet la mesure simultanée des trois composantes du champ magnétique sur la base d'un seul scan au voisinage du dispositif testé. Les sondes conçues se composent de trois boucles orthogonales combinées ensemble; la première sonde contient trois boucles conventionnelles réunies dans un cube en plastique d'une dimension totale de 10 × 12 × 13 mm3, tandis que la deuxième sonde est une sonde PCB imprimée sur un substrat FR4 de 3,2 mm avec une dimension réduite de 9 × 9 × 3,2 mm3. Les sondes conçues ont été étalonnées avec une cellule TEM et les facteurs d'antenne correspondants ont été extraits. Le système de scanning présenté utilise comme un instrument de mesure un oscilloscope RF- 4 canaux, qui donne la possibilité de mesurer à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel.La deuxième partie de cette thèse présente un algorithme de reconstruction basé sur la méthode du spectre d'ondes planes. Afin de réduire le nombre des scans et donc les exigences de temps, l'algorithme présenté nécessite juste un scan en champ proche 2D des composantes de champ, pour reconstruire la distribution du champ magnétique 3D au-dessus du dispositif rayonnant.La troisième partie de la thèse est consacrée à l'analyse dosimétrique des champs électromagnétiques rayonnés à proximité des systèmes RFID et des machines de soudage RF. L'évaluation de l'exposition en champ proche des champs rayonnés des antennes de lecture RFID, fonctionnant à 13,56 MHz et utilisées dans les bibliothèques, a été réalisée. Les mesures du champ magnétique près de l'antenne ont été établies à l'aide des sondes conçues. Les résultats sont ensuite analysés et comparés aux réglementations des normes européennes et des lignes directrices de l'ICNIRP. En outre, l'exposition aux champs électromagnétiques RF des travailleurs à proximité de machines de soudage RF dans un environnement industriel est étudiée. Ces machines, fonctionnant à 27 MHz, émettent de forts rayonnements et l'exposition a eu lieu dans la région de champ proche. La distribution spatiale des champs électromagnétiques dans cette région est étudiée à la fois dans des simulations numériques et des mesures réelles. / The analysis of radiated emissions from a source throughout the space, is very essential for both dosimetric and electromagnetic interference analysis. The concerns about the latter are growing because of the need to have prediction of the system reliability of the electronic circuits. Moreover the everyday use of devices and systems emitting radio frequency electromagnetic fields is continuously increasing. Some of these devices are operating in the vicinity of human body, and operators are in the near-field region of the radiating source, and they are exposed to electromagnetic fields. For this reason, dosimetric analysis, that shows the necessity of having three dimensional (3D) field mapping in the vicinity of the radiating source, should be performed. For this kind of applications, several scans of the near fields should be done within different planes in order to build the 3D field mapping. Being a challenging process in electromagnetic compatibility studies, near field characterization is being treated by several algorithms that propose different approaches to achieve the required scanning on the radiating source.In this work, we introduce a 3D scanning system with a low cost three axis magnetic field probes. Having such probes allow the simultaneous measure of the three components of the magnetic field based on a single planner scan above the device under test. The designed probes consist of three orthogonal loops combined together; the first probe contains three conventional loops joined in a plastic cube with a total dimension of 10×12×13 mm3, whereas the second probe is a PCB probe printed on an FR4 substrate of 3.2 mm with a reduced dimension of 9×9×3.2 mm3. The designed probes were calibrated with a TEM cell and the corresponding antenna factors were extracted. The presented scanning system uses an oscilloscope as a measuring instrument that gives the possibility of both time and frequency domain measurements. The second part of this thesis presents a reconstruction algorithm based on plane wave spectrum method. In order to reduce the number of scans and hence the time requirements, the presented algorithm requires just a 2D near field scan of the field components, to reconstruct the 3D magnetic field distribution above the radiating device.The third part of the thesis is devoted for the dosimetric analysis of the radiated electromagnetic fields near RFID systems and RF-welding machines. The near-field exposure assessment of the radiated fields from RFID reader antennas operating at 13.56 MHz and used in Libraries was performed. The measurements of the magnetic field near the antenna were established using the designed probes. The results are then analyzed and compared to the regulations in European Directives and ICNIRP Guidelines. Moreover, the exposure to RF electromagnetic fields of workers near RF-welding machines in industrial environment is studied. These machines, operating at 27 MHz, emit strong radiation and the exposure takes place in the near-field region. The spatial distribution of the electromagnetic fields in this region is studied in both numerical simulations and measurements.

The wireless market is developing very fast today with a steadily increasing number of users all around the world. An increasing number of users and the constant need for higher and higher data rates have led to an increasing number of emerging wireless communication standards. As a result there is a huge demand for flexible and low-cost radio architectures for portable applications. Moving towards multistandard radio, a high level of integration becomes a necessity and can only be accomplished by new improved radio architectures and full utilization of technology scaling. Modern nanometer CMOS technologies have the required performance for making high-performance RF circuits together with advanced digital signal processing. This is necessary for the development of low-cost highly integrated multistandard radios. The ultimate solution for the future is a software-defined radio, where a single hardware is used that can be reconfigured by software to handle any standard. Direct analog-to-digital conversion could be used for that purpose, but is not yet feasible due to the extremely tough requirements that put on the analog-to-digital converter (ADC). Meanwhile, the goal is to create radios that are as flexible as possible with today’s technology. The key to success is to have an RF front-end architecture that is flexible enough without putting too tough requirements on the ADC. One of the key components in such a radio front-end is a multiband multistandard low-noise amplifier (LNA). The LNA must be capable of handling several carrier frequencies within a large bandwidth. Therefore it is not possible to optimize the circuit performance for just one frequency band as can be done for a single application LNA. Two different circuit topologies that are suitable for multiband multistandard LNAs have been investigated, implemented, and measured. Those two LNA topologies are: (i) wideband LNAs that cover all the frequency bands of interest (ii) tunable narrowband LNAs that are tunable over a wide range of frequency bands. Before analog-to-digital conversion the RF signal has to be downconverted to a frequency manageable by the analog-to-digital converter. Recently the concept of direct sampling of the RF signal and discrete-time signal processing before analog-to-digital conversion has drawn a lot of attention. Today’s CMOS technologies demonstrate very high speeds, making the RF-sampling technique appealing in a context of multistandard operation at GHz frequencies. In this thesis the concept of RF sampling and decimation is used to implement a flexible RF front-end, where the RF signal is sampled and downconverted to baseband frequency. A discrete-time switched-capacitor filter is used for filtering and decimation in order to decrease the sample rate from a value close to the carrier frequency to a value suitable for analog-to-digital conversion. To demonstrate the feasibility of this approach an RF-sampling front-end primarily intended for WLAN has been implemented in a 0.13 μm CMOS process.

In recent years, passive radio frequency (RF) tags that communicate using modulated backscatter radiation have shown great potential for use in inventory management, parcel and postal tracking, for use as remote sensors, and in a host of other Radio Frequency Identification (RFID) applications. However, for the widespread use of these tags to become reality, much basic research is needed to reduce the cost, increase the range, and increase the reliability of the RF tag. This research seeks to enhance the performance of passive RF tags by developing a series of tests, or radio assay, to measure the following: the performance of RF tag antennas as a function of antenna material and manufacturing technique and the antenna performance when attached to various materials. The radio assay experiments are designed for RF tag antennas that operate in the far field of the tag reader and communicate using modulated backscatter radiation at 915 MHz. Three flexible, folded dipoles, printed on plastic substrates, were measured in the radio assay experiments. The results of the experiments include the following: the antenna gain penalty (relative to a baseline antenna) for each antenna material and manufacturing technique, the antenna gain penalty (relative to the free space antenna gain) due to material losses when the tag antenna is attached to an object, and the benefits (in terms of antenna gain) of tuning each tag antenna to the material to which it is attached. The results are presented in a form to aid RF engineers in the design of RF tag system link budgets.

Future wireless communication systems will have higher data transmission rates and energy efficiencies than those used today. This fact raises serious challenges to the design of conventional transceiver architectures. This doctoral research develops energy-efficient RF transmitters and receivers for next-generation wireless communications. It begins with a theoretical analysis of the injection locking of oscillators and a modified Class-E power amplifier (PA) for use in developing the proposed transmitter and receiver. Based on the presented theory, a novel envelope elimination and restoration (EER)/polar transmitter using injection-locked oscillators (ILOs) and a novel cognitive polar receiver using two ILO stages are proposed. The EER/polar transmitter combines the approaches of EER/polar modulation and injection locking to achieve linear amplification with a high gain and high efficiency. Experimental results demonstrate its effectiveness for delivering WCDMA and EDGE signals. Additionally, the cognitive polar receiver utilizes two ILO stages to extract the modulation envelope and phase components of a received nonconstant envelope modulation signal without using a phase-locked loop (PLL)-based carrier recovery circuit. Experiments are conducted to verify the feasibility of the novel architecture by performing £k/4 DQPSK and QPSK demodulation. Rigorous theoretical analysis and experimental verification prove that both the proposed transmitter and the receiver are effective for energy-efficient wireless communications.

Addressing the high cost of RF instrumentation has motivated significant research activity, where researchers have proposed various non-standard and alternative test methods of RF circuits to mitigate high test cost. This dissertation describes a test methodology for RF receivers, whereby simple digital circuits comprise the core of the otherwise complex and costly broadband RF/analog signal generation. The proposed test methodology relies on a digital clock, commonly available to RF ICs for the purpose of digital communication, to generate the broadband RF stimulus needed for the receiver analog tests. The test method also utilizes commonly available baseband signal digitization (on-chip or off-chip) to acquire the baseband signal. It then relies on sophisticated, but inexpensive, signal processing to extract and compute standard RF performance parameters, like gain, noise figure (NF), and input-referred third-order intercept point (IIP3). In addition, the test method can extract important baseband (BB) parameters like the BB filter 3 dB bandwidth (BW), filter rejection at specific BB frequencies, or the BB filter profile. The motivation behind the proposed test methodology can be categorized as both architectural and cost reduction-oriented. Architecturally, the proposed test method aims at shifting the complexity involved in the test of RF receivers from the hardware (input) RF signal generation side to the signal processing done on the (output) baseband side. The process of shifting the complexity from the hardware design side to the signal processing side involves significant complex and sophisticated analysis, which is part of this dissertation. Cost-wise, the proposed test methodology enables the use of digital automatic test equipment (ATE) with limited baseband capability, instead of the full standard RF testers. Such a step reduces the initial tester cost and impacts the cost/sec figure spent on test for the life of the ATE tester, thus leading to test cost reduction. / text

Ces travaux de recherche concernent les amplificateurs RF de puissance pour stations de base. La technologie actuelle de transistor RF la plus compétitive, le LDMOS, est confrontée à l’augmentation constante du débit et à la concurrence d’autres technologies comme le HEMT GaN. Un autre challenge est l’intégration de l’adaptation de sortie réalisée en dehors du boîtier qui n’est plus compatible avec les futurs standards combinant jusqu’à soixante-quatre amplificateurs de puissance proches les uns des autres.Une première piste envisagée dans cette thèse est le substrat Si à haute résistivité. A partir de simulations puis de mesures sur plaques, l’amélioration du facteur de qualité des éléments passifs a été démontrée mais ces premières investigations ne permettent pas l’intégration de l’adaptation de sortie avec la technologie actuelle bien que les résultats soient très encourageants. Les challenges technologiques de ce nouveau substrat ont mené à considérer la structure différentielle pour les amplificateurs. En plus des avantages connus de cette configuration, nous avons montré que la conception d’un amplificateur de puissance différentiel montre une amélioration importante de la bande instantanée répondant au besoin d’un débit toujours plus élevé. Cette amélioration ne dégrade pas les autres performances en gain, rendement et puissance de sortie. Dans la continuité de cette thèse, les perspectives concernent la conception d’un amplificateur de puissance sur substrat SI à haute résistivité combinée à une structure différentielle qui pourrait permettre une avancée majeure sur toutes les performances tout en gardant l’avantage du faible coût du LDMOS Silicium en comparaison des autres substrats. / This research concerns the RF power amplifiers for base stations. The current most competitive technology of RF transistor, the LDMOS, faces the constantly increasing data rate and competition from other technologies such as GaN HEMT. Another challenge is the integration of the output matching made outside of the package which is not compatible with future standards combining up to sixty-four power amplifiers close to each other. A first track proposed in this thesis is the high resistivity Si substrate. From simulations and measurements on wafers, improved passive elements quality factor has been demonstrated but these initial investigations do not allow the integration of the output matching with the current technology, although the results are very encouraging. The technological challenges of this new substrate led to consider the differential structure for amplifiers. Besides to the known advantages of this configuration, we have shown that the design of a differential power amplifier shows a significant improvement in the instantaneous band width meeting the need for higher data rate. This improvement does not degrade other performance as gain, efficiency and output power. In continuation of this thesis, the perspective concerns the design of a power amplifier on a high resistivity Si substrate combined with a differential structure that could enable a major advance over all performance while keeping the advantage of low cost of LDMOS silicon compared to other substrates.

La recherche de défauts dans les matériaux est un sujet complexe et important, en particulier lorsque la sécurité est en jeu comme dans le domaine aéronautique. Cette thèse s’inscrit dans cette problématique et s’organise en deux parties. La première partie est dédié à la détection des défaut dans les composites carbones par trois nouvelles méthodes radiofréquences permettant de détecter, en particulier, les impacts sur les peaux des composites carbones. La deuxième partie est consacrée à la détection des infiltrations d’eau dans les composites alvéolaires par une méthode multiphysique couplant une onde hydraulique non linéaire et une détection par un RADAR CW. / Detecting default inside material is a complex and important topic, particularly when the safety is at riske like for instance in the aeronautic field. This phd thesis is divided in two parts. In a first part, mainly we will present three new RF methods allowing to detect, for example, impact damages on carbon composite skins. In a second part we will present a new method aimed to detect water ingress in cellular composite. This new method is based on the interaction of a nonb-linear water wawe with a RADAR

Mes travaux de thèse portent sur l'échantillonnage direct du signal RF en réception après l'antenne, dans un contexte d'applications radio-logicielle et radio-cognitive. Le but de cette technique est de pouvoir traiter le signal quelle que soit la modulation utilisée et dans une large gamme de fréquences, directement après l'antenne, en réduisant au maximum la partie analogique. Pour cela une architecture d'échantillonneur passif a été utilisée. L'originalité de cette architecture consiste en l'implémentation d'un système d'échantillonnage différentiel en quadrature purement passif, constitué d'un réseau de capacités commutées. En fixant la constante de temps du système à une valeur élevée devant la fréquence minimale du signal RF à démoduler, l'échantillonneur se comporte à la fois en tant que mélangeur et filtre en fréquence. Cela permet la réjection des brouilleurs hors de la bande de réception et contribue à améliorer sensiblement la dynamique du système de réception, le tout pour une consommation très faible. Aussi, le système est flexible en fréquence, permettant ainsi de recevoir le spectre RF sur une large bande et de recevoir différents types de signaux modulés. Celui-ci a été intégré dans un front-end de réception complet en technologie CMOS 130nm pour des applications dans les bandes ISM (433MHz et 868MHz) dont les débits de transmission sont limités à 1Mbits/s. L'architecture développée est adaptée à des applications de type radio-logicielle ou radio-cognitive, lorsqu'une agilité en fréquence, une grande dynamique et des contraintes de consommation très basse sont visées. / My thesis work is focusing on the RF signal direct sampling reception after the antenna in a software-defined radio applications and cognitive radio context. The purpose of this technique is to treat the signal whatever the modulation used and in a wide range of frequencies, directly after the antenna while minimizing at maximum the analog part. For this, a passive sampler architecture has been used. The originality of this architecture consists in the implementation of a passive differential sampling system working in quadrature, consisting of a switched capacitors network. By setting the time system constant to a high value compared to the minimum frequency of the RF signal to be demodulated , the sampler acts both as a filter and a frequency mixer. This allows the rejection of interferers outside the reception band and contributes to improve significantly the receiver system dynamic, for a very low consumption. Also, the system is flexible in frequency, which permits to receive the RF spectrum over a wide band of frequencies and detect different types of modulated transmitted signals. It has been integrated into a complete front-end 130nm CMOS technology receiver dedicated to ISM bands applications (433MHz and 868MHz bands) whose transmission data rates are limited to 1Mbit/s. The developed architecture is suitable for software-defined radio or cognitive radio applications where frequency agility, high dynamic and very low power constraints are targeted.