Made available in DSpace on 2014-10-09T12:25:19Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:03:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 02233.pdf: 1898081 bytes, checksum: ca8d5eb71d409e24aba2146df83dd874 (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

O presente trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de tomografia por Ressonância Magnética, para uso em diagnósticos médicos. Ele foi baseado em subsistemas disponíveis comercialmente, tais como os utilizados em equipamentos de imagens de RM comerciais. As principais contribuições deste projeto foram: o desenvolvimento de circuitos eletrônicos complementares e \"software\", necessários para tomar o \"hardware\" adquirido em um Tomógrafo de Ressonância Magnética para diagnósticos médicos. Isso não inclui somente o projeto de complexos programas necessários para gerar os pulsos de RF, formas de onda dos gradientes, sistema de aquisição de dados e as seqüências de pulsos necessárias para o completo sincronismo, mas também o desenvolvimento de uma interface amigável para realizar: a entrada de informações do paciente; a seleção das técnicas de imagem e o \"software\" interativo para visualização e seleção de planos. Um novo algoritmo de compressão de dados, para reduzir o armazenamento necessário de dados de imagens de RM, sem perda de informação foi também apresentado e implementado. Uma comparação com outras implementações de compressão de uso geral foi apresentada para mostrar uma performance superior na taxa de compressão e tempo de execução. / The present work describes the development of a Magnetic Resonance Tomography system to be used for medical diagnostics. It is based on commercially available subsystems such as used as in commercial MRI equipments. The main contributions to the project were: the development of fill up electronics and software needed to turn the acquired hardware into a MR Tomography for medical diagnostics. This includes not only the design of complex software needed to generate the used RF pulses, gradient waveforms, data acquisition system and the desired pulse sequences to synchronize all, but also the development of a user friendly interface to do: the entrance of patient\'s information; the selection of MR imaging techniques and interactive software for image viewing and planes selection. A new data compression algorithm to reduce the storage requirement of raw MR image data without information losses is also presented and implemented. A comparison with others general purpose compression implementations is presented to show the superior performance in the compression rate and execution time.

O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de transdutores de RF tipo gaiola (birdcage coil) e sela (saddle coil), com desenho especial inovador, que mantém elementos com comprimento elétrico constante, para um campo magnético de 2 Tesla. Este transdutor deve permitir o estudo e também o desenvolvimento de novas metodologias em imagens e espectroscopia por RMN de pequenos primatas como marmosets, exigidos pela interação deste grupo com o programa CInAPCe (Cooperação Interinstitucional de Apoio a Pesquisas sobre o Cérebro). Essas bobinas também se destinam ao uso em metodologias de imagens e espectroscopia ?in vivo? por Ressonância Magnética Nuclear (RMN), que utilizem pulsos de RF caracterizados como Pulsos Adiabáticos. Outra perspectiva é a continuação do desenvolvimento de bobinas de RF que operam segundo as características de bobinas de superfície, que pode resultar deste trabalho. Os resultados nos mostram que para as dimensões e freqüência utilizadas, a interação entre os condutores que compõe os transdutores é mais relevante do que a perda de fase da corrente elétrica devido às diferenças no comprimento elétrico. O cruzamento entre os condutores consiste num bom desenho alternativo, melhorando a homogeneidade de campo de RF e a relação sinal/ruído. / The purpose of the present work is the development of birdcage- and saddlelike RF transducers which were based on a special and innovative approach. The aim of this design is to keep constant the electromagnetic length of its elements, for a magnetic field intensity of 2 Tesla. These resonators will allow both the study and the development of new imaging and spectroscopy methods addressed to the NMR research on small primates such as marmosets. Such studies are part of the cooperation between this group and other participants of the CInAPCe program, Portuguese acronym for Inter-institutional Cooperation to Support Brain Research. Other perspective is the continuing development of RF coils whose characteristics are similar to surface coils, also designed for anatomic specific studies of imaging and in vivo NMR spectroscopy that take advantage from the use of RF pulses characterized as Adiabatic Pulses. From the results it could be verified that, for the frequency and dimensions used, the interaction between the conductive paths present in the transducers is more significant than the electric current phase losses due to differences in electric path. The crossing of the conductive paths constitute a good alternative design, improving the RF field homogeneity and the signal to noise ratio.

Depuis leur émergence, les réseaux de capteurs sans fil (WSN) n’ont cessé de se développer devenant un acteur clé dans de nombreuses applications telles que le suivi militaires, la surveillance à distance, la bio-détection et de la domotique. Ces réseaux sont basés sur la norme IEEE 802.15.4 qui est dédié aux réseaux personnels sans fil à faible débit (LR-WPAN) dans la bande de fréquences radio sans licence (868MHz/915MHz/2.4GHz). Faible consommation d'énergie, faible coût de mise en œuvre et le niveau élevé d'intégration sont les principaux défis de ces systèmes. L’émetteur-récepteur est le bloc qui consomme le plus d’énergie dans un nœud capteur, ainsi, la consommation d'énergie du frontal radiofréquence (RFFE) doit être réduite. Pour ce faire, plusieurs approches sont possibles, que ce soit au niveau circuit en enquêtant sur les modes de fonctionnement du transistor ou bien en combinant les fonctionnalités des blocs radiofréquences. Une autre stratégie est d’investiguer le niveau système en proposant de nouvelles architectures de démodulation. Cette thèse explore les exigences et les défis spécifiques pour la conception de circuits intégrés radiofréquences (RFIC) ultra-basse consommation pour les réseaux de capteurs sans fil. Ces travaux ont abouti à la conception d'un démodulateur compact réalisé dans une technologie CMOS 65nm et qui est compatible avec tous les types de modulation. / Since their emergence, Wireless Sensor Networks (WSN) have been growing continually becoming a key player in many applications such as military tracking, remote monitoring, bio-sensing and home automation. These networks are based on IEEE 802.15.4 standard which is dedicated to low rate wireless personal area networks (LR-WPANs) in the unlicensed radio band (868MHz/915MHz/2.4GHz). Low power consumption, low cost of implementation and high level of integration are the main challenges of these systems. As radio frequency transceiver is one of the most power hungry block in wireless sensor node, power consumption of radio frequency front-end (RFFE) must be reduced. To deal with, several approaches are possible, either at circuit level by investigating operating modes of transistors and merging functionalities or at system level by searching novel demodulation architecture. This thesis explores the specific requirements and challenges for the design of ultra-low power radio frequency integrated circuits (RFICs), leading to the design of a compact demodulator implemented in 65 nm CMOS technology and compatible with all modulation schemes.

Les systèmes de transmission de l’information sans fil connaissent un essor considérable et sont intégrés dans la plupart des systèmes électroniques modernes. De manière plus spécifique, la consommation énergétique de la fonction amplification de puissance RF, qui constitue le cœur de ce travail de recherche, est un enjeu économique et écologique de premier plan. Dans ce sens, ce travail présente une architecture de polarisation de drain dynamique permettant de maintenir un rendement énergétique élevé sur une large dynamique de puissance de sortie. La conception et la réalisation d’un amplificateur de puissance RF large bande, d’un modulateur de polarisation de drain haute fréquence et d’un pilote de grille en technologie GaN sont présentés. L’architecture proposée démontre une amélioration du rendement énergétique global. Une focalisation sur la problématique de couplage non-linéaire entre l’amplificateur de puissance RF et le module d’alimentation agile met en évidence les répercussions de cette méthode sur l’intégrité du signal. Une étroite impulsion de polarisation de grille est appliquée afin d'atténuer l’impact de la polarisation dynamique de drain sur les formes d'onde de l'enveloppe du signal RF amplifié. Une validation expérimentale du démonstrateur proposée est effectuée pour un signal impulsionnel RF multi-niveaux de test. Cette méthode permet de maintenir un facteur de forme de l’enveloppe du signal de sortie RF quasi-rectangulaire sans impact majeur sur les performances globales énergétiques. / Wireless communications are experiencing tremendous growth and are integrated into most modern electronic systems. More precisely, saving energy consumption of RF power amplifier is the core of this thesis work. This work presents a dynamic drain bias architecture used to keep a high efficiency over a large output power range. Design and implementation of a wideband RF power amplifier, a drain supply modulator and a gate driver circuit in GaN technology are presented. The built-in prototype demonstrates an overall efficiency improvement. A specific focus on non-linear interaction between the RF power amplifier and the drain supply modulator highlights the effects of this technique on the output envelope signal shape. A narrow pulse gate bias peaking preceding drain bias voltage variations is applied in order to mitigate drain bias current, voltage overshoot and power droop, thus improving pulse envelope waveforms of the RF output signal. An experimental validation of the proposed demonstrator is performed for a RF pulsed test sequence having different power levels. This way enables to keep rectangular pulse envelope shape at the RF output signal without any major impact on overall efficiency performances.

Le marché des capteurs de gaz n’a pas cessé d’évoluer depuis ces dernières décennies en passant d’une technologie basée principalement sur des oxydes métalliques vers des nouveaux matériaux nanostructurés. En effet, les applications actuelles demandent des capteurs robustes, à faible consommation d'énergie, faible coût, conformables, sensibles et sélectives. Dans ce contexte, la recherche des matériaux sensibles à base de nanostructures de carbone, ainsi que des nouvelles technologies de fabrication (permettant la miniaturisation et la conformabilité des dispositifs) est nécessaire. Une de solutions actuellement à l’étude concerne l’utilisation de matériaux innovants tels que les nanotubes de carbone (CNTs). Dans ce manuscrit, les CNTs sont présentés ainsi que leurs très bonnes propriétés électriques et mécaniques. Leurs dimensions nous donnent une surface spécifique considérable et donc, la possibilité d’une grande sensibilité. Leur aptitude à être fonctionnalisés avec différents radicaux fait qu’ils puissent être sélectifs à une espèce donnée. Parmi les technologies émergentes apparues récemment, l’impression par jet d’encre est une technologie de déposition des couches minces très utilisée actuellement, car elle reste versatile grâce à sa facilité d’utilisation. La résolution et les possibilités d’impression sur différents types de substrat qu’on dispose, restent des atouts très importants. Un aspect très important qui a été peu étudié est la modélisation des couches minces des éléments sensibles. Concernant les couches imprimées des solutions contenant des nanotubes de carbone, très peu de travaux ont été répertoriés actuellement, et les modèles existants sont assez complexes. Dans nos travaux, nous nous concentrons sur la modélisation des couches minces sous la forme de motifs imprimés par jet d’encre. Des couches de solutions contenant des nanotubes de carbone sont déposées dans des structures RF, dans le but de pouvoir les appliquer dans la détection des gaz. / The gas sensor domain has continued to evolve over the past few decades by moving primarily from a technology based on metal oxides to new nanostructured materials. Indeed, for modern applications in today's world robust sensors with low power consumption, low cost, conformable, sensitive and selective is desirable. In this context, mark-sensitive materials based on carbon nanostructures, as well as new manufacturing technologies (allowing miniaturization and conformability devices) is required. One solution which is currently under consideration is the use of innovative materials such as carbon nanotubes (CNTs) which exhibit very good electrical and mechanical properties. Their dimensions give us a considerable surface area and hence the possibility of high sensitivity. Their ability to be functionalized with different groups makes them very selective to react with a particular target gas. Amongst the emerging technologies, inkjet printing deposition of a very thin film is currently in use as it remains versatile because of its ease of use. The resolution and printing possibilities on different types of substrate have remains very important assets. A very important aspect that has been considered very less is the modeling of thin film sensing elements. Regarding printed layers solutions containing carbon nanotubes, very few works have been currently listed, and the existing models are quite complex. In this work, modeling of thin layers in the form of patterns printed by inkjet has been studied and experimental verifications and their analyses have been carried out successfully. Specific emphasis has been laid on the layers of solutions containing carbon nanotubes deposited in RF structures for application in the detection of gases.

Le packaging des MEMS-RF est un sujet de recherche qui a été étudié de manière intensive ces dernières années. En effet, la fiabilité des composants micromécaniques est directement dépendante de l’humidité et de la poussière avoisinant la structure. C’est pourquoi la recherche d'un package parfaitement hermétique à très faible coût, sans influence sur les performances RF reste d’actualité, même si un grand nombre de publications et de solutions ont été présentées auparavant. Ces travaux de recherche porte sur la conception, la réalisation et la caractérisation de commutateurs MEMS-RF ohmiques packagés par deux techniques différentes. La première partie de cette thèse a été consacrée d’étudier une encapsulation par film mince. Une couche métallique d’or électrolysée est utilisée pour former le capot, ensuite le nitrure de silicium est utilisé pour sceller le capot. Cette technique a présenté plusieurs avantages où nous obtenons une petite taille, l’augmentation du nombre de composants par substrat tout en réduisant le cout de fabrication. Malgré tous ces avantages, cette technique engendre aux composants des faibles effets parasites sur leurs performances RF. La deuxième technique qui a été étudié dans ce travail, est l’encapsulation par collage de tranche. Le principe de cette encapsulation est de sceller un substrat de capots micro-usinés en silicium avec un substrat contenant les composants MEMS-RF. Ensuite, une découpe de deux substrats est nécessaire pour obtenir les commutateurs MEMS-RF encapsulés. Le scellement utilisé durant cette thèse était le glass frit qui garantit une très bonne herméticité. Des mesures d’herméticité sont faites par le cnes montrent que les commutateurs mems-rf sont encapsulés hermétiquement en indiquant un taux de fuite de 8.8e-12 atm.cc/s. Les performances RF du commutateur MEMS-RF sont déjà présentées et qui montrent que cette technique d’encapsulation ne présente aucune influence sur ces performances. / RF MEMS packaging is an important research topic that is intensively studied for years. Indeed, Micro-mechanical devices that are protected from humidity, dust and working in a clean controlled atmosphere consequently improve their reliability. Meanwhile, the search for a perfectly hermetic package at very low cost with no influence on the RF performances is still a challenge even if a lot of publications and solutions have been presented so far. This research focuses on the design, realization and characterization of encapsulated RF MEMS switches using two different techniques. The first part of this thesis has been to study a Wafer Level Thin Film Packaging (WLTFP) using a metallic cap, then we have utilize the silicon nitride to seal this cap. This encapsulation technique presents several advantages where we have extremely small volume cavity, no double-wafer alignment required, and substantial increase in the number of devices per wafer reducing cost. Despite all these advantages, this technique generates to the components a low parasitic effects on their RF performances. Another type of packaging has been studied during this thesis is Wafer to Wafer Packaging. The principle of this encapsulation is to seal a micro-machined wafer of caps on the wafer containing RF MEMS switches to be protected. The both wafers are then cut together and we obtain directly the packaged switches. The RF MEMS packaging using this technique permits to obtain a hermetic package (leak rate of 8.8e-12 atm.cc/s measured by the French Space Agency-CNES) with no influence on the device characteristics. The RF characterization of the switch having a silicon cap bonded using a dielectric sealing paste have shown that the insertion loss in the ON state and the isolation in the OFF state is practically the same before and after capping.

Les télécommunications par satellite prennent aujourd’hui de en plus d’importance, et le nombre d’abonnés à travers le monde ne cesse de croître. Partout où la fibre optique ne peut être déployée, elles sont un moyen fiable de fournir des débits très élevés aux utilisateurs, dont les pratiques nécessitent des bandes passantes toujours plus importantes (vidéo HD, visioconférences, téléchargement, cloud computing, jeux en ligne...). Elles garantissent également de très vastes zones de couverture. Pour les concepteurs de charges utiles de satellite, suivre les besoins du marché revient à augmenter constamment le nombre d’équipements embarqués, ce qui affecte le volume et la masse des systèmes et donc le coût de mise en orbite. Une des solutions envisagées afin de contrer ce phénomène consiste à employer des technologies optiques. Il a été démontré par Thales Alenia Space que pour un système de distribution de signaux de référence de 1 vers 64 équipements, la réduction du poids pourrait être de 70 %. Dans ce contexte nous avons développé 7 convertisseurs de fréquence RF réalisés à partir de composants photoniques semi-conducteurs. Ces convertisseurs font partie des composants clés des charges utiles car ils permettent d’isoler les transmissions montantes (vol vers satellite) et descendantes (satellite vers sol) afin d’éviter les interférences. Les performances des 7 architectures proposées, réalisées à partir de modulateurs électro-absorbants (EAM) et d’amplificateurs optiques à semi-conducteurs (SOA) ont été évaluées au travers de différentes simulations et en calculant le gain de conversion, le facteur de bruit, les isolations RF/FI et OL/FI, les rapports C/I3 et les coordonnées du point d’interception d’ordre 3. Nous avons obtenu des performances intéressantes, premières données pour de futures études et montré que ces convertisseurs seraient compatibles avec de nombreux plans de fréquence en bandes Ku/Ku, Ku+/Ku, et Ka/Ka. Des manipulations ont également permis de valider les modèles théoriques employés dans les simulations. / Nowadays, Satellite telecommunications are becoming very popular and the number of subscribers worldwide is always growing. Wherever the optical fiber cannot be deployed, they are a reliable way to provide very high data rates to the users, whose activities are becoming more and more bandwidth-hungry (HD video, video conferencing, downloading, cloud computing, online games ...). They also guarantee very large coverage areas. In order to follow the market needs satellite payload designers have to increase the number of on-board equipment, which affects the volume and mass of the systems and therefore the launching cost. One of the solutions to solve the problem consists in using optical technologies. It has been demonstrated by Thales Alenia Space that In the case of a reference signal distribution system for 64 devices, a weight reduction of about 70% could be obtained. In this context we have developed 7 RF frequencydown-converters based on photonic semiconductor components. The down-converters are key components of satellite payloads, as their aim is to isolate uplink transmissions (ground to satellite) and downlink (satellite to ground) to avoid interference. Performance of the 7 architectures, incorporating electro-absorption modulators (EAM) and semiconductor optical amplifiers (SOA) were evaluated through various simulations and by calculating the conversion gain, noise figure, RF/IF and LO/IF isolations, the C/I3 ratio and the coordinates of the third order intercept point. We obtained interesting results, first data for futur works,and showed that these converters are compatible with many frequency plans in Ku/Ku, ku+/Ku, and Ka/Ka bands. Manipulations were also led and validated the theoretical models used in simulations.

La régulation endogène de la physiologie saisonnière, comme les rythmes circannuels et l’histoire photopériodique vécue pendant la gestation, permet aux individus d’anticiper à l’arrivée des saisons. L’objectif de cette thèse a été l’étude de l’effet de ces deux phénomènes à long terme sur les voies neuroendocrines contrôlant la physiologie saisonnière. Ces études montrent que les rythmes circannuels sont initiés au niveau de l’expression de la thyréostimuline dans la pars tuberalis et celle-ci est transmisse à l’hypothalamus où elle contrôle les niveaux d’hormone thyroïdienne et de neuropeptides. De façon similaire, la photopériode vécue pendant la gestation semble programmer l’expression des déiodinases dans l’hypothalamus des rongeurs adultes. Dans l’ensemble, ces résultats montrent la conservation du rôle de la pars tuberalis en tant que site central pour l’intégration des signaux impliqués dans le contrôle de la physiologie saisonnière. / Internal long-term timing strategies, like circannual rhythms and photoperiodic history, allow changes in physiology in anticipation to the seasons. In this project I investigated the effects of both types of history dependent timing on the neuro endocrine pathways for regulation of seasonal physiology. My work revealed that internal circannual timing is initiated through the control of thyroid stimulating hormone at the pars tuberalis and is integrated into the regulation of hypothalamic thyroid hormone levels and neuropeptides.Similarly, history-dependent expression in hypothalamic deiodinases was observed in adult rodents based on their gestational photoperiodic experience. Overall, my results highlight the pars tuberalis as a conserved central site in mammals for the integration of multiple seasonal cues, which via differential control of thyroid hormone levels in the hypothalamus dictates the timing in seasonal physiology.

Résumé des travaux de thèse Frédéric DRILLETThèse intitulée : Conception d'un front-end RF de bande passante [20-40] GHz pour un système de communication sur puce utilisant un réseau d'interconnexions RF-NoC.Technologie : NXP Qubic4XI (BiCMOS SiGe:C 250 nm)Résumé :La tendance actuelle dans la conception de systèmes sur puces (SoC) est d'intégrer un très grand nombre d'unités de calcul et de mémoires sur une seule puce. Les possibilités de cette intégration poussée permettent aujourd'hui d'envisager le développement d'une électronique offrant une multitude de services. Néanmoins ces architectures posent de nouveaux challenges concernant les interconnexions entre les unités de calcul. En effet, pour les futures générations technologiques, la mise à l'échelle impactera lourdement les performances des interconnexions globales en termes de débit, latence et consommation. Afin de répondre à la problématique des communications intra-puces, un certain nombre de technologies ont été investiguées comme les technologies d’intégration 3D, les architectures utilisant l'optique ou la RF. L'approche RF pour les communications entre les unités de calcul d’un même circuit de type NoC (Network On Chip) présente l'avantage d'une bonne compatibilité avec les technologies CMOS silicium et peut également répondre aux besoins de communication dans les structures 3D.Cette thèse s'inclue dans le projet ANR WiNoCoD qui propose un réseau d'interconnexion RF-NoC utilisant l'OFDMA. Elle porte sur la conception d'un front-end RF générique permettant de transmettre et de recevoir toute la bande passante soit [20-40] GHz. Cette généricité permet une allocation dynamique des porteuses sans reconfiguration du hardware. On utilise la technologie QubiC4XI de NXP Semiconductors, qui est une technologie BiCMOS SiGe:C 250 nm, afin de vérifier la faisabilité d'un tel système avec des moyens actuels. Ce front-end doit être large bande puisqu'il a une bande passante de 20 GHz entre 20 et 40 GHz. Il doit également consommer le moins possible puisqu'il a pour but d'être intégré dans un système contenant plusieurs NoC et qui est donc très énergivore. Il doit également être compact pour ne pas occuper plus de surface que la partie numérique.Cette thèse inclue la conception des éléments composant le front-end, les résultats de simulation et de mesure, ainsi que les performances du système complet. / Frédéric DRILLET thesis work summaryThesis entitled: Design of a [20-40] GHz RF front-end for an on-chip RF-NoC communication system.Technology: NXP Qubic4XI (BiCMOS SiGe:C 250 nm)Summary:A current trend regarding System On Chip design is to include a very big amount of processors and memories on a single chip. Today, these integrated circuits allow to consider an electronic supplying a multitude of services. However, these architectures are challenging in terms of connection between processing units. It could indeed lead to data rate, latency and consumption degradation. In order to overcome these issues technological solutions were investigated such as 3D integration, or optic and RF networks. An RF Network on Chip (NoC) is compatible with silicon CMOS technologies and with 3D structures.This thesis is a part of the ANR project called WiNoCoD (Wired Network on Chip reconfigurable on Demand) which offers an OFDMA RF-NoC. The main work presents a generic RF front-end allowing to transmit and receive the whole [20-40] GHz bandwidth. This generic architecture allows a dynamic allocation of OFDMA subcarriers without any hardware reconfiguration. The technology used is the NXP Semiconductor QubiC4XI which is a BiCMOS SiGe:C 250 nm technology. A current technology is used to check the feasibility of such a system today. This front-end has to be wideband. The power consumption has to be as low as possible as well, as it is going to be integrated in a system containing several NoCs that consume already a lot of power. The system has to be very compact, its total area has to be smaller than the digital part.This thesis includes the design of the front end, the simulation and measurement results and the performance of the full system.