Les travaux présentés lors de cette thèse s’inscrivent dans le cadre des réseaux de microsystèmes communicants dont les réseaux de capteurs sont l’exemple le plus connu. La problématique adressée est la conception d’une interface radio communicante répondant aux besoins spécifiques des microsystèmes communicants : simplicité, faible coût, faible consommation, faible encombrement, haut débit et reconfigurabilité. Les technologies actuelles sans fil comme le WiFi, le Bluetooth, et Zigbee ne sont pas en mesure de répondre à ces contraintes spécifiques. L’étude se focalise sur la technologie IR-UWB (Impulse Radio Ultra-WideBand). Dans un premier temps, une étude conjointe sur la capacité du canal et l’implémentation matérielle est menée pour déterminer l’architecture optimale des émetteurs-récepteurs en IR-UWB. Cette étude propose l’utilisation d’une architecture multi bandes IR-UWB (MB-IR-UWB) à implémentation mixte à 60 GHz avec des antennes directives. Cette solution est optimisée sur les critères de débit et puissance consommée. Afin de supporter l’ensemble des besoins des applications des réseaux de microsystèmes communicants et l’évolution de l’environnement d’opération, la reconfigurabilité doit être implémentée dans les émetteur-récepteurs proposés. Ces travaux présentent une proposition de reconfigurabilité par paramètres, qui permet de supporter la plus grande gamme de reconfigurabilités multi propriétés (débit, taux d’erreur, portée, puissance consommée, …) de l’état de l’art. Enfin, pour valider par la mesure les travaux sur la reconfigurabilité et sur les architectures d’émetteur-récepteurs IR-UWB, des implémentations FPGA et ASIC sont réalisées. Un nouveau procédé de synchronisation et démodulation conjointe reconfigurable est proposé dans le récepteur IR-UWB BPSK S-Rake. Les mesures montrent que le circuit de traitement proposé améliore les performances en synchronisation, démodulation, efficacité, débit du réseau, consommation et complexité du circuit. L’émetteur-récepteur IR-UWB reconfigurable proposé atteint un débit et une gamme de reconfigurabilité supérieure à l’état de l’art. / The research work presented in this thesis is situated in the framework of wireless sensor networks (WSNs). The issue addressed is the design of a radio interface answering the specific needs of WSNs: simplicity, low cost, low power, small size, high data rate and reconfigurability. Current wireless technologies like WiFi, Bluetooth, and Zigbee are not able to respond to these requirements. Thus this study focuses on Impulse Radio Ultra-WideBand (IR-UWB) technology. At first, a joint study of the channel capacity and the hardware implementation is carried out to determine the optimal architecture of IR-UWB transceivers. This study proposes an architecture using multi-band IR-UWB (MB-UWB-IR) with a mixed implementation at 60 GHz with directional antennas. This solution is optimized according to the criteria of data rate and power consumption. To support the all the needs of WSN applications and to adapt to the evolution of the WSN’s environment, reconfigurability must be implemented in the proposed IR-UWB transceiver. This thesis presents a new solution: the reconfigurability by parameters. It supports the widest range of multi-property reconfigurability (with respect to data rate, bit error rate, radio range, power consumption, ...) of the state of the art. Finally, to validate these techniques by measurements, FPGA and ASIC implementations are realized by using the reconfigurability and the IR-UWB transceiver architecture proposed. A new method for joint synchronization and demodulation is proposed for a reconfigurable IR-UWB BPSK S-Rake receiver. The measurements show that the proposed technique improves the circuit performance: synchronization, demodulation, efficiency, network throughput, power consumption and complexity of the circuit. The proposed IR-UWB reconfigurable transceiver achieves a data rate and a wider range of reconfigurability compared to the state of the art

La réglementation mondiale, pour des appareils de courte portée, permet l’utilisation sans licence de plusieurs Gigahertz de bande autour de 60 GHz. La bande des 60 GHz répond aux besoins des applications telles que les réseaux de capteurs très haut débit autonome en énergie,ou les transmissions à plusieurs Gbit/s avec des contraintes de consommation d’énergie. Il y a encore peu de temps, les interfaces radios fonctionnant dans la bande millimétrique n’étaient réalisables qu’en utilisant des technologies III-V couteuses. Aujourd’hui, les avancées des technologies CMOS nanométriques permettent la conception et la production en masse des circuits intégrées radiofréquences (RFIC) à faible coût.Cette thèse s’inscrit dans des travaux de recherches dédiés à la réalisation d’un système dans un boîtier (SiP, System in Package) à 60 GHz contenant à la fois l’interface radio (bande de base et circuits RF) ainsi qu’un réseau d’antennes. La première partie de cette thèse est dédiée la conception de la tête RF de l’émetteur-récepteur à faible consommation pour l’interface radio. Les blocs clefs de cette tête RF (amplificateurs, mélangeurs et un oscillateur commandé en tension) sont conçus, réalisés et mesurés en utilisant la technologie CMOS 65 nm de ST Microelectronics. Des éléments actifs et passifs sont développés spécifiquement pour l’utilisation au sein de ces blocs. Une étape importante vers l’intégration de la tête RF complète de l’émetteur-récepteur est l’assemblage de ces blocs de base afin de réaliser une puce émetteur et une puce récepteur. A ce but, une tête RF pour le récepteur a été réalisée. Ce circuit présent une consommation et un encombrement plus réduit que l’état de l’art.La deuxième partie de cette thèse présente le développement des modèles comportementaux des blocs de base conçus. Ces modèles au niveau système sont nécessaires afin de simuler le comportement du SIP, qui devient trop complexe si des modèles détaillés du niveau circuitsont utilisés. Dans cette thèse, une nouvelle technique modélisant le comportement en régime transitoire et régime permanent ainsi que le bruit de phase des oscillateurs commandés en tension est proposée. Ce modèle est implémenté dans le langage de description de matérielVHDL-AMS. La technique proposée utilise des réseaux de neurones artificiels pour approximer la caractéristique non linéaire du circuit. La dynamique est décrite dans l’espace d’état. Grâce à ce modèle, il est possible de réduire d’une façon drastique le temps de calcul des simulations système tout en conservant une excellente précision / Worldwide regulations for short range communication devices allow the unlicensed use of several Gigahertz of bandwidth in the frequency band around 60GHz. This 60GHz band is ideally suited for applications like very high data rate, energy-autonomous wireless sensor networks or Gbit/s multimedia links with low power constraints. Not long ago, radio interfaces that operate in the millimeter-wave frequency range could only be realized using expensive compound semiconductor technologies. Today, the latest sub-micron CMOS technologies can be used to design 60GHz radio frequency integrated circuits (RFICs)at very low cost in mass production. This thesis is part of an effort to realize a low power System in Package (SiP) including both the radio interface (with baseband and RF circuitry) and an antenna array to directly transmit and receive a 60GHz signal. The first part of this thesis deals with the design of the low power RF transceiver front-end for the radio interface. The key building blocks of this RF front-end (amplifiers, mixers and a voltage controlled oscillator (VCO)) are designed, realized and measured using the 65nm CMOS technology of ST Microelectronics. Full custom active and passive devices are developed for the use within these building blocks. An important step towards the full integration of the RF transceiver front-end is the assembly of these building blocks to form basic transmitter and receiver chips. Circuits with small chip size and low power consumption compared to the state of the art have been accomplished.The second part of this thesis concerns the development of behavioral models for the designed building blocks. These system level models are necessary to simulate the behavior of the entire SiP, which becomes too complex when using detailed circuit level models. In particular, a novel technique to model the transient, steady state and phase noise behavior of the VCO in the hardware description language VHDL-AMS is proposed and implemented. The model uses a state space description to describe the dynamic behavior of the VCO. Its nonlinearity is approximated by artificial neural networks. A drastic reduction of simulation time with respect to the circuit level model has been achieved, while at the same time maintaining a very high level of accuracy

La technologie Ultra WideBand (UWB) sur fibre est une solution prometteuse pour répondre aux enjeux des futurs réseaux de communication WLAN/WPAN. Les caractéristiques de la fibre, incluant son énorme bande passante, offrent la possibilité d'une bonne qualité de service à longue portée. La propagation sans-fil UWB doit être réalisée sous des contraintes de densité spectrale de puissance particulières, imposées par l'autorité de régulation (FCC pour les Etats-Unis). La nouveauté de notre travail provient de I' exploitation des avantages d'un amplificateur optique à semi-conducteurs (SOA) afin d'obtenir une extension de portée à un coût et une complexité limités. Cependant, les effets non linéaires et le bruit d'émission spontanée amplifiée (ASE), intrinsèques à ce type de composant, sont susceptibles de dégrader la performance du système. La réduction de ces effets indésirables a donc été d'une importance centrale dans cette étude. Les non-linéarités du SOA ont été compensées en appliquant une solution de pré-distorsion analogique des formes d'ondes électriques. Un traitement basé sur phaser a également été proposé pour réduire simultanément I' influence de I'ASE et linéariser les caractéristiques du SOA, grâce à des opérations de chirping réparties entre l'émetteur et le récepteur. Avec la transmission Impulse Radio, en raison des propriétés temporelles des formats de modulation, des raies spectrales apparaissent, ce qui peut violer la limite FCC ou réduire I' efficacité énergétique. Une nouvelle technique de randomisation de formes d'ondes a été étudiée, qui s'est révélée efficace pour supprimer ces pics spectraux. Les trois approches ont montré un grand potentiel avec les formats On Off Keying et Pulse Position Modulation, à longue portée optique. Les performances d'une modulation différentielle Chaos Shift Keying ont finalement été examinées; une probabilité d'erreur inférieure a été obtenue expérimentalement en comparaison avec d'autres modulations non cohérentes. / Ultra WideBand (UWB) over fiber is a promising technology for meeting the demands of future wireless local-area networks (WLANs) and wireless personal-area networks (WPANs). Thanks to the enormous bandwidth and fiber characteristics, a high communication quality may be established at long reach. UWB wireless propagation must be achieved with special power and spectral constraints fixed by the regulatory bodies (e.g. US Federal Communication Commission). The novelty of our work originates from exploiting the benefits of a Semiconductor Optical Amplifier (SOA) so as to get a reach extension at limited cost and complexity. However, the inherent nonlinear effects and Amplified Spontaneous Emission (ASE) noise associated to such device may affect the system performance.Overcoming these impairments has been of central importance in this study. SOA nonlinearities have been mitigated by applying analog pre-distortion in electrical domain. Phaser-based processing was also proposed to simultaneously reduce ASE influence and linearize SOA characteristics, thanks to up/down chirping performed on the transmitter/receiver sides. With Impulse Radio UWB transmission, due to the time properties of modulation patterns, discrete lines arise in the corresponding spectrum, which may violate FCC limit or reduce the power efficiency. A new shape randomization technique has been investigated, which proved to be effective in suppressing these spectral spikes. The three approaches have shown a great potential with On Off Keying and Pulse Position Modulation formats at long optical reach.The performance of Differential Chaos Shift Keying was finally examined in the over fiber system, a lower error probability was experimentally achieved in comparison with other non-coherent modulations.

Les avancées technologiques de ces dernières années, combinées au succès avéré et toujours croissant des communications sans fil, ont tout naturellement donné naissance à un nouveau type de réseaux sans fil, communément appelés Body Area networks. A terme, ces réseaux corporels sans fil doivent permettre à un ensemble de senseurs bio-médicaux répartis sur le corps humain de communiquer, soit pour échanger des informations en vue d'un traitement en temps réel du patient, soit pour enregistrer des données physiologiques en vue d'une analyse ultérieure.<p><p>L’objectif de cette Thèse vise la réduction de la consommation énergétique au niveau des senseurs de sorte à leur garantir une autonomie de quelques mois, voire de quelques années. En réponse à cette contrainte énergétique, une association innovante de deux technologies émergentes est proposée, à savoir une combinaison des transmissions à ultra-large bande aux systèmes à multiples antennes. Une nouvelle architecture pour les réseaux corporels sans fil est donc envisagée pour laquelle les performances doivent être évaluées. Notre principale contribution à cet objectif consiste en la proposition d'une modélisation spatio-temporelle complète du canal de transmission dans le cadre de senseurs répartis autour du corps. Cette modélisation fait appel à la définition de nouveaux modèles, l'élaboration d'outils spécifiques d'extraction de paramètres et une compréhension fine des mécanismes de propagation liés à la proximité du corps humain. Ce manuscrit présente les résultats majeurs de nos recherches en cette matière.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The work in hand considers energy efficiency of data transmission in wireless networks with low data rate (=sensor networks). Often the network nodes are battery operated thus calling for node lifetimes of months or even years. Thus, energy efficiency becomes an important optimisation criteria when designing hardware as well as for the physical transmission, protocol design etc. In order to meet the tight energy constraints, it is necessary to optimise the system as a whole, not just single parameters. This work first shows a derived analysis model for calculating the energy consumption during data transmission. This model is based on a complex state diagram which is evaluated using Mason rules. Using this model the impact of individual parameters on the energy consumption can be computed. Herein the interference of other nodes is included as well. The individual parameters investigated include detection method, modulation scheme, error correction and channel access. The main conclusion is, that higher transmit power can yield decreased energy consumption if the time, which nodes spend in the energy intense active mode, is reduced. Ultra-Wideband-transmission (UWB) using short pulses (Impulse Radio-IR) is currently developing. The potential of this technology is a very simple power-efficient transmitter. Moreover, due to the short pulses, transmission time is short. These two facts promise an energy efficient operation in transmit mode. Nevertheless, performance of simple receivers is still quite low, especially in multi-path environments. Moreover there is the need of powerful synchronisation algorithms. Sensor networks usually possess multi-hop functionality. However, only in severe (block) fading channels multi-hop is more energy efficient than direct transmission. Supposed the transmit power is the same for all nodes, then the transmit power has to be dimensioned for the weakest link. Then, under certain conditions, cooperative relaying schemes can not capitalize the spatial diversity gain. - (This manuscript is also available - in the form of a book - from Dresden: Vogt (Verlag), ISBN:3-938860-02-2) / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Energieeffizienz der Datenübertragung in Funknetzwerken mit geringer Datenrate (=Sensornetzwerke). Die Netzknoten solcher Netzwerke sind zumeist batteriebetrieben und sollen Betriebsdauern von Monaten bis Jahren erreichen. Daher ist Energieeffizienz ein wichtiges Designmerkmal sowohl beim Hardwareentwurf als auch bei der physikalischen Übertragung, im Protokolldesign usw. Um den energetischen Beschränkungen gerecht zu werden, sollen nicht Einzelparameter optimiert werden, sondern das System insgesamt. In dieser Arbeit wird zunächst ein Analysemodell zur Berechnung des Energieverbrauchs bei der Datenübertragung entwickelt, welches diesen Forderungen gerecht wird. Dieses basiert auf einem komplexen Zustandsdiagramm, welches mit der Mason'schen Regel ausgewertet wird. Dieses Modell nutzend, kann der Einfluss von Einzelparametern auf den Energieverbrauch unter Berücksichtigung der Interferenzen anderer Netzknoten berechnet werden. Als Einzelparameter werden exemplarisch Detektionsverfahren, Modulation, Fehlerschutzkodierung und Kanalzugriff untersucht. Die Grunderkenntnis dieser Betrachtungenen ist, dass höhere Sendeleistungen zu geringerem Energieverbrauch führen, wenn dadurch die Zeit des Netzknotens im energieintensiven Aktiv-Mode verkürzt wird. Ultra-Wideband-Verfahren (UWB) mittels kurzen Pulsen (IR-UWB) befinden sich noch in einer frühen Entwickungsstufe. Das Potential liegt in einem sehr einfachen Senderaufbau, der sehr leistungseffiziente Sender ermöglicht. Aufgrund der kurzen Pulse ist zudem die Übertragungszeit sehr gering. Diese beiden Gegebenheiten lassen auf einen geringen Energieverbrauch hoffen. Allerdings ist die Leistungsfähigkeit von einfachen Empfängern insbesondere in Mehrwegekanälen sehr gering. Desweiteren gibt es noch intensiven Forschungsbedarf für leistungsfähige Synchronisationsalgorithmen. Sensornetzwerke verfügen im Allgemeinen über Multi-Hop-Funktionalität. Energetisch betrachtet, ist deren Einsatz aber nur in starken Blockschwundkanälen sinnvoll. Wird die Sendeleistung aller Netzknoten als konstant angenommen, muss die Sendeleistung auf die schwächste Verbindung dimensioniert werden. Bei kooperativen Vermittlungsverfahren kann dadurch unter bestimmten Bedingungen der räumliche Diversitätsgewinn nicht genutzt werden. - (Die Dissertation ist veröffentlicht im Verlag Vogt, Dresden, ISBN:3-938860-02-2)

The work done in this report as requested by H&amp;D Wireless is performed by using an already developed real time positioning system called Griffin Enterprise Positioning Service and integratingit with ultrasound sensors for presence detection in order to enable assets to park in a visualized environment being actualized by tagging the asset with radio technology hardware. The testing environment was deployed with radio technology hardware equipped for transmitting and receiving radio signals for position estimation of tagged objects where hardware tags emits radio signals being received by sensing radio technology chips called sensepoints which also serves as communication links for further data processing.The thesis focus is on evaluating how different radio technologies combined with different positioning techniques perform in terms of accuracy and precision in positioning tests to assess eachones positioning performance characteristic and the technologies upsides and downsides.This was firstly evaluated by comparing three different technology positioning techniques based on one for Bluetooth Low Energy and two using Ultra Wideband technology being subject to generic tests including a static, dynamic and a walking positioning test for each technology.These initial tests were utilized as a foreground to evaluate which of the two positioning techniques based on Ultra Wideband technology that would compete in the parking tests alongside Bluetooth Low Energy that would serve as the primary objective to accomplish in the thesis.A final implication on parking tags between the two technologies is that Bluetooth Low Energy had to be implemented with higher requirement restrictions for parking due to insufficient relative accuracy and precision in parking positioning which also limited its ability to be parked in alternative manners explored but with power efficiency as a highly valuable aspect for consideration of this technology. Parking tag using Ultra Wideband technology proved highly successful as it saw large distance margins to be allowed parking in all test cases as well as exhibiting sufficient positioning performance to be considered for alternative parking methods without risk of exposure for failed attempts of parking. / Arbetet utfört i denna rapport på order av H&amp;D Wireless utfördes genom att använda en redan utvecklat realtids positionerings tjänst vid namn Griffin Enterprise Positioning Service och integreradetta system med ultraljudssensorer för närvaro upptäckning för att på så sätt göra det möjligt för tillgångar att parkera i en visualiserad miljö möliggjord av att märkta tillgångar, också kallade taggar, med radioteknologisk hårdvara. Test miljön var utformad med radioteknologisk hårdvara föratt kunna sända och ta emot radio signaler för positionerings estimering av märkta objekt där dessa taggar utsänder radio signaler som upptas av kännande radioteknologiska chip som kallas för sensepoints vilka också tjänar som kommunikationslänkar för vidarearbetning av data.Uppsatsen fokuserar på att utvärder hur radioteknologierna Bluetooth Low Energy och Ultra Wideband tillsammans med förbestämda positionerings tekniker presterar i termer av noggranhet och precision i positionerings tester för att kunna bedöma varderas positionerings karakteristiska prestanda och teknologiernas fördelar och nackdelar. Detta påbörjades genom att utvärdera tre olika teknologiska positioneringstekniker baserade på en med Bluetooth Low Energy och två med Ultra Wideband teknologi som utsattes av generiska tester,som inkluderar ett statisk, dynamiskt och gående positionerings test genomfört för vardera teknologi. Dessa initiala tester användes som grund för att utvärdera vilka två av positionerings teknikerna baserade på Ultra Wideband teknologi som skulle utgöra kandidat i parkerings testerna vid sidan om Bluetooth Low Energy vilket var det primära målet att genomföra i uppsatsen.En följd av att parkera taggar mellan de två teknologierna var att Bluetooth Low Energy krävde högre restriktioner vid implementering för parkering eftersom den uppvisade relativ otillräcklig noggranhet och precision i dess parkerings positionering vilket också begränsade dess förmåga att kunna parkera med alternativ parkings metoder förslagna i rapporten medan dess låga effektförbrukning som en fördelaktig aspekt vid övervägande av tekniken. Att parkera en tagg med Ultra Wideband teknologi demonstrerade framgångsrika resultat då den såg stora avståndsmarginaler för att tillåtas parkera i alla testfall såväl som uppvisande av tillräcklig hög positionerings prestanda för att kunna övervägas med alternativa parkerings metoder utan risk för misslyckade försök till att bli parkerad.

Heart dysfunction is a worldly widespread problem that currently is one of the leading causes of death. Studies indicate that many deaths related to cardiac dysfunction could have been prevented if discovered early. Contemporarily, ultrasound and electrocardiography are indispensable modalities for diagnostic purposes and analysis of cardiac function. The Ventricorder is an Ultra-Wideband radar sensor manufactured by the Norwegian company Novelda. Ventricorder has been shown to be able detect heart movements and breathing but its actual clinical value remains to be investigated. The Cardiac State Diagram (CSD) is a pre-clinical software tool for visualization of the heart's mechanical function. The CSD is confirmed by pilot studies to be able to constitute a basis for diagnosis and cardiac function assessment. Theoretically, the CSD is well suited to be used with the Ventricorder since the Ventricorder detects small changes over time and information about time events is all that is required for the creation of a CSD. Contemporarily, ultrasound tissue velocity imaging (TVI) is usually used for production of CSDs and in this master thesis we examined if the Ventricorder can be used to produce CSDs. This was done by mainly comparing velocity data from the Ventricorder with velocity data from temporally synchronized apical four-chamber images acquired with ultrasound TVI. The results indicate that there is an apparent correlation between these data sets and the Ventricorder should therefore be able to produce data that could constitute the basis for the production of a CSD. What remain now is to confirm these results statistically with a larger test group and to investigate whether all the time instants needed for the production of a CSD can be identified objectively. / Hjärtdysfunktion är ett värdsligt utbrett problem som ligger bakom många dödsfall varje år. Studier har visat att många dödsfall som är relaterade till hjärtdysfunktion hade kunnat förebyggas om de upptäckts i tid. För närvarande är bland annat ultraljud och EKG oumbärliga metoder för diagnostisering och analys av hjärtfunktion. Ventricorder är en typ av radarsensor som utnyttjar ett brett frekvensspektrum, så kallat Ultra Wideband, och är tillverkad av det norska företaget Novelda. Ventricorder har visat sig kunna detektera exempelvis hjärtrörelser och andning men dess kliniska värde har ännu inte undersökts. Cardiac State Diagram (CSD) är ett prekliniskt mjukvaruverktyg för att visualisera hjärtats mekaniska funktion och som har bekräftats genom pilotstudier att kunna användas som underlag för diagnostik och bedömning av hjärtats funktion. Teoretiskt sett är CSD väl lämpat för att användas med Ventricordern eftersom Ventricordern registrerar små rörelser över tid och just ändringar över tid är precis vad som behövs för att skapa ett CSD. I dagsläget används vanligen vävnadsdoppler (TVI) för produktion av CSD och i denna masteruppsats undersöktes huruvida Ventricorder kan användas för att producera CSD. Detta gjordes genom att jämföra mätdata från Ventricorder med temporalt synkroniserade apikala fyrkammar-bilder framställda med vävnadsdoppler. Resultaten indikerar att det finns en påtaglig korrelation mellan dessa data och att mätdatat från en Ventricorder således bör kunna användas för produktion av CSD. Det kvarstår att bekräfta dessa resultat statistiskt med en större testgrupp och att undersöka om samtliga tidsmarkörer som behövs för produktion av ett CSD kan identifieras objektivt.

This thesis introduces the circuit and system design of interactive Radio-Frequency Identification (RFID) for Internet of Things (IoT) applications. IoT has the vision of connectivity for anything, at anytime and anywhere. One of the most important characteristics of IoT is the automatic and massive interaction of real physical world (things and human) with the virtual Internet world.RFID tags integrated with sensors have been considered as one suitable technology for realizing the interaction. However, while it is important to have RFID tags with sensors as the input interaction, it is also important to have RFID tags with displays as the output interaction.Display interfaces vary based on the information and application scenarios. On one side, remote and centralized display interface is more suitable for scenarios such as monitoring and localization. On the other side, tag level display interface is more suitable for scenarios such as object identification and online to offline propagation. For tag level display, though a substantial number of researches have focused on introducing sensing functionalities to low power Ultra-High Frequency (UHF) RFID tags, few works address UHF RFID tags with display interfaces. Power consumption and integration with display of rigid substrate are two main challenges.With the recent emerging of Electronic Paper Display (EPD) technologies, it becomes possible to overcome the two challenges. EPD resembles ordinary ink on paper by characteristics of substrate flexibility, pattern printability and material bi-stability. Average power consumption of display is significantly reduced due to bi-stability, the ability to hold color for certain periods without power supplies. Among different EPD types, Electrochromic (EC) display shows advantage of low driving voltage compatible to chip supply voltage.Therefore this thesis designs a low power UHF RFID tag integrated in 180 nm CMOS process with inkjet-printed EC polyimide display. For applications where refresh rate is ultra-low (such as electronic label in retailing and warehouse), the wireless display tag is passive and supplied by the energy harvested from UHF RF wave. For applications where refresh rate is not ultra-low (such as object identification label in mass customized manufacturing), the wireless display tag is semi-passive and supplied by soft battery. It works at low average power consumption and with out-of-battery alert. For remote and centralized display, the limitations of uplink (from tags to reader) capacity and massive-tag information feedback in IoT scenarios is the main challenge. Compared to conventional UHF RFID backscattering whose data rate is limited within hundreds of kb/s, Ultra-wideband (UWB) transmission have been verified with the performance of Mb/s data rate with several tens of pJ/pulse energy consumption.Therefore, a circuit prototype of UHF/UWB RFID tag replacing UHF backscattering with UWB transmitter is implemented. It also consists of Analog-to-Digital Converter (ADC) and Electrocardiogram (ECG) electrodes for healthcare applications of real-time remote monitoring of multiple patients ECG signals. The ECG electrodes are fabricated on paper substrate by inkjet printing to improve patient comfort. Key contribution of the thesis includes: 1) the power management scheme and circuit design of passive UHF/UWB RFID display tag. The tag sensitivity (the input RF power) is -10.5 dBm for EC display driving, comparable to the performance of conventional passive UHF RFID tags without display functions, and -18.5 dBm for UWB transmission, comparable to the state-of-the-art performance of passive UHF RFID tag. 2) communication flow and circuit design of UHF/UWB RFID tag with ECG sensing. The optimum system throughout is 400 tags/second with 1.5 KHz ECG sampling rate and 10 Mb/s UWB pulse rate. / <p>QC 20151012</p>

L'activité de recherche scientifique effectuée dans le cadre de mon doctorat de sciences s'est déroulée dans le secteur de la conception de circuits intégrés radiofréquences pour des systèmes ultra-wideband (UWB) et aux ondes millimétriques, et s'est articulée comme suit: (i) circuits intégrés radiofréquences pour émetteur-récepteurbasse puissance pour réseaux locaux wireless; (ii) radar UWB complètement intégré pour la surveillance cardio-pulmonaire en technologie 90nm CMOS; (iii) amplificateurs faible bruit (LNA) à 60 GHz en technologie standard 65nm CMOS. / The research activity carried out during this PhD consists on the design of radio- frequency integrated circuits, for ultra-wideband (UWB) and millimeter-wave sys- tems, and covers the following topics: (i) radio-frequency integrated circuits for low-power transceivers for wireless local networks; (ii) fully integrated UWB radar for cardio-pulmonary monitoring in 90nm CMOS technology; (iii) 60-GHz low noise amplifer (LNA) in 65nm CMOS technology.

Chan, Pui Wai. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 81-83). / Abstracts in English and Chinese. / Abstract --- p.ii / Acknowledgement --- p.iv / Contents --- p.v / Chapter I. --- Introduction --- p.1 / Chapter II. --- Details of UWB System --- p.3 / Background --- p.3 / Technical Information --- p.3 / Applications --- p.11 / Chapter III. --- Theoretical Explanation on Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Technology --- p.13 / Chapter IV. --- Design of OFDM De-modulator --- p.21 / Multipath Delay Commutator (MDC) --- p.24 / Single-path Delay Feedback (SDF) --- p.25 / Multipath Delay Feedback (MDF) --- p.27 / Chapter V. --- Designs of Multipliers in UWB FFT module --- p.33 / Twiddle Factor Multiplication - Group 1 --- p.33 / Twiddle Factor Multiplication - Group 2 --- p.34 / Twiddle Factor Multiplication - Group 3 --- p.45 / Baugh-Wooley Algorithm --- p.46 / Modified-Booth Algorithm --- p.47 / Hardware Architecture of Multipliers --- p.54 / Partial Product Accumulator - Array Architecture --- p.55 / Partial Product Accumulator - Tree Architecture --- p.59 / Fixed-width Multiplier --- p.61 / Chapter VI. --- Comparison Methodology --- p.65 / Standard Cell Design Flow --- p.66 / FPGA Design Flow --- p.69 / Chapter VII. --- Simulation Results and Discussion --- p.71 / Simulation results of FFT module using Standard Cell Methodology --- p.71 / Simulation results of FFT module using FPGA Methodology --- p.74 / Discussion on Simulation results of FFT module using ASIC and FPGA Methodology --- p.77 / Area / Slice Usage --- p.77 / Power Consumption --- p.77 / APS/SPS --- p.78 / General Guidelines For Designing FFT Module For Other Systems --- p.78 / Chapter VIII. --- Conclusion --- p.80 / Chapter IX. --- Future Works --- p.80 / Reference --- p.81