Laboratoire TIMA

Thèses soutenances


« Conversion Temps-Numérique basée sur un Oscillateur Auto-Séquencé ».

Candidat : A. El Hadbi

Directeur de thèse : L. Fesquet

Président du jury : S. Basrour

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université Grenoble Alpes

Spécialité : Nanoélectronique et Nanotechnologies

Soutenance : November 20th, 2019 - 14:00 MINATEC - Amphi Z108

Résumé

Les convertisseurs temps-numérique (TDC) sont devenus incontournables dans les systèmes intégrant une mesure très précise du temps. Ils sont utilisés dans de nombreux domaines d’application tels que la physique nucléaire, la métrologie, les télécommunications et le positionnement par satellite. Les approches entièrement numériques sont aujourd’hui adoptées pour tirer parti de la faible consommation et de la petite taille des circuits intégrés. Cette thèse propose une nouvelle architecture de TDC basée sur un oscillateur auto-séquencé (STR), capable de fournir une très haute résolution sans nécessité de moyenner. En fait, le TDC proposé peut théoriquement atteindre une résolution temporelle aussi fine que souhaitée en augmentant simplement le nombre d’étages de l’oscillateur. En effet, le STR est un oscillateur multi-phases pouvant fournir une phase par étage. Ainsi, ce TDC exploite les différentes phases de l’oscillateur qui sont régulièrement espacées grâce aux propriétés analogiques spécifiques des STRs. Ainsi, une base de temps peut être extraite du STR et appliquée à la mesure du temps. Cette thèse démontre les avantages d’un tel TDC en termes de précision, de calibration et de coût réduit ainsi que ces aptitudes à effectuer des mesures à la volée. Les limites du TDC, essentiellement dues à la gigue du STR, sont également abordées. Après une première implémentation sur FPGA, un prototype ASIC a été conçu, fabriqué et testé validant cette nouvelle classe de TDC.

 

« Approches de commande pour des objectifs d'estimation - Application au courant tunnel et aux processus de lévitation magnétique ».

Candidat : A. Popescu

Directeur de thèse : G. Besançon

Président du jury : P. Lutz

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université Grenoble Alpes

Spécialité : Systèmes Automatiques et Microélectroniques

Soutenance : November 25th, 2019 - 10:30 GIPSA Lab - Salle Mont-Blanc

Résumé

Cette thèse de doctorat regroupe ses principales contributions dans le domaine des observateurs de systèmes dynamiques, motivés à l'origine par des applications en systèmes MEMS ou NEMS (systèmes micro ou nano électromécaniques), avec un cas plus particulier lié au tunneling. Il est également arrivé d’envisager des expériences avec un système de lévitation magnétique.

Les contributions de cette thèse sont de deux types, en fonction de ses deux parties principales:
1. Partie méthodologique: concevoir différentes stratégies de contrôle pour obtenir des observateurs en utilisant le paradigme basé sur le contrôle. En particulier, nous nous sommes concentrés sur la non-optimale approches (comme Proportionnelle et Proportionnelle-Intégrale), optimale (Linéaire Régulateur Quadratique et Linéaire Quadratique Intégrateur) et méthodes sous-optimales (Contrôleur Hinf). De plus, nous nous concentrons sur les deux principaux moyens de formuler un problème de contrôle (poursuite). C'est-à-dire Le problème de régulation du retour d’erreur et Le problème de régulation en utilisant l'information complète d’état.
2. Partie expérimentale: application des méthodes obtenues pour améliorer l’imagerie topographique à l’aide d’un microscope basé sur l’effet tunnel et à l’amélioration de l’estimation de perturbation sur les entres pour un processus de lévitation magnétique

Plus précisément, chaque partie prendra la forme de deux chapitres:
1. Chapitre II, consacré à une introduction formelle et à une discussion contributive sur l’approche "observateur basée sur le contrôle" que cette thèse étudie, et le chapitre III, qui porte sur l’utilisation de cette approche pour la conception d’un nouveau concept d’observateur robuste, en particulier dans un cadre Hinf
2. Chapitre IV, relatif à l’application STM, et Chapitre V, présentant l’affaire MAGLEV.
Un dernier chapitre VI résume les principales conclusions de ce travail ainsi que certaines perspectives.

 

« Contrôle du spectre électromagnétique d’un circuit numérique asynchrone ».

Candidat : S. Germain

Directeur de thèse : L. Fesquet

Président du jury : L. Hébrard

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université Grenoble Alpes

Spécialité : Nanoélectronique et Nanotechnologies

Soutenance : November 25th, 2019 - 10:00 MINATEC - Amphi M001

Résumé

La compatibilité électromagnétique des circuits est devenue un enjeu majeur en conception numérique. Des méthodes de conception existent déjà pour réduire de manière qualitative le rayonnement des circuits synchrones. Cependant, il est difficile de réduire les harmoniques du spectre dues au signal d’horloge. La logique asynchrone est une alternative très intéressante, qui permet d’éviter la commutation simultanée de tous les éléments de mémorisation et de supprimer les harmoniques de l’horloge. Nous avons développé un flot de conception pour mettre en forme le rayonnement électromagnétique et ainsi répondre aux normes de compatibilité électromagnétique. Notre méthode s’applique à des circuits asynchrones. Une analyse temporelle statique permet d’extraire les délais à insérer dans le chemin de contrôle nécessaire au respect des hypothèses temporelles. Cette analyse sert aussi à annoter le modèle du circuit dans un simulateur analogique rapide, qui a été développé spécifiquement pour extraire sa consommation de courant. Grâce à ce simulateur, en calculant la transformée de Fourier, il est possible de remonter au spectre électromagnétique. Un algorithme génétique est alors utilisé pour créer des combinaisons de délais, permettant de mettre en forme le spectre selon le gabarit spécifié. Des mesures électromagnétiques sur un circuit de test, fabriqué en technologie CMOS 40 nm STMicroelectronics, ont montré que notre méthode permet de contrôler le rayonnement électromagnétique du circuit.

 

« Polarisation de substrat à partir de micro-générateurs distribués pour une gestion de l’énergie pilotée par l’activité dans les technologies FD-SOI ».

Candidat : O. Rolloff

Directeur de thèse : L. Fesquet

Président du jury : B. Allard

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université Grenoble Alpes

Spécialité : Nanoélectronique et Nanotechnologies

Soutenance : December 3rd, 2019 - 10:00 MINATEC - Amphi Z108

Résumé

Avec la croissance exponentielle des systèmes embarqués et des objets appelés IoT, les besoins de réduction de la consommation d'énergie pour des raisons environnementales et économiques requièrent de meilleures stratégies de gestion de l'énergie qui ne compromette pas les performances des circuits. Or, les transistors CMOS atteignent aujourd’hui des limites physiques en dimension et les possibilités d'amélioration des circuits intégrés sont désormais plutôt du côté de la conception.A cet égard, il est intéressant de noter que la consommation énergétique des circuits numériques complexes est excessive durant les périodes d'inactivité et qu’ils ont une propension à activer plus de blocs logiques que nécessaire durant les périodes d’activité. Ces inconvénients résultent essentiellement du paradigme synchrone. Les circuits asynchrones possèdent, quant à eux, des signaux de synchronisation locaux qui limitent l'activation inutile des blocs dans les circuits permettant ainsi d’avoir un mode « faible consommation » natif. De plus, ces signaux sont également utilisables pour gérer localement la polarisation du substrat dans les technologies FD-SOI (Fully Depleted Silicon On Insulator) afin d'économiser de l'énergie. Cette thèse propose une stratégie dédiée aux circuits asynchrones pour qu’ils exploitent efficacement la polarisation du substrat dans les technologies FD-SOI. Tout d'abord, une analyse de la technologie FD-SOI a été réalisée afin de comprendre les degrés de liberté supplémentaires offerts aux concepteurs, notamment en contrôlant la tension de seuil des transistors (Vth) grâce à la polarisation du substrat. Cette dernière est en effet capable de modifier la vitesse du transistor et sa consommation d'énergie. Dans un second temps, une cellule standard dédiée à la polarisation du substrat a été conçue à partir d’une architecture de level shifter. Cette cellule permet d'adapter localement la tension de polarisation du substrat. Enfin, nous avons proposé un dispositif distribué de gestion de l’énergie, qui est piloté par l'activité. Ainsi, il est possible gérer aisément un grand nombre de domaines polarisés (BBDs). Finalement, les techniques mentionnées ci-dessus ont été mises en œuvre et testées dans une puce conçue en technologie FD-SOI 28 nm de STMicroelectronics.

 

« Développement de solutions BIST (Built-In Self-Test) pour circuits intégrés radiofréquences/millimétriques ».

Candidat : F. Cilici

Directeur de thèse : S. Mir

Président du jury : T. Parra

Thèse de Doctorat : These de Doctorat, Université Grenoble Alpes

Spécialité : Micro et Nano Electronique

Soutenance : December 17th, 2019 - 10:30 VIALLET - Amphi Gosse

Résumé

Les technologies silicium récentes sont particulièrement prônes aux imperfections durant la fabrication des circuits. La variation des procédés peut entrainer une dégradation des performances, notamment aux hautes fréquences. Dans cette thèse, plusieurs contributions visant la réduction des coûts et de la complexité du test des circuits millimétriques sont présentées. Dans ce sens, deux sujets principaux ont fait l'objet de notre attention : a) le test indirect non-intrusif basé sur l’apprentissage automatique et b) la calibration non-itérative "one-shot". Nous avons en particulier développé une méthode générique pour implémenter un test indirect non-intrusif basé sur l’apprentissage automatique. La méthode vise à être aussi automatisée que possible de façon à pouvoir être appliquée à pratiquement n'importe quel circuit millimétrique. Elle exploite les modèles Monte Carlo du design kit et des informations de variations du BEOL pour proposer un jeu de capteurs non-intrusifs. Des mesures à basses fréquences permettent ensuite d'extraire des signatures qui contiennent des données pertinentes concernant la qualité des procédés de fabrication, et donc a fortiori de la performance du circuit. Cette méthode est supportée par des résultats expérimentaux sur des PAs fonctionnant à 65 GHz, conçus dans une technologie 55 nm de STMicroelectronics. Pour s'attaquer plus encore à la dégradation des performances induite par les variations des procédés de fabrication, nous nous sommes également penchés sur une procédure de calibration nonitérative. Nous avons ainsi présenté un PA à deux étages qui peut être calibré en post-fabrication. La méthode de calibration exploite une cellule de découplage variable comme moyen de modifier les performances de l'amplificateur. Des moniteurs de variations des procédés de fabrication, placés dans les espaces vides du circuit, sont utilisés afin de prédire la meilleure configuration possible pour les cellules de découplage variables. La faisabilité et les performances de cette approche ont été validés en simulation.