Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation comportementale (électronique)'

Ce mémoire traite de la modélisation comportementale des composants de puissance en commutation. Un formalisme original de modélisation a été développé: chaque composant est considéré comme une boite noire. Ce formalisme permet une représentation correcte du comportement du composant à la commutation, exige peu de paramètres physiques à extraire, entraîne une association aisée de différentes boites noires et un bon comportement numérique. Deux composants sont modélises la diode et le transistor MOS de puissance. Le modèle de la diode, bien que basé sur les équations des semi-conducteurs, est original et donne après une étude de validation une entière satisfaction. Le modèle du transistor MOS est une nouvelle formulation des modèles classiques, il tient compte des capacités variables et donne des résultats cohérents avec l'expérience. L'association de ces deux modèles est un résultat original, en effet c'est la première fois qu'il est possible de simuler aussi correctement de telles associations. Cette étude est une étape importante dans la simulation complète des convertisseurs statiques de puissance
This thesis treats the behavioural modelling of switching power devices. An original formalism has been developed where each device is considered as a black box. While requires few parameters to be switching device. Moreover, it permits the association of different black boxes and offers a good numerical behaviour. Both the diode and the MOS transistor are modelled. Although the model of diode is based on the semiconductor equation it is original and entirely satisfactory. The model takes into account the variable capacitances and gives results which are in a good agreement with the experiment. An original result is the association of the above two models which, for the first time, make possible to simulate correctly such association. This study is an important step for the complete simulation of static power converter

La compatibilité électromagnétique est un élément primordial qui permet de faire coexister entre eux différents systèmes électrique, électronique, informatique. . . D'ailleurs la commercialisation d'un produit est conditionné au respect de la norme associée. Lorsque les limites imposées sont dépassées le confinement et le filtrage sont des solutions de dernière minute dont dispose l'industriel, avec pour inconvénient un surcoût non négligeable. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a été d'aborder le problème de CEM dans les convertisseurs statiques en identifiant les sources (origines) des perturbations. Dans ce but, nous avons analysé les formes temporelles de commutation en vue de construire un outil d'aide à la conception : ASPECT (Analyse à la Source des Perturbations de l'Electronique de CommuTation) permettant d'aborder le plus tôt possible un problème CEM susceptible d'être rencontré au niveau d'un convertisseur. Cet outil est interactif en temps et en fréquence, et il autorise l'étude de commutations différentes: théoriques, expérimentales, simulées. Une technique originale d'analyse de la commutation a permis de séparer l'interdépendance entre le front d'ouverture et le front de fermeture afin de permettre l'étude séparée des éléments d'une cellule élémentaire comme l'interrupteur, la diode, ou la connectique. Nous avons pu constaté combien ASPECT pouvait anticiper et résoudre rapidement un problème de CEM en identifiant l'impact perturbateur d'un-élément donné par rapport à un autre. Des mesures effectuées dans des conditions normatives pour un convertisseur en fonctionnement nous ont permis de retrouver les mêmes tendances que celles produites lors d'un mode de fonctionnement impulsionnel (MONOCOUP)
Moreover increasing switching frequencies of converters induces increases of high frequencies part of parasitic spectrum. As a consequence, that power electronic equipment's EMC performances are very difficult to analyse. Because it is very important to be able to separate influences of switch ON and switch OFF phases on generated frequency spectrum, we have developped a tool : ASPECT (Source's Analyse of Perturbations in Electronic CommuTation), to analyse in time and in frequency, the voltage and the current waveforms of a a very simple converter : the switching cell. The work realized in this thesis treats the problem of CEM in static converter by identifying the source of perturbation : we have analyzed temporal form of commutation. ASPECT is interactive in time and in frequency, and it authorizes the different commutation study's : theoretical, experimental, simulate. We will apply our tool for helping the engineer in his choice of a cell taking electromagnetic disturbances and losses into account

Les concepteurs de circuits intégrés passent par des étapes de simulations qui leur permettent de réduire les coûts de fabrication. Cependant, dans le domaine analogique, l'intégration d'un grand nombre de fonctions rend souvent impossibles les simulations, à cause des problèmes de convergences et augmente considérablement les temps de simulations. Une solution consiste à remplacer lors des simulations, les blocs constitutifs de ces circuits par leurs modèles respectifs afin d'étudier le comportement des systèmes dans des temps très courts. L'objectif et l'originalité de ce travail de recherche consistent à réaliser des modèles d'ordre progressif de fonctions électroniques de base, très utilisées dans l'instrumentation et dans les télécommunications, tout en maintenant un compromis acceptable entre simplicité et précision. La technique de modélisation proposée consiste à créer des modèles simples, en ne considérant que les principaux paramètres intervenant dans la fonctionnalité de ces circuits. Nous présentons donc des macromodèles paramétrables de haut niveau d'un oscillateur contrôlé en tension et d'une boucle à verrouillage de phase. Partant de leur topologie en technologie bipolaire, nous réalisons des modèles d'ordre variable, valables quelle que soit la zone de fonctionnement qui prennent en compte les incertitudes des paramètres principaux des transistors (courant de saturation, gain direct en courant) et les variations en température. Les modèles réalisés sont utilisés dans le simulateur PSPICE, et sont validés par comparaisin de résultats de simulations avec les mesures effectuées avec IC-CAP. L'ensemble de l'étude montre que la technique de modélisation proposée permet de développer des modèles de haut niveau de fonctions électroniques complexes, qui ne consomment pas trop de temps de calcul tout en gardant une bonne précision.

Que ce soit dans un contexte de communications numériques, de radar ou de guerre électronique, les chaînes d’émission et de réception réalisant ces fonctions sont constituées de composants non-linéaires. Ces derniers opèrent sur les signaux d’intérêt les opérations cruciales d’amplification, de transposition en fréquence, et de conversion du monde analogique de propagation de ces signaux, au monde numérique de leur traitement. Dans tous les contextes cités, la dynamique instantanée est un critère de performance clé, déterminant la fuite spectrale à l’émission, contraignant le débit à la réception de signaux de communication, ou encore qualifiant la capacité à recevoir des échos de puissances différentes en radar. L’augmentation de la dynamique instantanée peut se faire au niveau de la conception des chaînes, tant dans le choix des composants que dans leur ordonnancement, et relève alors d’un processus de conception long et fastidieux, résultant en un sacrifice au niveau du coût, de l’encombrement ou de la consommation. L’autre façon d’augmenter la dynamique instantanée, qui fait l’objet de ce manuscrit, est la linéarisation par traitement numérique, basée sur la modélisation comportementale de la chaîne d’émission ou de réception.Cette linéarisation repose sur trois phases intrinsèquement imbriquées, la modélisation comportementale, l’identification des paramètres du modèle, et la compensation des défauts non-linéaires. Après avoir introduit le contexte applicatif de ces travaux, nous débutons ce manuscrit par le développement de modèles à temps continus, basés sur la dérivée du signal. Nous prenons ainsi le parti de s’extraire du formalisme des séries de Volterra, reposant sur le concept d’effet mémoire, afin de retrouver l’intuition physique de la description de la distorsion vis-à-vis des variations instantanées du signal. Nous scindons ensuite l’identification des paramètres de ces modèles en deux phases. La caractérisation tout d’abord, regroupe les méthodes basées sur signaux multi-tons, associant un formalisme relativement simple et une mise en œuvre aisée. Cette première phase est donc appliquée à l’étude du comportement non-linéaire, et au dimensionnement du modèle. La deuxième phase, dite de calibrage, désigne l'identification des paramètres de ce modèle à partir de bruit blanc, par corrélation, nécessitant donc un formalisme plus lourd mais permettant une identification plus exhaustive, destinée à un déploiement embarqué sur FPGA. A ce titre, une première réécriture du modèle proposé est introduite, sur une base de fonctions orthogonales, pour la diagonalisation du système de corrélations. Une deuxième réécriture est effectuée pour appliquer la théorie du filtrage multicadence à l’élimination de la distorsion repliée dans la bande d’échantillonnage. Le dernier objet de ces travaux de thèse est l'application des méthodes présentées à la réalisation d'un calibrage mis en œuvre in situ, de façon à pouvoir s'adapter de façon dynamique à la variation de la distorsion non-linéaire de la chaîne au regard de l'évolution de l'environnement du radar aéroporté. Cette mise en œuvre suppose l'utilisation de la chaîne d'émission afin d'injecter le stimulus de calibrage dans la chaîne de réception. Nous proposons ainsi un procédé permettant la distinction des contributions non-linéaires des chaînes d’émission et de réception à l'observation de la sortie de leur cascade, afin de n'identifier que les défauts de la chaîne de réception, pour la linéarisation du signal capté par l'antenne
Whether in the context of digital communications, radar or electronic warfare, the transmission and reception chains performing these functions are made up of non-linear components. The latter carry out on the signals of interest the crucial operations of amplification, frequency transposition, and conversion from the analog world of propagation of these signals to the digital world of their processing. In all the contexts mentioned, the instantaneous dynamics is a key performance criterion, determining the spectral leakage at transmission, constraining the flow rate at reception of communication signals, or qualifying the capacity to receive echoes of different powers in radar.Increasing the instantaneous dynamics can be done through the design of the chains, both in the choice of components and in their ordering, and then involves a long and tedious design process, resulting in a sacrifice in terms of cost, size or consumption. The other way of increasing the instantaneous dynamics, which is the subject of this manuscript, is linearization by digital processing, based on behavioral modeling of the transmission or reception chain.This linearization is based on three intrinsically intertwined phases, behavioral modeling, identification of model parameters, and compensation of non-linear faults. After introducing the application context of this work, we begin this manuscript with the development of continuous-time models, based on the derivative of the signal. We thus opt to escape from the formalism of the Volterra series, based on the concept of memory effect, in order to rediscover the physical intuition of the description of the distortion with respect to instantaneous variations of the signal. We then split the identification of the parameters of these models into two phases. Characterization, first of all, brings together methods based on multi-tone signals, combining a relatively simple formalism and easy implementation. This first phase is therefore applied to the study of non-linear behavior, and to the sizing of the model. The second phase, calibration, designates the identification of the parameters of this model from white noise, by correlation, therefore requiring a heavier formalism but allowing a more exhaustive identification, intended for an embedded deployment on FPGA. As such, a first rewriting of the proposed model is introduced, on the basis of orthogonal functions, for the diagonalization of the correlation system. A second rewriting is carried out to apply the theory of multi-rate filtering to the elimination of the aliased distortion in the sampling band. The last object of this thesis work is the application of the methods presented to the realization of a calibration implemented in situ, so as to be able to adapt dynamically to the variation of the non-linear distortion of the chain with regard to the evolution of the airborne radar environment. This implementation assumes the use of the transmission chain in order to inject the calibration stimulus into the reception chain. We thus propose a method allowing the distinction of the non-linear contributions of the transmission and reception chains to the observation of the output of their cascade, in order to identify only the defects of the reception chain, for the linearization of the signal captured by the antenna

Les composants passifs, tels que les résistances, bobines et condensateurs, sont largement utilisés dans les applications d'électronique de puissance, essentiellement dans les filtres CEM. Les éléments parasites de ces composants et l'impact des conditions de service (température, tension et courant) sur leur comportement en fréquence est très considérable et ne doit pas être négligé ; ces effets indésirables ont un impact majeur sur les performances du circuit passif global. Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la caractérisation expérimentale et la modélisation via la mesure des composants passifs utilisés en électronique de puissance, dans le but d'estimer et de contrôler le comportement CEM de chaque composant. Le travail de recherche réalisé s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre l'institut VeDeCoM (Véhicule décarboné et Communicant et de sa Mobilité) et l'Institut de Recherche en Systèmes Eléctroniques EMbarqués (IRSEEM). Cette thèse expose deux approches (expérimentale et par modélisation) qui ont conduit à l'élaboration de modèles de composants passifs en intégrant les conditions de service, telles que la température. Les modèles développés sont simulés pour plusieurs valeurs de températures et de conditions de charge imosées. Afin de valider ces modèles, les résultats de simulation obtenus sont comparés aux données de mesure dans le domaine fréquentiel. Les modèles développés sont ensuite transcrits en langage VHDL-AMS pour faciliter leur intégration dans les différentes plateformes de simulation électrique. Finalement, ces modèles comportementaux sont par la suite exploités pour modéliser une structure d'un filtre CEM en intégrant les variations de la température de fonctionnement. Cette modélisation est validée expérimentalement en comparant, sous différentes contraintes, le comportement réel du filtre étudié avec les résultats de simulation de son modèle électrique développé
Passive components, such as resistors, chokes and capacitors, are widely used in power electronic applications, especially in EMI passive filters. The parasitic elements of these components and the impact of operating conditions (temperature, voltage and current) on their frequency behavior are very significant and should not be neglected; these unwanted effects have a major impact on the global passive circuit performances. This thesis deals with characterization by measurement and modeling of passive components used in power electronics devices, with the aim of estimating and controlling the electromagnetic compatibility of such devices. The thesis was conducted in collaboration with the VeDeCoM and IRSEEM Institutes, including several industry partners of the automotive and avionic sectors. This thesis describes an experimental / modeling approach towards the production of sophisticated models of passive devices, with the inclusion of operational conditions (like temperature effects). The new models are simulated for several values of temperature and load conditions, the obtained results are compared to the experimental measurements in the frequency domain. The developed models are then translated to VHDL-AMS language for an easy implementation in most electrical simulation softwares. Finally, these behavioral models of passive components are subsequently used to model a structure of an EMI filter by integrating the variations of its operating temperature. This model is validated experimentally by comparing, under different constraints, the real behavior of the filter with the simulation results of its developed model

L'optimisation de l'association « antenne - système» est une préoccupation majeure des concepteurs de tags RFID UHF et micro-ondes. L'évaluation conjointe de l'énergie reçue par ces antennes et de l'énergie re-rayonnée permettrait aux concepteurs d'évaluer directement les potentialités de téléalimentation de leurs tags ainsi que la qualité de la communication. Pour répondre à cette problématique, nous avons développé une stratégie originale de modélisation et de simulation de systèmes RFID intégrés reposant sur l'utilisation du langage VHDL-AMS; langage compatible avec la majorité des outils de Conception Assistée par Ordinateur utilisés en microélectronique. La solution que nous proposons consiste en une modélisation à différents niveaux d'abstraction du système RFID que nous souhaitons optimiser, y compris le lien RF et les antennes. Nous adaptons ainsi le flot de conception classique largement utilisé en électronique numérique à un problème de conception mixte et RF
Optimization of the "antenna - system" association is a major concern of UHF RFID tag designers. The mutual evaluation of the collected and the re-radiated power by the tag antenna makes possible system performance evaluation, early in the design flow. Thus, we develop VHDL-AMS models of RFID systems at different abstraction levels. Those models include the antennas and the RF link. The main advantage of using the VHDL-AMS language is that it is widely used within the computer-aided design tools and that this language is compatible with the microelectronic design flow

Les cellules photovoltaïques organiques (OPV) sont des dispositifs qui utilisent des matériaux semi-conducteurs pour générer un photocourant à partir de la lumière incidente qui frappe le dispositif. Le premier processus en jeu dans l'effet photovoltaïque est l'absorption de lumière, soit l'interaction entre les photons incidents et les électrons des molécules de la couche active du dispositif. Il apparaît donc évident qu'il convient d'employer des matériaux présentant une absorption maximale dans la gamme de la plus forte irradiance solaire. Les systèmes conjugués, dont les anneaux aromatiques créent des recouvrements d'orbitales π, sont des candidats idéaux puisqu'ils facilitent la délocalisation des électrons le long de l'ossature polymère.La modélisation ab initio est un outil puissant pour qui cherche à concevoir ces nouveaux matériaux, puisqu'elle permet de prédire avec une grande fiabilité des propriétés électroniques telles que les gaps optiques et électroniques, l'affinité électronique ou encore le potentiel d'ionisation, auxquelles les performances des dispositifs OPV sont fortement corrélées. Concevoir une nouvelle molécule à l'appui des calculs théoriques nécessite une compréhension approfondie de la structure du polymère, le jeu consistant à combiner des blocs porteurs de fonctions chimiques différentes afin d'ajuster les propriétés optoélectroniques.Le travail présente une étude théorique descriptive (benchmark) des propriétés électroniques évoquées ci-avant, calculées pour une série de composés de type PM6, PTBT-Th, P3HT, C/CPCT-T-BT-T, CPT-BT, Si/CPT-TPD, BDT2-T-ffBT-T, BDT2-T-BT-T, BDT2-T-HTAZ-T, Si/CPDP-T-BT-T, et pour une autre série molécules de cœur π de type oxybenzodithiophènes, benzotriazoles, piazthiolebenzothiadiazole et N-isopropylcarbazole. Les calculs réalisés sont de type DFT (théorie de la fonctionnelle de la densité) et TD-DFT (théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps), et ont été réalisés via Gaussian16, en employant la fonctionnelle B3LYP et un ensemble de bases 6-31G(d). Cette thèse vise à fournir une compréhension approfondie des propriétés optiques et électroniques des matériaux, en regard de ces mêmes paramètres pour les matériaux couramment employés dans les dispositifs OPV. D'autres approches basées sur la densité électronique ont également été considérées pour soutenir l'analyse des interactions non covalentes.Nous avons constaté, via les optimisations réalisées sur les systèmes moléculaires auto-assemblés, que les interactions des systèmes π entre molécules voisines, ont un impact plus important sur les propriétés optoélectroniques que les chaînes latérales qui y sont attachées. Nous avons ainsi montré qu'il est possible de remplacer les longues chaînes latérales ramifiées par des groupes méthyles réduit le coût computationnel sans changement majeur dans les résultats. Le traitement post-calculatoire de l'ensemble des interactions a été réalisé à l'aide du modèle de gradient indépendant (IGM) et a montré qu'il est possible de distinguer les interactions clés responsables de la stabilisation des systèmes (macro)moléculaires auto-assemblés telles qu'elles doivent exister dans le polymère conducteur des dispositifs OPV.Cette thèse nous a principalement permis d'établir la manière dont la structure moléculaire des agrégats affecte les propriétés électroniques d'un système. Notre travail pose également les bases d'un guide théorique pouvant servir de fil rouge à la conception de nouveaux matériaux présentant une absorption de lumière optimale pour un emploi dans les dispositifs OPV
Organic photovoltaic (OPV) cells are technologies that use semiconductor materials to generate photocurrent from incident light on the device. The first process in the photovoltaic effect is light absorption, when photons of light interact with electrons of molecules in the active layer. So, it is suitable to work with materials that have light absorption in the range of the highest intensity solar irradiance, such as conjugated systems, which aromatic rings create overlaps of π-orbitals, facilitating the delocalization of electrons along the polymer backbone.Ab initio modeling is a powerful technique to design materials at the atomistic level and predict electronic properties such as optical and electronic gaps, electronic affinity and ionization potential, that are strongly related to the OPV performance. The correlation between method and accurately estimation of these properties is well known. Designing a novel molecule from computational investigation requires a deeply understanding about parameters of the polymer structure, combining blocks with different chemical functions to tune optoelectronic properties.In this work, we present a theoretical study targeting trends of such properties from a benchmarking, for a series of compounds: PM6, PTBT-Th, P3HT, C/CPCT-T-BT-T, CPT-BT, Si/CPT-TPD, BDT2-T-ffBT-T, BDT2-T-BT-T, BDT2-T-HTAZ-T, Si/CPDP-T-BT-T, and other polymers based on fused-aromatic rings such as oxybenzodithiophenes, benzotriazoles, piazthiolebenzothiadiazole and N-isopropylcarbazole. The calculations based on density functional theory (DFT) and time-dependent DFT (TD-DFT) were carried out using Gaussian16, B3LYP functional and a 6-31G(d) basis set. This thesis counted with intense explanations about optical and electronic properties and demonstrations of correlated parameters, clarifying terminologies vastly used to materials for photovoltaic applications. Other approaches based on electron density were also considered to give support to visualization analysis of noncovalent interactions.We have found, through optimisations carried out on self-assembled molecular systems, that the interactions of π systems between neighbouring molecules have a greater impact on the optoelectronic properties than the side chains attached to them. We have thus shown that it is possible to replace long branched side chains with methyl groups, reducing the computational cost without any major change in the results. The post-computational treatment of the set of interactions was carried out using the independent gradient model (IGM) and showed that it is possible to distinguish the key interactions responsible for stabilising self-assembled (macro)molecular systems as they must exist in the conducting polymer of OPV devices.This thesis has mainly enabled us to establish how the molecular structure of aggregates affects the electronic properties of a system. With this work, we presented the main assumptions of how molecular structure can affect the electronic properties, then to guide researchers on designing a new material with a high light absorption

Cette thèse aborde les problèmes de la validation automatique dans le domaine CAO de matériels informatiques et électroniques, en liaison avec des techniques de simulation mixte. Le but a été d'établir une méthodologie de spécification comportementale basée sur l'utilisation de primitives logiques et temporelles permettant de conditionner certaines propriétés des systèmes modélises et simulés

Les progrès constants en miniaturisation des transistors et l'augmentation des fréquences des signaux utilisés sont les principales tendances dans l'évolution des circuits électroniques. Avec ces évolutions apparaissent de nombreux effets indésirables qui perturbent le comportement des systèmes électroniques et sont soupçonnés d'être responsables de la majorité des dégradations de signaux dans les systèmes en haute fréquence. Des retards de propagation indésirables sont ainsi introduits par la présence des interconnexions, et la diaphonie, phénomène dû aux couplages entre lignes d'interconnexions, peut éventuellement provoquer des commutations non désirées des transistors. La prise en compte des interconnexions, dès les premières phases de conception d'un système, est par conséquent devenue une nécessité ces dernières années. Mais la simulation temporelle d'un réseau d'interconnexions est très gourmande en temps de calcul, ce qui impacte la durée globale de conception. Le remplacement des modèles électriques, décrivant précisément les interconnexions, par des modèles plus simples est primordial pour limiter les coûts de calcul. Une méthode de réduction d'ordre des modèles peut alors être employée pour effectuer cette opération efficacement. Le modèle final doit en effet décrire assez précisément certains aspects importants du modèle original et conserver les propriétés importantes du réseau d'interconnexions. Cette démarche permettra aux concepteurs d'effectuer des simulations temporelles rapides et d'étudier les paramètres d'intégrité du signal tel que le retard, le temps de montée, le dépassement....L'objectif de cette thèse est d'établir un nouvel outil de réduction de complexité des modèles de réseaux d'interconnexions. Différentes descriptions initiales des systèmes d'interconnexions sont envisagées : modèles circuits (fonctions de transfert) ou mesures fréquentielles. L'approche développée repose sur l'utilisation des fonctions orthogonales de Müntz-Laguerre et de Kautz afin de décrire mathématiquement, de manière précise, le système d'origine. Un opérateur linéaire, lié à ces fonctions de base, est ensuite appliqué pour déterminer un modèle rationnel de moindre complexité. La technique proposée est comparée à d'autres méthodes de la littérature d'abord sur des exemples académiques. Tout le potentiel de la méthode est ensuite illustré par sa mise en œuvre sur des réseaux d'interconnexions.

Les disjoncteurs industriels basse tension de calibre 40a a 630a comportent un declencheur constitue de capteurs, d'une electronique, et d'un actionneur. Ce travail analyse grace a un logiciel a elements finis le fonctionnement des transformateurs de courant (capteurs). Une modelisation comportementale est ensuite proposee, dont les parametres sont valides experimentalement sur toute la dynamique de courant et sur differentes geometries. L'objectif d'integration du modele dans un environnement de simulation electrique est atteint et permet une optimisation globale fidele et rapide des declencheurs electroniques. Parallelement, de nouveaux algorithmes de selectivite entre disjoncteurs sont decrits, qui permettent une prise de decision rapide sur court-circuits (moins de 10 millisecondes).

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la modélisation des circuits analogiques et mixtes.Le travail part d’une problématique industrielle concernant les circuits électroniques utilisés dansles systèmes de forage pétrolier pour des besoins d’instrumentation et mesures. Ce travail de recherche concerne les circuits du front-end analogique que nous trouvons dans cette application industrielle. Nous examinons et nous essayons de trouver des modèles pour décrire l’effet des hautes températures sur les circuits électroniques dans un forage pétrolier. Ces circuits font partie des circuits industriels conventionnels. Ils ont généralement une température maximale de fonctionnement qui ne dépasse pas 125°C. Même si la température modifie le comportement de ces circuits, il existe des techniques d’adaptation qui permettent de compenser l’effet de la température sur ces circuits. Cependant, pour bien réussir la phase de la conception, il faut d’abord bien caractériser le comportement des différents circuits industriels utilisés en haute température. Il faut également trouver des modèles exacts qui décrivent le comportement de ces circuits en haute température. Or nous savons que la majorité des circuits industriels analogiques et mixtes sont décrits par des modèles de type SPICE. Par un choix de l’entreprise Schlumberger, notre partenaire industriel qui a financé ce travail, nous nous sommes intéressés dans notre étude à un composantspécifique présent dans la majorité des circuits analogiques et mixtes d’instrumentation :l’amplificateur opérationnel (l’AOP).Le travail commence par une étude des spécifications du circuit ainsi que le modèle SPICE.Une étude de la structure de ce modèle et sa simulation ont montré la non-précision du modèle audelàde 125°C. L’étude de validité du modèle a concerné le paramètre de la tension de décalage etle paramètre taux de rejection du mode commun. Nous avons interprété la différence des résultatsentre les mesures et la simulation de la tension de décalage. Nous avons constaté la limitation quereprésente l’approche structurelle par modélisation SPICE. Pour cette raison, nous avonssélectionné l’approche de modélisation comportementale pour les différents avantages qu’elleprésente. Ces avantages répondent à nos besoins et conviennent les mesures qui ont été effectuées.Nous avons sélectionné le langage VHDL-AMS et l’environnement Cadence ADVanceMS. Pourdéveloppé les modèles, nous avons alors énuméré les différents paramètres de performance d’unAOP. Nous avons validé la représentation de chaque paramètre par un circuit de test approprié.Dans un deuxième temps, nous avons approximé la variation de ces paramètres en température pardes équations polynomiales et exponentielles pour développer le modèle précis en HT. Le modèlea été validé par un circuit de test similaire au circuit expérimental. De bons résultats ont ététrouvés. L’erreur moyenne entre simulation VHDL-AMS et mesures n’a pas dépassé 3,11%. Dansle denier chapitre, nous avons simulé des circuits d’une chaine d’instrumentation. Nous avonssimulé l’effet de la température sur un capteur piézo-résistif (pont de Wheatstone). Trois architectures d’un amplificateur d’instrumentation ont été également modélisées e en se basant surle modèle VHD-AMS de l’AOP
This work is dealing with the modelling of analogue and mixed signal circuits. Moreprecisely, we focus on modelling the circuits of an analogue front-end which is used in down-holedrilling industry for instrumentation and measurement purposes. This research had as a goal tomodel the temperature increasing effect in the behaviour of each circuit of the considered frontend.The studied circuits belong to the family of “conventional” circuits. Most of these circuitsoperate in a temperature which does not exceed 125°C. Even if the behaviour of the circuit changesdue to an increasing of the temperature, there are some well-know techniques that enable thecompensation of such effects. However, in order to obtain a precise simulation in the design phase,it is very important to have accurate models that describe the temperature increasing effect. Asmost of the commercial circuits models are written in SPICE, it is necessary first to review theaccuracy of SPICE models in high temperature (HT). This work focus on a specific circuit: theoperational amplifier (opamp). This device is present in many instrumentation circuits. Obtainingan accurate op-amp model in HT will help us develop accurate models of these circuits byconsidering their architectural description which is based on the opamp model.The work starts with the study of the structure of the SPICE model of the considered opamp.This study enables us to confirm the non-validity of the SPICE model in HT. The validity studyconsists in comparing the SPCE simulation results of two parameters (the voltage offset and thecommon mode rejection ratio) to measurement results. Moreover, we present an interpretation tothe difference that was observed in this comparison. After comparing different modellingapproaches, we select the behavioural modelling one. The VHDL-AMS was used to develop thenew precise opamp model in HT. The simulation is performance in Cadence/ADVanceMSenvironment. The representation of each opamp parameter is validated by a specific circuit. Thismodel is developed in two steps. In the first step, we develop an opamp model in which there is noconsideration of the temperature effect. In the second step, dependence of each parameter to thetemperature is described by a polynomial or exponential function. This function is the result of thefitting process of the measurement results. These equations are inserted in the VHDL-AMS model.All parameters are again validated in each temperature. The test-circuit is the same circuit used inthe experimental test of the opamp parameters. The average error between measurement andsimulation does not exceed 3.11%. In the last chapter, we simulate some circuits of the theanalogue front-end of an acquisition system. We simulate for example the effect of the temperatureeffect on the accuracy of a Wheatstone bridge. Three architecture of an instrumentation amplifierwere also modelled and simulated in different temperature of [20°C, 220°C] in the basis of thedeveloped opamp model

Dans le domaine des circuits digitaux complexes, les concepteurs utilisent souvent les langages de description des systemes materiels (hdls) pour decrire la structure ou le comportement des circuits. Ces descriptions ne sont pas facilement manipulables par les outils de cao, dans la mesure ou ils n'explicitent pas directement les concepts de haut niveau inherents a tout hdl. Dans ce memoire, nous proposons un modele interne developpe a partir de la description comportementale hdl, qui se caracterise par la separation entre le flux de donnees et le flux de controle et par l'interaction explicite entre ces deux flux. Ces derniers sont representes respectivement par un modele de donnees et un modele de controle. Le modele de donnees est represente par un graphe et le modele de controle par un reseau de petri hierarchise, temporise et interprete. La modelisation des elements de base du modele interne utilise les concepts de demot: un environnement de modelisation hierarchise/multi-vues. La realisation informatique utilise une approche orientee objet

Les systèmes de communication modernes convergent vers un fonctionnement multi-standard associé à des formats de modulation à fort PAPR où l’amplificateur de puissance doit être d’abord optimisé en rendement et où la linéarité sera corrigée ensuite par l’ajout d’un prédistorteur. Si cette solution semble fonctionnelle, elle parait inadaptée et peu efficace sur les systèmes 5G où les largeurs de bandes visées posent à la fois des problèmes d’architecture (complexité de la voie d’observation) etde précision des modèles comportementaux usuels basés sur une simplification de la série de Volterra dans sa forme discrète (GMP, DDR) face à des effets de mémoire exacerbés mais également d’efficacité énergétique du système linéarisé (DPD+PA). Il devient nécessaire dans ce contexte d’aller vers un modèle de prédistorteur moins dépendant des caractéristiques du signal à linéariser, notamment par le modèle TPM (Two path Memory) développé à XLIM, basé sur une simplification de la série de Volterra dans sa forme continue, s’avère indépendant des caractéristiques du signal à linéariser.Notre travail s’est attaché à évaluer les performances en linéarité des modèles classiques (GMP, DDR) et du modèle TPM sur différents amplificateurs de puissance, soit à partir de simulations ou à partir de mesures physiques du PA. Pour ce faire nous avons mis en place un environnement de simulation ainsi qu’un banc d’évaluation des modèles de prédistorsion avec le PA physique afin de quantifier les performances en ACPR suivant la variation de caractéristique du signal (puissance, fréquence, statistique). L’ensemble de ces expérimentations ont permis de vérifier d’une part la faible robustesse des approches classiques (GMP/DDR), d’autre part la stabilité des performances de l’approche TPM quel que soit le scenario envisagé. Cette étude ouvre donc la voie d’une nouvelle génération de prédistorteur qui, extrait une fois pour toute, ne nécessiterait qu’une mise à jour sur des phénomènes à dynamique lente (vieillissement) et permettrait d’envisager une architecture simplifiée de la voie d’observation du DPD ; donc une amélioration de l’efficacité énergétique globale du système linéarisé
Modern communications systems converge towards multi-standard operation combined with high PAPR modulation formats where the power amplifier must first be optimized in efficiency and where linearity will then be corrected by adding a predistorter. If this solution seems functional, it seems inadequate and ineffective on 5G systems where the targeted bandwidths pose both architectural problems (complexity of the observation path) and problems of accuracy of the usual behavioural models based on a simplification of the Volterra series in its discrete form (GMP, DDR) in the face of exacerbated memory effects but also of energy efficiency of the linearized system (DPD+PA). In this context, it becomes necessary to move towards a predistorter model less dependent on the characteristics of the signal to be linearized, in particular by the TPM (Two path Memory) model developed at XLIM, based on a simplification of the Volterra series in its continuous form, is independent of the characteristics of the signal to be linearized.Our work focused on evaluating the linearity performance of the classical models (GMP, DDR) and the TPM model on different power amplifiers either from simulations or from physical measurements of the PA. To do this, we have set up a simulation environmentand an evaluation bench for predistortion models with physical PA in order to quantify ACPR performance according to the variation in signal characteristics (power, frequency, statistics). All these experiments made it possible to verify, on the one hand,the poor robustness of traditional approaches (GMP/DDR) and, on the other hand, the stability of the performance of the TPM approach, whatever the scenario envisaged. This study therefore paves the way for a new generation of pre-distributor which, if extracted once and for all, would only require an update on slow dynamic phenomena (ageing) and would make it possible to consider a simplified architecture of the DPD observation path; thus improving the overall energy efficiency of the linearizedsystem

Les systèmes de piles à combustible à membrane d'échange de protons (PEMFC) conviennent à diverses applications dans le domaine des transports, mais leur coût élevé et leur manque de durabilité restent les principaux facteurs limitant leur commercialisation à grande échelle. Dans les applications de transport, la détérioration des PEMFC est aggravée par des conditions de charge variables, ce qui entraîne une diminution de leur durée de vie utile restante (RUL). La gestion des pronostics et de la santé (PHM) est un outil efficace pour prévoir les risques du système, gérer les calendriers de contrôle/maintenance du système, améliorer la sécurité et la fiabilité du système, prolonger la durée de vie du système et réduire les coûts d'exploitation/maintenance. Le pronostic est une base importante et un support clé pour le PHM, et ses tâches principales incluent l'extraction d'indicateurs de santé, la prédiction des tendances de dégradation et l'estimation de la RUL. Les caractéristiques de dégradation à long terme des PEMFC sont dissimulées dans des conditions de charge variables, ce qui augmente la difficulté d'extraction des indicateurs de santé, réduit la précision de la prédiction de la dégradation et inhibe la fiabilité de l'estimation de la durée de vie. Dans cette optique, le travail de thèse part de la modélisation du comportement de dégradation des PEMFC dans des conditions de charge variables et mène des travaux de recherche sur l'extraction d'indicateurs de santé, la prédiction des tendances de dégradation à court/long terme, l'estimation RUL et l'évaluation de la fiabilité
Proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) systems are suitable for various transportation applications thanks to their compact structure, high power density, low start/running temperature, and zero carbon emissions. High cost and lack of durability of PEMFC are still the core factors limiting their large-scale commercialization. In transportation applications, the deterioration of PEMFCs is aggravated by variable load conditions, resulting in a decrease in their Remaining Useful Life (RUL). Prognostics and health management (PHM) is an effective tool to forecast potential system risks, manage system control/maintenance schedules, improve system safety and reliability, extend system life, and reduce operation/maintenance costs. Prognostics is an important foundation and key support for PHM, and its core tasks include health indicator extraction, degradation trend prediction, and RUL estimation. The long-term degradation characteristics of PEMFC are concealed in variable load conditions, which increases the difficulty of health indicator extraction, reduces the accuracy of degradation prediction, and inhibits the reliability of life estimation. In view of this, the thesis work starts from modeling the degradation behavior of PEMFC under variable load conditions and carries out research work on health indicator extraction, short/long-term degradation trend prediction, RUL estimation and reliability evaluation

Le développement croissant des technologies en électronique permet aujourd'hui des vitesses de commutations élevées dans les dispositifs. Parallèlement, la miniaturisation des circuits en micro-électronique a contribué à réduire les courants et tensions de fonctionnement (dispositifs à microprocesseurs), alors que l'électronique de puissance vise une augmentation des puissances transmises (convertisseurs statiques). Le fortes variations de tension et de courant sont responsables de perturbations conduites et d'un rayonnement non contrôlé, qui devient néfaste avec la multiplication des sources polluantes. Dans un tel environnement, l'immunité des systèmès doit être testée dans un souci de fiabilité le plus tôt possible. C'est pourquoi un modèle numérique, basé sur la théorie des antennes, est développé en temporel pour devenir un outil d'aide à la conception. Il permet d'évaluer les rayonnements électromagnétiques et la susceptibilité des circuits électriques. L'équation intégrale du champ électrique (EFIE) est résolue par la Méthode des Moments et une procédure itérative dans le temps. Le courant inconnu est décrit par un schéma d'interpolation linéraire du premier ordre et la fonction impulsion de Dirac est choisie comme fonction de test pour la méthode de collocation. Le modèle fournit directement la réponse transitoire d'une structure filaire tridimensionnelle. Il utilise l'approximation des fils fins pour simplifier la formulation intégrale. Le modèle permet de calculer simultanément les courants conduits dus à l'application d'une différence de potentiel et les courants induits dus à une perturbation électromagnétique. Un traitement numérique particulier est employé pour les points anguleux et les jonctions multiples d'un circuit électrique. Des sources de tension et des composants électroniques ou électrotechniques peuvent être insérés dans le modèle. Les composants non linéaires, tels que les diodes et les transistors, sont représentés par leur comportement transitoire haute fréquence.

Actuellement, des systèmes complets, contenant une partie logicielle et une partie matérielle, sont intégrés sur une même puce nommée Système-sur-Silicium (SoC). Pour faire face à la complexité d'intégration et maîtriser les contraintes, les équipes de recherche proposent de nouvelles méthodologies de conception qui reposent sur (1) la réutilisation de blocs logiciels ou matériels préconçus (Composant Virtuel VC, Intellectual Property IP), (2) sur l'élévation du niveau de description des applications (System-Level Design) et (3) sur l'orthogonalisation de différents aspects (fonctionnalité/architecture, calculs/communication, besoins/contraintes/choix d'implantation). Malheureusement la difficulté de réutilisation liée au niveau de description RTL (Register Transfer Level), auquel sont fournis les IPs, ne permet pas une intégration aisée et optimisée. Ainsi, les méthodologies d'intégration à base d'adaptateurs additionnels sont souvent inadaptées aux contraintes et à la spécificité des algorithmes utilisés dans le domaine du traitement du signal et de l'image (TDSI). Elles peuvent de ce fait aboutir à la violation des contraintes en terme de surface, consommation et performances du système. La synthèse de l'unité de traitement (UT) est réalisée à l'aide de l'outil GAUT (Générateur Automatique d'Unité de Traitement) dont l'ordonnancement est contraint par les paramètres temporel de l'intégrateur du composant virtuel. La synthèse de l'UT génère un ensemble de contraintes au E/S, modélisé sous la forme d'un IPERM (IP Execution Requirement Model). Ce dernier modélise (1) les dates de production et de consommation des données dans l'UT et (2) les bus sur lesquels elles transitent entre l'unité de communication et l'unité de traitement. Les modèles IPERM et IOCG sont finalement utilisés pour synthétiser l'unité de communication. Nous avons appliqué notre méthode à des algorithmes des domaines du TDSI et des Télécommunications. La première expérience est réalisée sur un exemple de Transformée de Fourrier Rapide (FFT). Pour les conditions d'expérimentation retenues, l'optimisation du nombre d'opérateurs est en moyenne de 20% et celle des registres de 7%, par rapport à une approche classique. La deuxième expérience utilise une Transformée en Cosinus Discrète (DCT) pour comparer les résultats, obtenus en appliquant l'approche d'intégration proposée dans ce manuscrit, avec les résultats des méthodes utilisant des adaptateurs. Pour l'exemple considéré, le gain sur les registres de communications varie de -2% à 88% à débit d'E/S constant. La dernière expérience, réalisée en partenariat industriel, démontre l'applicabilité de notre méthodologie sur un composant virtuel comportemental complexe (Maximum A Posteriori MAP) dans le contexte d'une application de Turbo décodage temps réel.

Nous proposons dans ce mémoire une approche de réutilisation des IPs dans les applications orientées traitement du signal, de l'image et des télécommunications. Pour cela, nous basons notre approche sur la notion de composants virtuels de niveau algorithmique, définie dans le cadre des projets RNRT MILPAT (Méthodologie et Développement pour les Intellectual Properties pour Applications Telecom). Le flot de conception proposé s'inscrit dans la démarche Adéquation Algorithme Architecture du projet RNRT ALITPA (Définition et Application d'une méthodologie de développement pour les (IP) intellectual property de niveau comportemental dans les applications de télécommunication) et est basé sur l'utilisation de techniques de synthèse haut niveau sous contraintes d'intégration. Les unités fonctionnelles constituant l'architecture cible du composant sont (re)conçues en fonction des caractéristiques de l'architecture de communication du système et de la spécificité de l'application.

Dans ce contexte, la spécification de l'IP est modélisée par un Graphe Flot de Signaux (SFG) qui, couplé aux temps de propagations des opérateurs et à la cadence d'itération, permet la génération d'un graphe de contrainte algorithmique ACG. Nous avons développé une d'analyse formelle des contraintes, qui repose sur les calculs de cycles, et permet de vérifier la cohérence entre la cadence, les dépendances de données de l'algorithme et les contraintes technologiques.

Les contraintes d'intégration, spécifiées pour chacun des bus (ports) connectants l'IP aux autres composants du système, sont modélisées par un graphe de contraintes d'Entrée/Sortie IOCG (IO Constraint Graph) dont la sémantique est issue des travaux de Ku et De Micheli. Ce modèle supporte, entre autre, la modélisation (1) du type de transferts, (2) des varations temporelles des dates d'arrivées des données, (3) du séquencement des données échangées (4) des mécanismes liés aux protocoles. Les contraintes d'intégration et les contraintes algorithmiques de l'IP sont fusionnées pour fournir un graphe détaillé des contraintes GCG (Global Constraint Graph) exhibant les points de synchronisation entre l'environnement et le composant. Des optimisations pour l'implémentations sont proposées à partir de transformations formelles du graphe.

La synthèse de l'unité de traitement (UT) est réalisée à l'aide de l'outil GAUT (Générateur Automatique d'Unité de Traitement) dont l'ordonnancement est contraint par les paramètres temporel de l'intégrateur du composant virtuel. La synthèse de l'UT génère un ensemble de contraintes au E/S, modélisé sous la forme d'un IPERM (IP Execution Requirement Model). Ce dernier modélise (1) les dates de production et de consommation des données dans l'UT et (2) les bus sur lesquels elles transitent entre l'unité de communication et l'unité de traitement. Les modèles IPERM et IOCG sont finalement utilisés pour synthétiser l'unité de communication.

Nous avons appliqué notre méthode à des algorithmes des domaines du TDSI et des Télécommunications. La première expérience est réalisée sur un exemple de Transformée de Fourrier Rapide (FFT). Pour les conditions d'expérimentation retenues, l'optimisation du nombre d'opérateurs est en moyenne de 20% et celle des registres de 7%, par rapport à une approche classique. La deuxième expérience utilise une Transformée en Cosinus Discrète (DCT) pour comparer les résultats, obtenus en appliquant l'approche d'intégration proposée dans ce manuscrit, avec les résultats des méthodes utilisant des adaptateurs. Pour l'exemple considéré, le gain sur les registres de communications varie de -2% à 88% à débit d'E/S constant. La dernière expérience, réalisée en partenariat industriel, démontre l'applicabilité de notre méthodologie sur un composant virtuel comportemental complexe (Maximum A Posteriori MAP) dans le contexte d'une application de Turbo décodage temps réel.