Academic literature on the topic 'Modélisation petit signal'

L'evolution de la microelectronique rend necessaire une etude approfondie du bruit et des parametres petits-signaux. L'equipe a donc mis au point un simulateur microscopique, la methode des paquets repartis, dont l'approche deterministe est tres efficace pour calculer les parametres petits-signaux. Dans cette these nous avons developpe l'approche stochastique de cette methode pour etudier les fluctuations. Nous avons montre que l'on peut etudier de facon detaillee le bruit en courant, et celui en tension en fonction de la position dans une structure unidimensionnelle. Nous avons montre notamment que le bruit en tension dans une diode p#+pp#+ est situe surtout dans la zone active, en particulier du cote ou se trouvent les porteurs chauds. Nous avons ensuite etendu l'approche deterministe afin d'etudier la reponse locale d'une structure unidimensionnelle a une perturbation locale. Nous avons montre qu'en presence d'un champ electrique la perturbation se deplace dans le sens des porteurs a une vitesse legerement inferieure a celle des porteurs. Dans une diode elle est stoppee aux jonctions et perd sa forme initiale. Nous avons vu qu'en modifiant la facon d'introduire la perturbation, on changeait les reponses locales mais pas les reponses globales. Enfin en reunissant les deux approches nous avons montre que le bruit local est different de la contribution locale au bruit total ; ensuite, a partir d'une extension de la theorie du champ d'impedance, nous avons propose un algorithme pour calculer les sources locales de bruit. Nous avons valide cet algorithme dans le cas d'une resistance homogene et montre que la source de bruit calculee ne dependait pas de la facon dont on introduisait la perturbation. Nous avons enfin montre que l'on pouvait calculer la temperature de bruit, grandeur accessible par l'experience. Nous disposons donc d'un outil de simulation capable de calculer au meme niveau microscopique aussi bien les parametres petits-signaux que le bruit (en courant et en tension) dans des structures submicroniques.

La micropile à combustible à respiration est développée conjointement à STMicroelectronics Tours et au CEA Liten de Grenoble. De très faible puissance (stack de 1W), elle sera à moyen terme utilisée dans un système de recharge portable pour petites batteries Li-Ion (téléphones portables). Le fonctionnement et la structure de ces micropiles sont tels qu'elles sont très sensibles, entre autres, aux conditions atmosphériques caractérisant leur environnement. Cette sensibilité résulte en un comportement électrique très marqué et complexe. Or, l'aspect nomade de l'application fait que celle-ci devra pouvoir faire face à des atmosphères diverses et variées. Il est donc nécessaire de comprendre les interactions liant le comportement électrique de la micropile et l'environnement. Leur modélisation pourra par la suite apporter des éléments concrets en termes de pilotage d'auxiliaires (micro ventilateurs...) et de design de packaging, visant à contrôler l'environnement immédiat de la micropile de la meilleure façon possible. A cet effet, de nombreuses mesures, réalisées sous atmosphère maîtrisée, et sous plusieurs régimes de fonctionnement électrique, ont été croisées entre elles. Elles nous ont permis de poser les hypothèses d'un modèle quasistatique macroscopique de la micropile, reliant les conditions atmosphériques et opératoires à la réponse électrique de la micropile. Ce modèle a été développé à partir de la théorie de la diffusion en milieu poreux. Ce modèle quasistatique, faisant intervenir une description de la diffusion protonique cathodique, permet de représenter le comportement de la micropile sur une large gamme de conditions atmosphériques, et illustre physiquement autant les situations d'assèchement que de noyage. L'approche a ensuite été élargie au développement d'un modèle petit signal, paramétré grâce à une approche multi spectrale et multi conditions opératoires. Celui-ci permet entre autres de quantifier la dynamique associée au phénomène de diffusion protonique, tout en consolidant sa description quasistatique, ceci faisant intervenir des paramètres cohérents avec ceux du modèle quasistatique. Enfin, à la croisée des approches quasistatique et petit signal, les bases d'un modèle dynamique fort signal sont proposées. Elles font intervenir le modèle fort signal propre au LAPLACE, en y injectant la réponse dynamique à l'environnement et à la sollicitation électrique du bilan hydrique. Ce modèle, paramétré avec les paramètres issus du quasistatique et du petit signal, permet de représenter le comportement non linéaire de la micropile sur une large gamme de fréquences de sollicitations galvanostatiques fort signal.

L'explosion des moyens de communication sans fil durant les quinze dernières années, ainsi que les services nécessitant des communications à haut débit ont conduit l'industrie du semiconducteur à s'intéresser de plus en plus au circuit intégré pour des applications analogiques radio-fréquences. Les dispositifs réalisés en technologie CMOS présentent aujourd'hui des performances les rendant intéressants pour la conception de circuits RF. Or, la plupart des modèles disponibles actuellement ne sont pas adaptés aux besoins des applications RF, et ne peuvent donc pas être utilisés tels quels pour la conception de tels circuits. Afin d'améliorer la connaissance et la modélisation du MOSFET pour ce type d'applications, nous avons développé, au cours de ces travaux de thèse, de nouvelles méthodes d'analyse de la partie extrinsèque du transistor MOS, basées sur la mesure de paramètres S, et sur une connaissance approfondie de la théorie du MOSFET et de sa technologie. Ces méthodes consistent à isoler les éléments extrinsèques pour les étudier et connaître leurs effets. Elles permettent une extraction et une modélisation rigoureuses de composantes telles que la résistance de grille ou le réseau substrat, dont l'influence au premier ordre sur le comportement RF du transistor a été mise en évidence. Elles ont également conduit à montrer l'existence d'effets haute fréquence de second ordre induits par ces éléments parasites du dispositif, et montrent l'évolution grandissante de leur impact, au fil des générations technologiques, sur les performances RF du composant.

Ces travaux de thèse portent essentiellement sur la modélisation, l’analyse et la commande des convertisseurs de type MMC intégrés dans un contexte MTDC. Le premier objectif de ce travail est d’aboutir à un modèle dynamique du convertisseur MMC, exprimé dans le repère $dq$, permettant d’une part, de reproduire avec précision les interactions AC-DC, et d’exprimer, d’autre part, la dynamique interne du convertisseur qui peut interagir également avec le reste du système. Le modèle développé peut être linéarisé facilement dans le but de l’exploiter pour l’étude de stabilité en se basant sur les techniques pour les systèmes linéaires à temps invariant. Ensuite, selon le modèle développé dans le repère dq, différentes stratégies de contrôle sont proposées en fonction de systèmes de contrôle-commande existantes dans la littérature mis en places pour le convertisseur MMC. Étant donné que l’ordre du système est un paramètre important pour l'étude des réseaux MTDC en présence de plusieurs stations de conversion de type MMC, l’approche de réduction de modèles à émerger comme une solution pour faciliter l’étude. En conséquence, différents modèles à ordre réduit sont développés, et qui sont validés par la suite, par rapport au modèle détaillé, exprimé dans le repère dq. Finalement, les modèles MMC développés ainsi que les systèmes de commande qui y ont associés sont exploités, pour l’analyse de stabilité en petits signaux des réseaux MMC-MTDC. Dans ce sens, la stratégie de commande associée à chaque MMC est largement évaluée dans le but d’investiguer les problèmes majeurs qui peuvent surgir au sein d’une configuration MTDC multi-constructeurs
This thesis deals with the modeling and control of MMCs in the context of MTDC. The first objective is to obtain an MMC model in dq frame which can reproduce accurately the AC- and DC- interactions, while representing at the same time the internal dynamics which may interact with the rest of the system. This model is suitable to be linearized and to study its stability, among other linear techniques. Then, based on the developed dq model, different control strategies are developed based on the state-of-the-art on MMC controllers. Since the order of the system may be a limiting factor for studying MTDC grids with many MMCs, different reduced-order models are presented and compared with the detailed dq model. Finally, the developed MMC models with different controllers are used for the MTDC studies. The impact of the chosen controllers of each MMC is evaluated, highlighting the potential issues that may occur in multivendor schemes

À l'ère des technologies de l'information, nous assistons à une augmentation continue du volume de données échangées. Celle-ci s'accompagne d'un besoin constant d'augmenter la bande passante des systèmes de communications optiques et radio-fréquences. Cette demande continue d'augmentation de la bande passante nécessite la conceptions de circuits toujours plus rapides capables de supporter la demande croissante de trafic de données. Ces circuits doivent eux-même s'appuyer sur des technologies de composants électroniques toujours plus rapides. C'est dans ce contexte que sont développés les transistors bipolaires à double hétérojonction (TBDH) en InP/InGaAs. Grâce aux propriétés des semi-conducteurs III-V, ces composants sont capable de fonctionner à des fréquences très élevées (> 500 GHz) tout en maintenant une tension de claquage relativement élevé (> 4V).Les travaux de cette thèse portent sur l'amélioration des performances de ces composants. Nous commencerons par nous intéresser à l'amélioration des mesures haute-fréquences des transistors afin de pouvoir évaluer leurs performances fréquentielles. Nous détaillerons les différents choix associées aux mesures (calibration, de-embedding, modèle de pointes RF) et proposerons des nouveaux plots de mesure. Dans un second temps, nous développerons un modèle analytique tenant comptes des spécifités du dessin et de la technologie du composant. Une fois calibré sur des mesures, celui-ci servira à déterminer les principaux axes d'amélioration des performances. Ensuite nous étudierons les performances de plusieures structures épitaxiales dans le but de réduire le temps de transit des électrons tout en maximisant les performances fréquentielles. Une nouvelle structure, optimisée pour maximiser la fréquence transition, sans dégrader la fréquence maximale d'oscillation, sera proposée. Par la suite nous étudierons les phénomènes physiques qui limitent la tension de claquage du transistor. Enfin, nous nous intéresserons au phénomène d'auto-échauffement qui dégrade les performances du transistor. Nous proposerons une modélisation de la résistance thermique et les pistes d'améliorations associées
In the era of information technology, we are witnessing a continuous increase in the volume of exchanged data. This comes with a constant need to enhance the bandwidth of optical and radio-frequency communication systems. The ongoing demand for increased bandwidth requires the design of faster circuits capable of supporting the growing data traffic. These circuits, in turn, must rely on ever-faster electronic component technologies. It is in this context that double-heterojunction bipolar transistors (DHBTs) in InP/InGaAs are developed. Thanks to the properties of III-V semiconductors, these components can operate at very high frequencies (> 500 GHz) while maintaining a relatively high breakdown voltage (> 4V).This thesis focus on improving the performance of these components. We will begin by addressing the improvement of high-frequency measurements of transistors to evaluate their frequency performance. We will delve into various choices associated with measurements (calibration, de-embedding, RF probe models) and introduce new measurement pads. In the second part, we will develop an analytical model, taking into account the specifics of the design and technology of the component. Once calibrated on measurements, this model will be used to determine the main axes for improving performance. Next, we will study the performance of several epitaxial structures with the aim of reducing electron transit time while maximizing frequency performance. A new structure, optimized to maximize the transition frequency without degrading the maximum oscillation frequency, will be proposed. Subsequently, we will investigate the physical phenomena limiting the breakdown voltage of the transistor. Finally, we will focus on the self-heating phenomenon that degrades transistor performance. We will propose a thermal resistance model and associated improvement strategies

Les débris spatiaux sont devenus une menace considérable pour la viabilité des satellites opérationnels en orbite basse. Afin de pouvoir éviter des collisions accidentelles, des systèmes de surveillance de l'espace existent mais sont limités en performances de détection pour les objets de petite taille (diamètre inférieur à 10cm), ce qui pousse à l'étude de nouvelles solutions. Cette thèse a pour objectif d'appuyer la faisabilité d'un système radar au sol utilisant un champ de veille étroit pour le catalogage de petits débris en orbite basse. Un tel système fournirait en effet des observations dites " isolées ", c'est-à-dire qu'une orbite n'est pas immédiatement déductible de chacune d'entre elles. Le grand nombre combinaisons nécessaires est alors prohibitif en termes de temps de calcul pour la résolution de ce problème de pistage. Nous proposons dans ces travaux une nouvelle méthode pour initialiser les pistes, c'est-à-dire associer des observations isolées avec une faible ambiguïté et en déduire des orbites précises. Les pistes ainsi obtenues sont combinées et filtrées grâce à un algorithme de pistage multicible que nous avons adapté aux particularités du problème. Avec un taux de couverture de plus de 80% obtenu en temps réel sur 3 jours pour des scénarios de 500 à 800 objets en plus d'un fort taux de fausses alarmes, les performances de la méthode proposée tendent à prouver la faisabilité du système envisagé. Afin d'extrapoler les résultats obtenus à de plus fortes densités d'observations, nous proposons un modèle de complexité combinatoire calibré sur les performances de l'algorithme aux faibles densités. L'apport d'un second capteur identique est également étudié et met en évidence un point de compromis entre réactivité et complexité combinatoire, ce qui offre un degré de liberté supplémentaire dans la conception d'un tel système.

Les études qui seront présentées dans le cadre de cette thèse portent sur le développement et l’optimisation des techniques pour la modélisation compacte des transistors bipolaires à hétérojonction (TBH). Ce type de modélisation est à la base du développement des bibliothèques de composants qu’utilisent les concepteurs lors de la phase de simulation des circuits intégrés. Le but d’une technologie BiCMOS est de pouvoir combiner deux procédés technologiques différents sur une seule et même puce. En plus de limiter le nombre de composants externes, cela permet également une meilleure gestion de la consommation dans les différents blocs digitaux, analogiques et RF. Les applications dites rapides peuvent ainsi profiter du meilleur des composants bipolaires et des transistors CMOS. Le défi est d’autant plus critique dans le cas des applications analogiques/RF puisqu’il est nécessaire de diminuer la puissance consommée tout en maintenant des fréquences de fonctionnement des transistors très élevées. Disposer de modèles compacts précis des transistors utilisés est donc primordial lors de la conception des circuits utilisés pour les applications analogiques et mixtes. Cette précision implique une étude sur un large domaine de tensions d’utilisation et de températures de fonctionnement. De plus, en allant vers des nœuds technologiques de plus en plus avancés, des nouveaux effets physiques se manifestent et doivent être pris en compte dans les équations du modèle. Les règles d’échelle des technologies plus matures doivent ainsi être réexaminées en se basant sur la physique du dispositif. Cette thèse a pour but d’évaluer la faisabilité d’une offre de modèle compact dédiée à la technologie avancée SiGe TBH de chez ST Microelectronics. Le modèle du transistor bipolaire SiGe TBH est présenté en se basant sur le modèle compact récent HICUMversion L2.3x. Grâce aux lois d’échelle introduites et basées sur le dessin même des dimensions du transistor, une simulation précise du comportement électrique et thermique a pu être démontrée.Ceci a été rendu possible grâce à l’utilisation et à l’amélioration des routines et méthodes d’extraction des paramètres du modèle. C’est particulièrement le cas pour la détermination des éléments parasites extrinsèques (résistances et capacités) ainsi que celle du transistor intrinsèque. Finalement, les différentes étapes d’extraction et les méthodes sont présentées, et ont été vérifiées par l’extraction de bibliothèques SPICE sur le TBH NPN Haute-Vitesse de la technologie BiCMOS avancée du noeud 55nm, avec des fréquences de fonctionnement atteignant 320/370GHz de fT = fmax
The aim of BiCMOS technology is to combine two different process technologies intoa single chip, reducing the number of external components and optimizing power consumptionfor RF, analog and digital parts in one single package. Given the respectivestrengths of HBT and CMOS devices, especially high speed applications benefit fromadvanced BiCMOS processes, that integrate two different technologies.For analog mixed-signal RF and microwave circuitry, the push towards lower powerand higher speed imposes requirements and presents challenges not faced by digitalcircuit designs. Accurate compact device models, predicting device behaviour undera variety of bias as well as ambient temperatures, are crucial for the development oflarge scale circuits and create advanced designs with first-pass success.As technology advances, these models have to cover an increasing number of physicaleffects and model equations have to be continuously re-evaluated and adapted. Likewiseprocess scaling has to be verified and reflected by scaling laws, which are closelyrelated to device physics.This thesis examines the suitability of the model formulation for applicability to production-ready SiGe HBT processes. A derivation of the most recent model formulationimplemented in HICUM version L2.3x, is followed by simulation studies, whichconfirm their agreement with electrical characteristics of high-speed devices. Thefundamental geometry scaling laws, as implemented in the custom-developed modellibrary, are described in detail with a strong link to the specific device architecture.In order to correctly determine the respective model parameters, newly developed andexisting extraction routines have been exercised with recent HBT technology generationsand benchmarked by means of numerical device simulation, where applicable.Especially the extraction of extrinsic elements such as series resistances and parasiticcapacitances were improved along with the substrate network.The extraction steps and methods required to obtain a fully scalable model library wereexercised and presented using measured data from a recent industry-leading 55nmSiGe BiCMOS process, reaching switching speeds in excess of 300GHz. Finally theextracted model card was verified for the respective technology