Contribution à l'analyse des mécanismes de couplages dans les systèmes sur une puce

Discipline

Électronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

compatibilité électromagnétique (CEM), transistors, circuits électroniques, substrats, systèmes sur puce

Mots-clés

Circuits électroniques - Thèses et écrits académiques,

Systèmes sur puce - Thèses et écrits académiques,

Compatibilité électromagnétique - Thèses et écrits académiques,

MOS (électronique) - Thèses et écrits académiques,

Circuits intégrés - Thèses et écrits académiques

L'avancée des procédés technologiques a permis de diminuer considérablement les dimensions des transistors, de développer des circuits de plus en plus complexes, et d'intégrer des signaux mixtes sur une même puce. La course à la réduction des coûts des produits étant engagée, un défi réside dans la prise en compte des interactions électromagnétiques entre les systèmes analogiques et numériques, avant la réalisation sur silicium. De forts pics de courants transitoires générés par les commutations simultanées des portes des blocs numériques sont injectés dans les rails d'alimentation et dans le substrat commun à tous les blocs. Les marges, en terme de bruit, sont beaucoup plus faibles pour les blocs analogiques que les blocs numériques, ceci rend les circuits analogiques très sensibles aux variations de signaux conduits et rayonnés. Le travail de cette thèse couvre à la fois les trois aspects des interactions électromagnétiques : leurs sources, les chemins de propagation et la réception des signaux perturbants. Les formations des mécanismes de couplages sont explicitées dans l'environnement d'un circuit réel dans un procédé CMOS avancé. Un modèle d'injection dans le substrat d'une porte numérique est présenté. Des caractérisations substrat réalisées à l'aide d'une structure de mesure dédiée valide ce modèle et permettent d'estimer les gains en isolation que l'on peut obtenir en appliquant des stratégies d'isolation spécifiques. Un ensemble de méthodes est proposé afin d'intégrer des structures d'isolation adaptées, de dimininuer l'injection dans le substrat, de placer et connecter les blocs entre eux au niveau global du circuit. Les contraintes en terme de surface dépensée sont évaluées. Nous soulignons l'importance d'appliquer une méthodologie cohérente à toutes les étapes de conception du circuit. Enfin une méthode pour simuler les interactions conduites sur l'ensemble des réseaux au niveau global du circuit est proposée. Des mesures sur un circuit de test valide le principe. Une approche multi-échelles est nécessaire pour considérer les effets électromagnétiques perturbants à la fois au niveau transistor, mais aussi au niveau haut du circuit, à savoir entre les blocs.