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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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197documents trouvés

18444
01/04/2019

A new methodology for EMC prediction of integrated circuits after aging

C.GHFIRI, A.BOYER, A.BENSOUSSAN, A.DURIER, S.BEN DHIA

ESE, IRT

Revue Scientifique : IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol.61, N°2, pp.572-581, Avril 2019, DOI : 10.1109/TEMC.2018.2819722 , N° 18444

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01951615

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Abstract

EMC of integrated circuits represents a major constraint for the qualification of electronic circuits. Today, there are existing standardized models such as ICEM-CE that allows the prediction of conducted emission generated by an IC at a PCB level. However, the EMC levels may change after a certain period of operation due to the aging of components. On the other hand, no existing model or tool can predict the long-term EMC levels. This paper presents a new methodology for modeling of integrated circuits in order to construct an EMC model which takes into account the aging based on a new reliability model called M-STORM.

145877
18659
20/12/2018

Drift effects and trap analysis of power-GaN-HEMT under switching power cycling

M.GONZALEZ SENTIS, P.TOUNSI, A.BENSOUSSAN, A.DUFOUR

ESE, IRT, CNES

Manifestation avec acte : International Conference on Sciences of Electronics, Technologies of Information and Telecommunications ( SETIT ) 2018 du 18 décembre au 20 décembre 2018, Hammamet (Tunisie), Décembre 2018, 8p. , N° 18659

Lien : https://hal.laas.fr/hal-02131990

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Abstract

This paper studies the impact of the aging on power GaN transistors in switching conditions. The devices under test are commercial discrete enhancement mode gallium-nitride HEMT. We present a power cycling test platform that controls the switching conditions such as frequency , duty cycle, and gate voltage; as well as drain current and drain voltage. We have measured specific parameters before and after the power cycling in order to detect indicators for each drift effect. We measure not only the electrical parameters given by datasheet, but also the traps causing Dynamic On-State Resistance, an specific drift effect of this technology which compromises high frequency efficiency in switching power converters.

147586
18537
17/12/2018

Stockage adaptatif pour noeud de capteur sans fil autonome et sans batterie

F.EL MAHBOUBI

ESE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 17 Décembre 2018, 195p., Président: N.NOLHIER, Rapporteurs: S.BASROUR, S.SISKOS, Examinateurs: C.LETHIEN, Directeurs de thèse: M.BAFLEUR, V.BOITIER , N° 18537

Lien : https://hal.laas.fr/tel-02009722

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Abstract

Energy autonomy is a major challenge in the massive deployment of wireless sensor networks in numerous applications. Energy harvesting and storage can serve as solutions to the autonomy issues. However, the harsh environment of certain applications requires a long lifetime since the use of batteries for storage is prohibited. We then resort to storage on ultra-capacitors. This type of storage has disadvantages that require a compromise between 3 factors: the fast charge of ultra-capacitors (low capacity), the maximum energy storage (strong capacity), and the maximization of stored energy utilization (low residual voltage). To meet these seemingly contradictory criteria, we propose three self-adaptive storage architectures. The first consists of a matrix of four identical ultra-capacitors, interconnected by switches, whose equivalent capacity adapts to the stored energy. The second and third architectures consist of two ultra-capacitors, one of low capacity and the other of large capacity, the difference between the two architectures being related to the number and type of switches used. The self-adaptive storage architectures that we propose include a suitable self-powered control circuitry to vary the apparent capacity of the device. In addition, each architecture allows a cold start with completely empty ultracapacitors. These three architectures were first optimized through simulation, and then validated experimentally with discrete components. Finally, we implemented the self-adaptive storage architecture with two ultra-capacitors in a completely wireless measurement system, using an energy harvesting source and its associated electronics for its power supply, and demonstrated the relevance of this approach of reconfigurable storage. In conclusion, we deduce that the topologies can reach an efficiency of energy usage of up to 94.7% by employing discrete components, a value that could be further improved through the exploitation of a silicon integrated version for both the control circuitry and the ultra-capacitors.

Résumé

L’autonomie énergétique est un verrou majeur au déploiement massif de réseau de capteurs sans fil dans nombreuses applications. La récupération d’énergie et son stockage constituent une voie pour améliorer cette autonomie. Dans certaines applications en environnement sévère ou nécessitant des durées de vie élevées, l’utilisation de batteries pour le stockage est prohibée. On a alors recours à du stockage sur supercondensateurs. Ce type de stockage présente des inconvénients nécessitant un compromis entre 3 facteurs : la charge rapide des supercondensateurs (capacité faible), l’énergie maximale stockée (capacité forte) et la maximisation de l’usage de l’énergie stockée (tension résiduelle basse). Pour répondre à ces critères apparemment contradictoires, nous avons proposé trois architectures de stockage auto-adaptatif. La première est composée d’une matrice de quatre supercondensateurs identiques, interconnectés par des interrupteurs, dont la capacité équivalente s’adapte à l’énergie stockée. Les deuxième et troisième architectures sont constituées de deux supercondensateurs, l’une de capacité faible et l’autre de capacité grande, la différence entre les deux architectures étant liée au nombre et type d’interrupteurs utilisés. Les architectures de stockage auto-adaptatif que nous avons proposées incluent une circuiterie de contrôle appropriée autoalimentée et permettant de faire varier la capacité apparente du dispositif. De plus, chaque architecture permet un démarrage à froid avec des supercondensateurs complètement vides. Ces trois architectures ont d’abord été optimisées en simulation puis validées expérimentalement en composants discrets. Finalement, nous avons implémenté l’architecture de stockage auto-adaptatif à deux supercondensateurs au sein d’un système de mesure sans fil complet utilisant une source de récupération d’énergie et son électronique associée pour son alimentation et montré la pertinence de cette approche de stockage reconfigurable. En termes d’efficacité d’usage de l’énergie, elles permettent d’atteindre jusqu’à 94,7% en composants discrets, valeur qui pourrait être encore améliorée en version intégrée sur silicium à la fois pour la circuiterie de contrôle et les supercondensateurs.

Mots-Clés / Keywords
Stockage adaptif; Supercondensateur; Capteur sans fil; Récupération d’énergie;

146375
18587
11/12/2018

Optimisation de modèles comportementaux de composants pour la prédiction de défaillances fonctionnelles et matérielles liées aux décharges électrostatiques (ESD)

F.ESCUDIE

ESE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 11 Décembre 2018, 195p., Président: J.G.TARTARIN, Rapporteurs: G.DUCHAMP, M.KADI, Examinateurs: J.SCHUTT-AINE, P.BESSE, Directeurs de thèse: F.CAIGNET , N° 18587

Lien : https://hal.laas.fr/tel-02056013

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Abstract

Electrical Fast Transient (EFT) are one of the concerns of embedded system engineers. They can lead to system malfunction. EFT are the cause of a large number of hardware and software failures. Our study is mainly focused on the impact of Electro Static Discharge (ESD) on embedded electronic systems, focusing on car’s applications. According to a Renault’s study, a car can suffer two discharges per day during its entire life. System engineers do not have any tools to predict the ESD impact on the systems. In order to predict the ESD path throughout the electronic system and adjust the ESD protection strategy to provide proper protection for all critical components, some researches around the world are in process. The research results from ESE working group from the LAAS-CNRS laboratory, were mainly on passive components, integrated circuits and electronics boards modeling methods, implemented in VHDL-AMS language. Integrated circuits have an internal ESD protection network that helps to deflect the stress from critical areas. The methodology developed in the last few years allows to model the behavior of this protection network. However, these models are basically made, they are made of the triggering level of the protection and the impedance value of the component depending on the ESD stress amplitude. No information on the transient behavior of the protections is included in this model. It is not possible to predict some failures related to the transient phenomenon of the protection like triggering and turning on time that induce very high overvoltage or mismatch on the current levels estimation. The various topics covered during this thesis allows to solve these problems by using a, proposed dynamic model. Different methods are proposed to extract the parameters used into the dynamic model. One important point also aborted into this document is that the model have to be able to predict the soft failure which can appear in the system during an ESD stress. A dedicated block has been added to the dynamic models to predict data transmission faults during an automotive communication (LIN Bus) under stress conditions. The first part of this thesis is a summary of the different discharge waveforms known and defined by the IEC and ISO standards. It also lists some measurement techniques used to extract information on the component like the robustness level. The second part presents the behavioral models of passive components and integrated circuits. We have shown non-linear behavior of capacitors when they are under EFT stress. The way to extract our dynamic model of ESD protection from electrical measurement on the integrated circuit is included in this part. This model uses the previous model named quasistatic model on which we add elements that describe the transient behavior of the protections. In the third part, we explore different techniques and tools to extract some information about the dynamic behavior of internal ESD protections of the component. We used time domain reflectometry techniques as well as mathematical methods applied in hyper frequency domain like the S parameters and X parameters. Comparison between measurement and simulation is systematically performed for each method to evaluate their efficiency. Finally, the fourth part presents the study of hardware and software failures on integrated circuits used in automotive communication application. Experimental results are used in the component model which is now able to predict both failures.

Résumé

Les événements transitoires de forte puissance (EFT – Electrical Fast Transient) sont l’une des préoccupations des concepteurs de systèmes embarqués. Ils peuvent conduire au dysfonctionnement du système et sont à l’origine d’un grand nombre de défaillances matérielles et fonctionnelles. Notre étude est principalement portée sur l’impact des décharges électrostatique (ESD - Electro Static Discharge) sur l’électronique embarquée dans un véhicule. D’après une étude de Renault, un véhicule peut subir deux décharges par jour durant sa vie. Les ingénieurs systèmes ne disposent pas de moyen pour prédire l’impact de ces décharges dans les systèmes, et les solutions actuelles sont essentiellement basées sur l’expérience. Afin de prédire le chemin d’un ESD dans tout le système électronique et la stratégie de protection à adopter pour protéger les composants les plus sensibles, des recherches dans le monde entier sont en cours. Les travaux de recherche du groupe ESE du LAAS-CNRS ont mené à des méthodologies de modélisation de composant passif, de circuit intégré et de carte électronique en VHDL-AMS. Les circuits intégrés sont dotés d’un réseau de protection ESD interne qui permet de détourner le stress des zones critiques. La méthodologie développée au cours des précédentes années permet de modéliser le comportement de ce réseau de protection. Cependant, ces modèles sont rudimentaires, ils décrivent uniquement le niveau de déclenchement de la protection et son impédance quasi-statique en fonction du niveau de stress ESD. Aucune information sur le comportement transitoire de la protection n’est décrite dans le modèle. Il est donc difficile de prévoir certaines défaillances liées aux phénomènes transitoires de déclenchement des protections faisant apparaître de très fortes surtensions ou des niveaux de courant mal évalués. Les différents aspects abordés durant cette thèse permettent de résoudre ces problèmes en proposant des modèles dynamiques, et différentes méthodes pour pouvoir extraire les paramètres des modèles. Un des points important développé dans ce document et de pouvoir prédire les défaillances fonctionnelles des systèmes. Un bloc dédie a été ajouté aux modèles dynamiques pour prédire des défauts de transmission de données lors de stress ESD dans les bus de communication automobiles (LIN). La première partie de cette thèse concerne le recensement des formes d’onde de décharges connues et définies par les standards IEC et ISO. Elle recense également les techniques de mesures appliquées sur les composants pour en extraire des informations tels que les niveaux de robustesse. La seconde partie présente les recherches menées sur la réalisation de modèles comportementaux de composants passifs et de circuits intégrés. Nous avons montré les comportements non-linéaires des capacités lorsqu’elles sont soumises à des EFT. Le modèle dynamique de protection ESD que nous avons développé à partir de caractérisation électrique sur le circuit intégré y est également présenté. Ce modèle est constitué du modèle précédemment développé (quasi-statique) sur lequel nous rajoutons des éléments qui décrivent le comportement transitoire de la protection. La troisième partie détaille différentes techniques et outils pour extraire des informations sur le comportement dynamique des protections ESD internes aux composants. Nous utilisons des techniques de réflectométrie temporelle ainsi que des méthodes mathématiques appliquées aux hyper-fréquences comme les paramètres S et X. Une validation entre mesure et simulation est systématiquement réalisée à chaque étape. Finalement, la quatrième partie présente l’étude des défaillances matérielles et fonctionnelles sur des circuits intégrés dédiée à la communication automobile. Ces résultats expérimentaux sont utilisés pour enrichir nos modèles qui intègrent désormais la détection de défaillances matérielles et fonctionnelles.

Mots-Clés / Keywords
ESD; EMC; EFT; Modélisation; Modeling;

146757
18390
07/12/2018

A Nanosatellite Optoelectronic Payload Dedicated to Radiation-Induced Degradation Measurement in Erbium-Doped Fiber

A.FERNANDEZ , O.LLOPIS, C.VIALLON, N.NOLHIER, J.N.PERIE, M.COMPIN

MOST, ESE, ISAE

Manifestation avec acte : European CubeSat Symposium 2018 du 05 décembre au 07 décembre 2018, Toulouse (France), Décembre 2018, 2p. , N° 18390

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01925595

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Abstract

Radio over optical fiber (RoF) technologies appears as good candidates to address flexible payload requirements of the next generation of telecommunication satellites operating in Ku and Ka bands. In this context we have started the assembly of a 3U nanosatellite dedicated to the qualification of several erbium-doped fibers by using an optoelectronic metrology technique. The objective is hence to quantify the gain and noise figure degradation of the erbium-doped fiber amplifier (EDFA) due to cosmic ray exposure during a two years mission at a low earth orbit (LEO). This educational project is called NIMPH for "Nanosatellite to Investigate Microwave Photonics Hardware". It started in 2013 and involves students from the University of Toulouse with the support of Thales Alenia Space and CNES, the French national space agency.

145301
18602
01/12/2018

Trottinettes électriques: Instrumentation, modélisation, simulation et contrôle sous Arduino

A.SIVERT, V.BOITIER, A.FAQIR, F.BETIN, T.LEQUEU

LTI, ESE, UPJV, UFR

Revue Scientifique : La Revue 3E.I, Vol.91, Décembre 2018 , N° 18602

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01695380

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Résumé

Une trottinette électrique constitue un support technologique intéressant, ludique, peu cher, facilement instrumentable et assez facilement modélisable. L'électronique de mesure, de commande et l'électronique de puissance associées pour un tel système sont modifiables sans problème de coût ou de sécurité. Cet article s'inspire des travaux réalisés lors d'étude avec des étudiants de 2 ème année d'IUT. La modélisation du dispositif, et de son instrumentation sont présentées avec différentes stratégies de contrôle réalisées en simulation sous Isis et Matlab et mis en oeuvre expérimentalement en utilisant des cartes Arduino.

146899
18441
01/12/2018

Upgrading In-Circuit Test of high density PCBAs using electromagnetic measurement and Principal Component Analysis

N.EL BELGHITI ALAOUI, A.BOYER, P.TOUNSI, A.VIARD

ESE, ACTIA

Revue Scientifique : Journal of Electronic Testing: Theory and Application, Vol.34, N°6, pp.749-762, Décembre 2018 , N° 18441

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01944924

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Abstract

With the density increase of today’s printed circuit board assemblies (PCBA), electronic test methods such as in-circuit test (ICT) reached their limits. In the same time the requirements of high reliability and robustness are greater. Original equipment manufacturers are obliged to reduce the number of physical test points and to find better-adapted test methods to keep adequate test coverage. Current test methods must be rethought to include a large panel of physical phenomena that can be used to detect- electrical defects, absence, wrong value of components, absence and shorts without using test points on the board under test (BUT). In this paper, a test set-up based on the measurement of electromagnetic signature to diagnose faulty components contactlessly is presented. The technique consists in using magnetic field probes, which detect the field distribution over powered sensitive components. To evaluate the relevance of the method, reference EM signatures are extracted from fault-free circuits, which are compared to those extracted from a sample PCBA in which we introduced a component level defect by removing or changing the value of critical components. For more robust detection of multiple defect scenarios, the principal component analysis (PCA) method is used as an outlier detection algorithm.

145848
18091
16/11/2018

Energy-Harvesting Powered Variable Storage Topology For Battery-Free Wireless Sensors

F.EL MAHBOUBI, M.BAFLEUR, V.BOITIER, J.M.DILHAC

ESE

Revue Scientifique : Technologies, Vol.6, N°4, 106p., Novembre 2018 , N° 18091

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01926169

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Abstract

This paper presents a novel energy storage architecture aimed at providing the energy autonomy of battery-free wireless sensors powered by energy harvesting. It is based on a concept of adaptive storage using ultra-capacitors and allows meeting contradictory compromises: fast initial startup (small capacitance value) to be able to supply the load as quickly as possible, storage of a large amount of energy (big capacitance value) to increase the energy autonomy of the load and providing a pre-regulated voltage. Compared to previously published structures, the proposed architecture is much less complex and exhibits 92% energy utilization efficiency.

145452
18577
29/10/2018

Banc de caractérisation de récupérateurs d’énergie vibratoire : Application sur dispositif piézoélectrique pour l’alimentation de capteurs communicants sans fil.

F.HUET, V.BOITIER

ESE

Manifestation avec acte : Colloque sur l'Enseignement des Technologies et des Sciences de l'Information et des Systèmes ( CETSIS ) 2018 du 29 octobre au 31 octobre 2018, Fes (Maroc), Octobre 2018, 6p. , N° 18577

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02042832

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Résumé

La caractérisation électromécanique des systèmes dynamiques utilisés pour la récupération d'énergie vibra-toire est souvent complexe et fastidieuse. Dans cet article, nous présentons un banc de test contrôlé par un ordinateur, permettant de piloter automatiquement la fréquence et l'accélération d'un pot vibrant, la résistance électrique de charge et de relever la tension électrique délivrée par un générateur piézoélectrique. Les instruments sont pilotés avec Matlab en utilisant le langage SCPI des appareils. Les résultats des mesures permettent de valider le comportement du récupérateur d'énergie pour un environnement donné. Certains phénomènes et des paramètres de modélisation du système étudié peu-vent être identifiés. Ce banc de test est accessible aux laboratoires, mais également pour des étudiants voulant connaître les performances détaillées d'un dispositif de récupération d'énergie vibratoire, dans le cadre de projet sur l'alimentation de capteurs communicants sans fil. Mots clés : Banc de test automatisé, asservissement en accélération, générateur piézoélectrique.

146717
18394
17/10/2018

Study of Photovoltaic Cells Implantation in a Long-Endurance Airplane Drone

V.MARTINEZ, F.DEFAY, L.SALVETAT, K.NEUHAUS, M.BRESSAN, C.ALONSO, V.BOITIER

ISAE, EXT, ISGE, ESE

Manifestation avec acte : International Conference on Renewable Energy Research and Applications ( ICRERA ) 2018 du 14 octobre au 17 octobre 2018, Paris (France), Octobre 2018, 5p. , N° 18394

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01924131

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Abstract

Applications of unmanned aerial vehicle (UAVs) are expanding for long-endurance mission such as agricultural inspection, fire prevention and many others. Photovoltaic cells can be added to the wing surface and extend the global endurance of the UAV. This paper builds a model of the whole system and estimates the energy savings that can be achieved for different cell technologies and different types of missions. Furthermore, the impact of airplane movement (roll) on the performance of the maximum power point tracking control algorithm (MPPT) is studied

145373
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