Etude des effets non linéaires et de la susceptibilité des systèmes électroniques embarqués

par Laurent, Christian, Jean Guibert

Thèse de doctorat en Électronique et Mathématiques appliquées

Sous la direction de Xavier Ferrieres et de Étienne Sicard.


  • Résumé

    Dans le domaine de la Compatibilité ElectroMagnétique (CEM), la connaissance du niveau d’immunité ou de susceptibilité d’un équipement embarqué est un paramètre important à contrôler et à gérer tout au long de sa durée de vie. En particulier,lors des opérations de maintenance de cet équipement, il est important de veiller au maintien de son niveau de susceptibilité pour garantir son fonctionnement. Pour répondre à ce besoin, les travaux de cette thèse proposent une méthode expérimentale originale de contrôle rapide et facile à mettre en œuvre dans le cas d’essais de susceptibilité rayonnée en haute fréquence. Cette méthode est basée sur l’observation de fréquences harmoniques rayonnées par un équipement lorsque celui-ci est soumis une illumination parfaitement monochromatique en haute fréquence. Pour cela, on fait l’hypothèse que l’amplitude de ces fréquences est d’autant plus grande que l’équipement électronique est en dysfonctionnement. Pour vérifier cette hypothèse, un dispositif expérimental adapté à une illumination en CRBM a tout d’abord été développé et étudié afin de mettre en œuvre cette méthode. Ensuite, après avoir mis en évidence sur plusieurs configurations de cartes électronique l’observation d’harmoniques, nous nous sommes intéressés à une modélisation du phénomène physique pour vérifier celui-ci par la simulation. Ace titre, une modélisation FDTD des expériences a été réalisée en 3D et une comparaison mesures/calcul a été effectuée. Ce travail a permis de montrer qu’à partir du des équations de Maxwell, des harmoniques identiques à celles mesurées étaient rayonnées et que la méthode de contrôle de susceptibilité rayonnée que nous proposions était donc tout à fait viable. Concernant la phase de modélisation, nous nous sommes intéressés essentiellement à représenter le fonctionnement du circuit logique et non à entrer finement dans le détail de chaque composant électronique le constituant. Pour les applications retenues, nous avons donc porté notre effort sur la prise en compte d’un signal numérique représenté sous forme d’une suite de bits, ainsi que sur l’introduction dans le modèle FDTD de Maxwell de quelques composants non linéaires comme la diode et un inverseur CMOS. La généralisation du modèle d’inverseur peut s’appliquer sans difficultés à d’autres composants CMOS, comme les mémoires de type SRAM que nous avons étudiées expérimentalement.

  • Titre traduit

    Study of the nonlinear effects and the susceptibility of the electronic systems


  • Résumé

    In the frame of ElectroMagnetic Compatibility (EMC), the knowledge of EM immunity or susceptibility levels of on-board equipment is an important parameter to control and manage throughout the whole life of equipment. In fact, during maintenance phases of this equipment, it is important to ensure that these levels are maintained in order to guarantee its operation. To meet this need, this thesis proposes to focus on a novel and easy-to-implement experimental method for a quick diagnosis of equipment EM radiated susceptibility at high frequency.. This method is based on the observation of the harmonic frequencies radiated by an equipment device when this one is summited to a perfectly monochromatic illumination at high frequency. We make the hypothesis that the amplitude of those frequencies increases when the electronic equipment is in a dysfunction state. For this, a experimental method suitable for MSRCs has first been developed and studied to highlight the principle of this method. Then, having observed experimentally the radiation phenomenon of harmonic frequencies on several configurations of electronic cards, we have developed a 3D FDTD model to simulate the phenomenon. With this model, a modeling of the experiments was carried out and comparisons between measurements and calculations were performed. Calculation results coming from FDTD Maxwell’s equation models showed trends and functional behaviors identical to those observed in measurements which demonstrated that the proposed control method was fully viable. Regarding the modeling phase, we concentrated on models describing the operation of the logic circuit but we did not to enter into the physical description of each electronic component. Our selected applications have therefore focused on the inclusion in the Maxwell FDTD model of a digital signal represented as a series of bits, as well as the introduction of some components such as a diode and a CMOS inverter. The generalization of the proposed inverter model can be easily extended to other CMOS components such as the SRAM memories we studied in experimental tests.


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