Conception et intégration d'une électronique de conditionnement pour un capteur audio à base de nano-fils de silicium

par Eric Savary

Thèse de doctorat en Micro et Nanoélectronique

Sous la direction de Wenceslas Rahajandraibe.

Le président du jury était Patrick Loumeau.

Le jury était composé de Stéphane Meillère, Edith Kussener.

Les rapporteurs étaient Vincent Frick, Laurent Latorre.


  • Résumé

    Les microphones sont des capteurs qui permettent à nos systèmes électroniques de prendre connaissance de notre environnement acoustique en fournissant un signal électrique représentatif des vibrations de l’air. Ils sont employés dans la plupart des systèmes multimédia, mais aussi dans les appareils auditifs. Dans l’implant auditif, le microphone se substitue à l’oreille humaine capable de détecter des pressions acoustiques variants de quelque μPa à quelques Pa. Les microphones, sont en général accompagnés d’un circuit électronique spécifique qui permet leur exploitation au coeur d’un système hétérogène. Depuis les toutes premières transductions acoustique-électriques, le microphone a été perfectionné avec la mise en oeuvre de nouveau principes de transduction et l’élaboration de circuit de conditionnement plus performants. Dernièrement, l’introduction de la technologie MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) a permis de réaliser des microphones extrêmement compacts et peu couteux. Ces travaux de recherches concernent la réalisation d’un circuit électronique dédié à l’exploitation d’un transducteur M&NEMS (Micro & Nano Electro Mechanical Systems) survenant comme une évolution du MEMS. Pour commencer l’étude, le principe de transduction et l’application du microphone sont étudiés. Les circuits existants sont examinés en détail et adaptés au transducteur M&NEMS. Les résultats potentiels sont discutés et situés dans l’application. Dans un second temps, un circuit de conditionnement spécifique est proposé. Les résultats sont présentés puis le circuit électronique dédié est intégré sur silicium. Les performances des blocs fonctionnels intégrés sont mesurées et présentées.

  • Titre traduit

    Design of read-out circuit dedicated to silicon nano-wire based audio sensor


  • Résumé

    Microphones are sensors which allow gauging acoustic environment through an electric representation of vibrations in the air. They can be found in most multimedia equipment and in hearing aids. In this particular application, microphone substitutes a human ear which is able to sense pressure level of sound ranging from a μPa to few Pa. The read-out circuit of microphones converts physical signal from transducer into electronic signals that can be used in any heterogeneous system involving audio processing. Transducers of microphones have known successive generation of improvement. The latest refinement is related to the emergence of MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology which is suitable to build compact sensor. This thesis explores the design of a readout-circuit using an innovative M&NEMS (Micro & Nano Electro Mechanical Systems) technology derived from MEMS. The thesis is structured beginning with review of existing circuits for M&NEMS microphone. A comparative study is reported considering the proposed technical specifications using simulations and a prototype was realized using discrete components. In the second phase, an innovative circuit was proposed as an ASIC solution targeting M&NEMS technology developed at CEA-LETI. The performance evaluation and the physical measurements of the proposed ASIC are detailed.


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