Nouvelles architectures intégrées d'interfaces capteurs en technologie SOI, pour applications très hautes températures

New integrated architectures of sensors interfaces in SOI technology for very high temperature applications

• Auteur / Autrice : Emna Chabchoub
• Direction : Pascal Nouet, Mohamed Masmoudi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et micro-électroniques
• Date : Soutenance le 05/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Mounir Samet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Nouet, Mohamed Masmoudi, Mounir Samet, Hélène Tap, Kamel Besbes, Franck Badets, Frédérick Mailly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hélène Tap, Kamel Besbes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technologie silicium sur isolant

Hautes températures

Mots clés libres

Hautes températures

Interfaces

Technologie SOI

High temperatures

Interfaces

SOI technology

Résumé

Une interface de capteur intégré haute température est proposée. L'interface de capteur a une architecture dans le domaine temporel et entièrement différentielle. Cette approche offre l'avantage d'une meilleure stabilité thermique par rapport aux architectures analogiques classiques. L'interface du capteur est basée sur des oscillateurs à verrouillage d'injection (ILO) utilisés comme déphaseurs. Une paire d’ILOs convertit la tension de sortie du capteur en une différence de déphasage qui est ensuite numérisée à l'aide d'un convertisseur temps-numérique. La sortie de l'interface du capteur dépend uniquement du rapport des valeurs de ses paramètres plutôt que de leurs valeurs absolues, ce qui entraîne une faible dépendance à température. L'interface du capteur est fabriquée à l'aide d'une technologie de silicium sur isolant partiellement déplété (PD-SOI) de 0.18μm de XFAB, qui est choisie pour sa robustesse thermique. Les mesures montrent que l’interface de capteur a une variation thermique de 178ppm / ° C sur ± 60mV de pleine échelle d'entrée et une variation thermique de 65ppm / ° C sur ± 40mV de pleine échelle d'entrée sur une large plage de température de fonctionnement étendue de -20 ° C à 220 ° C.

A high temperature integrated sensor interface is proposed. The sensor interface has a fully differential time domain architecture. This approach offers the advantage of better thermal stability compared to typical analog based architectures. The sensor interface is based on Injections Locked Oscillators (ILO) used as phase shifters. A pair of ILOs converts the sensor output voltage into a phase shift difference which is then digitized using a time to digital converter. The sensor interface output depends only on the ratio of its parameters values rather than their absolute values thus leading to a low temperature dependency. The sensor interface is fabricated using a 0.18µm Partially-Depleted Silicon on Insulator technology (PD-SOI) from XFAB which is chosen for its thermal robustness. Measurements show that the sensor interface achieves a thermal variation of 178ppm/°C over ±60mV input full scale and a thermal variation of 65ppm/°C over ±40mV input full scale over a wide operation temperature range extended from -20°C to 220°C.