Thèse soutenue

Analyse, modélisation et réduction du bruit de commutation simultanée généré par les interfaces d’entrées/sorties haute vitesse dans les microcontrôleurs STM32
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Auteur / Autrice : Mélanie Moign
Direction : Gilles Jacquemod
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
Date : Soutenance le 19/04/2022
Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Polytech'Lab
Jury : Président / Présidente : Pascal Nouet
Examinateurs / Examinatrices : Gilles Jacquemod, Pascal Nouet, Luc Hebrard, Laurent Fesquet, Yves Leduc, Jean-Pierre Leca
Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Nouet, Luc Hebrard

Résumé

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Cette thèse réalisée dans le cadre d’une convention Cifre entre le laboratoire Polytech’Lab et la société STMicroelectronics, porte sur le domaine de la compatibilité électromagnétique (CEM). L’évolution perpétuelle et très rapide des microcontrôleurs (MCU) implique une dégradation importante de leur comportement vis-à-vis de la CEM. Par exemple, le bruit à commutation simultanée (BCS), connu depuis les années 80, est devenu une source de défaillance du MCU en raison notamment de l’augmentation des fréquences de communication. Cette thèse s’inscrit dans l’étude de ce phénomène au sein de l’environnement très contraint du microcontrôleur STM32. Une méthode de modélisation d’un système complet puce/boîtier/circuit imprimé a été validée par une importante procédure de comparaison entre mesures et simulations. Ces dernières permettent de pouvoir, d’une part étudier la défaillance d’un produit, en analysant leurs principales défaillances, et d’autre part observer l’effet du BCS à des endroits physiquement inatteignables en mesure. Le réseau de distribution des alimentations ou PDN (Power Distribution Network) a été identifié comme le principal vecteur de propagation du bruit BCS. Une étape très importante de modélisation, à la fois de la carte imprimée, du boîtier et du circuit intégré lui-même a été réalisée. Ce travail a permis de définir les principales règles de conception appliquées sur la puce, le boitier et le circuit imprimé pour améliorer la robustesse du MCU au bruit BCS. Pour conclure, nous avons présenté une nouvelle approche de travail avec le développement d’un modèle prédictif permettant l’anticipation du comportement d’un futur MCU face aux problèmes de CEM, et cela, dès la phase de conception. Connaissant l’évolution très rapide de la technologie CMOS et des MCU, réussir à anticiper ces problèmes est un réel avantage pour pouvoir rester compétitif sur le marché avec des produits plus robustes et fiables.