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

par Emna Chabchoub

Thèse de doctorat en Systèmes automatiques et micro-électroniques

Sous la direction de Pascal Nouet et de Mohamed Masmoudi.

Le président du jury était Mounir Samet.

Le jury était composé de Pascal Nouet, Mohamed Masmoudi, Mounir Samet, Hélène Tap-Béteille, Kamel Besbes, Franck Badets, Frédérick Mailly.

Les rapporteurs étaient Hélène Tap-Béteille, Kamel Besbes.

  • Titre traduit

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


  • 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.


  • Résumé

    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.


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