Transmetteur très faible consommation et haut-débit pour les communications couplées au corps humain en 28 nm FD-SOI
Auteur / Autrice : | Guillaume Tochou |
Direction : | Andreas Kaiser, Andreia Cathelin |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes |
Date : | Soutenance le 01/02/2022 |
Etablissement(s) : | Université de Lille (2022-....) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Entreprise : STMicroelectronics |
Université : University of California (Berkeley) | |
Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie | |
Jury : | Président / Présidente : Yann Deval |
Examinateurs / Examinatrices : Jan M. Rabaey, Patricia Desgreys, Rabia Tugce Yazicigil, Antoine Frappé | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Bourdel, Jerald Yoo |
Résumé
Ce travail de recherche doctorale a été réalisé dans le cadre du projet Human Intranet. Le concept d’Human Intranet vise à interconnecter différents types de capteurs et d’actionneurs sur le corps humain pour des applications médicales et bien-être.Les solutions RF connues, telles que le Bluetooth ou l’Ultra-Wideband, subissent l'effet d'ombre du corps, qui dégrade la qualité et la fiabilité du canal de communication. Comme alternative, la communication couplée au corps humain, où le corps humain est utilisé comme moyen de propagation, a été étudiée.Les communications couplées au corps humain nécessitent des émetteurs-récepteurs avec un débit de données flexible, une expérience utilisateur confortable, une faible consommation d’énergie, une couverture de communication élevée et une grande robustesse. Cette thèse présente un émetteur entièrement numérique à base d’impulsions, pour les communications couplées au corps humains capacitives(c-BCC), en technologie 28 nm FD-SOI CMOS. L’émetteur fonctionne à 450 MHz où la propagation par ondes de surface est le mécanisme dominant, offrant une plus grande largeur de bande avec un canal de communication plus stable. L’émetteur à rapport-cyclique élevé utilise un oscillateur en anneau pseudo-différentiel de 90 MHz en boucle ouverte et des combinateurs de fronts pour générer des impulsions modulées en OOK de forme gaussienne à travers un amplificateur de puissance à capacités commutées (SCPA). La large plage de tension de polarisation du substrat, offerte par la technologie FD-SOI, permet de régler la fréquence d’utilisation et d’optimiser l’efficacité en fonction du débit de données. L’émetteur proposé consomme de 17 à 76 μW pour des débits de données flexibles de 0,1 à 27 Mb/s (170 pJ/b à 2,8 pJ/b) avec une efficacité système allant jusqu’à 14 % pour une tension d’alimentation de 0,5 V. Ce travail présente également une méthodologie pour la conception de SCPA à ultra-basse tension en 28 nm FD-SOI CMOS, ainsi que des considérations de conception pour les récepteurs à ultra-basse consommation.