Circuits Techniques for Wireless Sensing Systems in High-Temperature Environments

Dans ce projet, nous proposons de nouvelles techniques d'intégration basées sur la technologie de nitrure de gallium (GaN). Ces techniques permettent de mettre en œuvre un système de transmission de données sans fil entièrement intégré dédié aux capteurs de surveillance pour des applications d'environnement hostile. Le travail nécessite de trouver une technologie capable de résister à l'environnement sévère, principalement à haute température, et de permettre un niveau d'intégration élevé. Le système réalisé serait le premier dispositif de transmission de données basé sur la technologie GaN. En plus de supporter les conditions de haute température (HT) dépassant 600 oC, le système de transmission sans fil attendu devrait fonctionner à travers une barrière métallique séparant le module émetteur du récepteur. Une revue de la littérature sur les applications en environnements hostiles ainsi que sur l'électronique correspondante a été réalisée pour sélectionner la technologie AlGaN/GaN HEMT (transistor à haute mobilité d'électrons) comme une technologie appropriée. Le kit de conception GaN500, fourni par le Conseil national de recherches du Canada (CNRC), a été adopté pour concevoir et mettre en œuvre le système proposé. Cette technologie a été initialement introduite pour desservir les applications radiofréquences (RF) et micro-ondes. Par conséquent, elle n'avait pas été validée pour concevoir et fabriquer des circuits intégrés analogiques et numériques complexes et son utilisation à des températures extrêmes n'était pas validée. Nous avons donc caractérisé à haute température des dispositifs fabriqués en GaN500 et des éléments passifs intégrés correspondants ont été réalisés. Ces composants ont été testés sur la plage de température comprise entre 25 et 600 oC dans cette thèse. Les résultats de caractérisation ont été utilisés pour extraire les modèles HT des HEMT intégrés et des éléments passifs à utiliser dans les simulations. En outre, plusieurs composants intégrés basés sur la technologie GaN500, notamment des NOT, NOR, NAND, XOR, XNOR, registres, éléments de délais et oscillateurs ont été mis en œuvre et testés en HT. Des circuits analogiques à base de GaN500, comprenant un amplificateur de tension, un comparateur, un redresseur simple alternance, un redresseur double alternance, une pompe de charge et une référence de tension ont également été mis en œuvre et testés en HT. Le système de transmission de données mis en œuvre se compose d'un module de modulation situé dans la partie émettrice et d'un module de démodulation situé dans la partie réceptrice.