Thèse en Electronique

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Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (INSA Toulouse)
Génie Electrique, Electronique et Télécommunications (GEET)
Contribution à la modélisation de l'immunité conduite des circuits intégrés et
étude de l'impact du vieillissement sur leur compatibilité électromagnétique
lundi 18 octobre 2010
Amadou Cissé NDOYE
CONCEPTION DE CIRCUITS MICROELECTRONIQUES ET MICROSYSTEMES
Mr. AUSTIN Patrick Professeur Université Paul Sabatier Toulouse Président du jury
Mr. ALQUIE Georges Professeur Université Pierre et Marie Curie Paris Rapporteur
Mr. REINEIX Alain Professeur Université de Limoges Rapporteur
Mr. BESNIER Philippe Charge de recherche au CNRS (HDR) INSA de Rennes Examinateur
Mr. SICARD Etienne Professeur INSA de Toulouse
Mme BENDHIA Sonia Maître de conférence (HDR) INSA de Toulouse
Laboratoire Toulousaine de Technologie et d'Ingénierie des Systèmes (LATTIS)
N° ordre: 1049

R´esum´e
Le d´eveloppement de l’´electronique dans les syst`emes embarqu´es `a application a´ero-
nautique, spatial, ou encore automobile est aliment´e par des performances croissantes,
une int´egration pouss´ee et des coˆuts attractifs, permettant aux industriels d’offrir des
solutions techniques et ´economiques concurrentielles. N´eanmoins, cette ´evolution rapide
n´ecessite une remise en cause permanente des m´ethodes de conception des syst`emes
embarqu´es, dont on doit garantir la maˆıtrise du comportement dans des environnements
s´ev`eres. En particulier, la maˆıtrise de la compatibilit´e ´electromagn´etique (CEM) est
un ´el´ement cl´e de la r´eussite des challenges d’int´egration et d’´evolution technologique.
Cette ´etude d´ecrit les diff´erentes phases de mod´elisation de l’immunit´e d’un circuit
int´egr´e analogique, bas´ee sur les informations techniques non confidentielles donn´ees par
le fabricant du circuit int´egr´e et l’extraction des mod`eles ´electriques des ´el´ements du
circuit imprim´e. Notre travail apporte un cas d’´etude dans le cadre d’une proposition de
norme ”IEC” (International Electrotechnical Commission) sous la r´ef´erence IEC-62433.
De plus, dans ce m´emoire, nous mettons en ´evidence l’impact du vieillissement des
composants ´electroniques sur les performances CEM. Diff´erentes technologies et types
de circuits int´egr´es sont ´etudi´es pour apporter une analyse qualitative sur l’´evolution des
param`etres CEM apr`es une certaine dur´ee de vie. Nous proposons une m´ethodologie de
qualification pour appr´ecier l’´evolution des marges CEM sous la d´enomination ”fiabilit´e
´electromagn´etique”. Cette m´ethode, bas´ee sur des proc´ed´es exp´erimentaux et statis-
tiques, permet de caract´eriser l’impact du vieillissement des composants ´electroniques
sur les param`etres CEM. Ces travaux mettent en ´evidence l’int´erˆet d’introduire le
facteur ”effet du temps” dans nos mod`eles d’immunit´e afin de garantir la compatibilit´e
´electromagn´etique de nos syst`emes ´electroniques embarqu´es tout au long de leur profil
de mission.
Mots-cl´e:
Compatibilit´e ´electromagn´etique, circuit int´egr´e, mod´elisation, immunit´e, ´emission,
caract´erisation, vieillissement, fiabilit´e ´electromagn´etique, syst`emes embarqu´es, IEC-
62433
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Abstract
The development of electronic embedded systems in aerospace application, spatial,
or automotive is powered by increased performance, advanced integration and attractive
prices, enabling manufacturers to offer technical solutions and economic competitive-
ness. However, this rapid evolution necessitates a questioning of permanent methods
of designing embedded systems that must guarantee the control of behavior in severe
environments. In particular, the control of electromagnetic compatibility ”EMC” is
importante of successful challenges of integration and evolution technology. This study
describes the various stages of immunity modeling an analog integrated circuit, based
on non-confidential technical information given by the manufacturer of the integrated
circuit and models extraction of electrical printed circuit board. Our work provides a
case study in the context of standard proposal ”IEC” (International Electrotechnical
Commission) under reference IEC-62433. Moreover, in this repport we show the impact
of aging electronic components on EMC performance. Different types of technologies and
integrated circuits are designed to provide a qualitative analysis on the evolution of EMC
parameters after a period lifetime. We propose a methodology for qualification of the
evolution of EMC margins under the name ”electromagnetic reliability”. This method,
based on experimental methods and statistics, used to characterize the impact of the
aging of electronics components on the EMC parameters. These works demonstrate the
interest of introducing the factor ”time effect” in our immunity models to ensure the
electromagnetic compatibility of our electronics systems throughout their mission profile.
Key words:
Electromagnetic compatibility, Integrated Circuit, modeling, immunity, emission cha-
racterization, aging, electromagnetic reliability, embedded systems, IEC-62433
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Remerciements
Ce travail a ´et´e effectu´e au sein du groupe de recherche ”Syst`emes Embarqu´es
Critiques” du Laboratoire Toulousain de Technologie et d’Ing´enierie des Syst`emes (LAT-
TIS) ´etabli au d´epartement de g´enie ´electrique et informatique de l’INSA de Toulouse.
Je remercie Danielle Fournier-Prunaret, directrice du LATTIS, ainsi que Colette Merc´e,
directrice du d´epartement, pour m’avoir accueilli durant ces trois ann´ees de th`ese.
Je souhaite t´emoigner toute ma reconnaissance `a mes deux encadrants de th`ese, Etienne
Sicard et Sonia BenDhia pour le soutien et les conseils qu’ils ont su m’apporter durant
mes trois ann´ees de th`ese. Je voudrais leur adresser de chaleureux remerciements pour la
confiance qu’ils m’ont accord´ee, la rigueur et la qualit´e avec laquelle ils ont su encadrer
mon travail. Les nombreuses discussions que nous avons pu avoir tout au long de ses
travaux m’ont toujours permis d’´eclaircir ma vision des choses. Je les remercie enfin
pour l’effort de correction qu’ils ont apport´e `a ce manuscrit.
J’adresse mes plus vifs remerciements `a Monsieur Alqui´e Georges et Monsieur Reineix
Alain d’avoir ´et´e rapporteurs de cette th`ese. Je leur suis particuli`erement reconnaissant
de la qualit´e des conseils concernant le manuscrit. Je remercie ´egalement Monsieur
Austin Patrick et Monsieur Besnier Philippe de l’int´erˆet qu’ils portent `a mon travail en
participant au jury de cette th`ese.
Un grand merci `a tout le personnel technique et administratif du d´epartement et
du laboratoire pour leur aide et leur bonne humeur. Je tiens tout particuli`erement `a
exprimer ma gratitude `a Joelle Breau, `a C´eline Guih´ery pour leur d´evouement et `a Jos´e
Martin pour sa disponibilit´e. Je remercie toutes les personnes que j’ai rencontr´ees au
cours de ces trois ann´ees de th`ese et qui ont apport´e leur pierre `a l’´edifice. Je pense en
particulier `a Fr´ed´eric Lafon pour l’ensemble de ses conseils, S´ebastien Serpaud pour la
mise en oeuvre de la plateforme collaborative CEM, Mohamed Ramdani et Alexandre
Boyer pour son aide technique.
Je voudrais exprimer toute ma gratitude `a tous les anciens et actuels membres et
th´esards de l’´equipe CEM du LATTIS : Samuel Akue Boulingui pour tous ses conseils
et pour son aide technique, Mikael, C´eline et Binhong.
Enfin, je souhaite remercier tous mes amis ainsi que ma famille et en particulier `a
ma m`ere A¨ ıssatou Ndour (Ma A¨ ıda), mon p`ere Souleymane Ndoye, Tonton Tidiane,
Tata Fatou Binetou, Tata Marˆeme, Ta Yatou, Tonton gana, Tonton Modou, Sorro,
Pape ousmane, A¨ ıda, Gamou, Moussa, Ndeye ngon´e, Ya Awa, Dabakh, Mame Assane

Seck, ma femme Sophie Diouf pour leur soutien moral et ma fille A¨ ıta .
Je tiens aussi `a remercier tous les joueurs de mon ´equipe EURAFRIFOOT, Mouha,
Bamba, Tapha, Fallou, Bocar, Amdy, Khoudoss, Laye, Nioro, Mback´e, Ibou, Racine,
Amineta, Maman Marˆeme et Fatma.
Je d´edie enfin cette th`ese `a ma famille et particuli`erement `a la ”M`ere Brave” ma
maman de tous les temps Ma A¨ ıda ...
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