docteur de l`université de bordeaux

THÈSE PRÉSENTÉE
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR DE
L’UNIVERSITÉ DE BORDEAUX
ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE l’INGÉNIEUR
SPÉCIALITÉ : ÉLECTRONIQUE
Par Ala AYED
DÉVELOPPEMENT DE MÉTHODOLOGIES POUR
L’EXTRACTION ET LA CONSTRUCTION DE
MACROMODÈLES D’IMMUNITÉ ÉLECTROMAGNÉTIQUE
APPLIQUÉS AUX CIRCUITS INTÉGRÉS
Sous la direction de : Geneviève DUCHAMP
(Co-encadrants : Tristan DUBOIS & Jean-Luc LEVANT)
Soutenue le 19 décembre 2014
Membres du jury:
M. CAZARRÉ, Alain
Professeur, Université Paul Sabatier
Président
Mme. DUCHAMP, Geneviève
Professeur, Université de Bordeaux
Directrice de thèse
M. DUBOIS, Tristan
Maître de conférences, Université de Bordeaux
Co-encadrant
M. LEVANT, Jean-Luc
Docteur ingénieur, Expert CEM, ATMEL, Nantes
Co-encadrant
M. PERDRIAU, Richard
Enseignant Chercheur-HDR, ESEO
Rapporteur
M. VOLLAIRE, Christian
Professeur, Ecole Centrale de Lyon
Rapporteur
Mme. FRÉMONT, Hélène
Maître de conférences-HDR, U. de Bordeaux
Examinateur

TABLE DES MATIÈRES
Introduction générale ............................................................................................................... 1
Chapitre 1 : Généralités sur la compatibilité électromagnétique & CEM des circuits
intégrés ...................................................................................................................................... 4
1. Généralités sur la compatibilité électromagnétique .......................................................... 5
1.1. Introduction ..................................................................................................................... 5
1.2. Niveaux de compatibilité ................................................................................................. 7
1.3. Sources des perturbations électromagnétiques ................................................................ 7
1.3.1. Classification des sources ......................................................................................... 7
1.3.2. Exemples de sources de perturbation ........................................................................ 8
i) Décharges électrostatiques .......................................................................................... 8
ii) Radars ......................................................................................................................... 9
iii) Communications sans fil ............................................................................................ 9
iv) Circuits intégrés ....................................................................................................... 10
1.4. Couplage des perturbations électromagnétiques ........................................................... 10
1.4.1. Couplage rayonné ................................................................................................... 11
1.4.2. Couplage conduit .................................................................................................... 12
2. Compatibilité électromagnétique des circuits intégrés ................................................... 13
2.1. Historique de la CEM des circuits intégrés ................................................................... 14
2.2 Evolution des technologies des circuits intégrés et contraintes CEM ............................ 14
2.3. Emissivité des circuits intégrés ...................................................................................... 19
2.4. Immunité des circuits intégrés ....................................................................................... 20
2.4.1. Effet sur les circuits analogiques ............................................................................ 20
2.4.2. Effet sur les circuits numériques ............................................................................. 21
2.4.3. Effet sur les circuits mixtes ..................................................................................... 22
Conclusion ............................................................................................................................... 23
Chapitre 2 : Susceptibilité conduite des circuits intégrés ................................................... 24
Introduction ............................................................................................................................ 25
1. Critère de susceptibilité ..................................................................................................... 25
2. Techniques de mesure de la susceptibilité conduite ........................................................ 26
2.1. Injection directe de la puissance (DPI) .......................................................................... 26
2.2. Injection par boucle de courant (BCI) ........................................................................... 27
2.3. Test en cage de Faraday (WBFC) .................................................................................. 28
itoires ........................................................... 29
2.5. Mesure par sonde HFPI ................................................................................................. 30

2.6. Mesure par sonde RFIP ................................................................................................. 31
3. Modélisation de la susceptibilité ....................................................................................... 32
 ....................................................... 33
3.2. Techniques de modélisation du couplage ...................................................................... 34
 ..................................................................... 35
3.3.1. Modèle IBIS ............................................................................................................ 35
3.3.2. Modèle IMIC .......................................................................................................... 36
3.3.3. Modèle ICIM-CI ..................................................................................................... 37
Conclusion ............................................................................................................................... 38
Chapitre 3 : Méthode RFIP : Caractérisation de la sonde utilisée et du banc de mesure ..... 39
Introduction ............................................................................................................................ 40
1. Présentation de la technique RFIP ................................................................................... 40
1.1. Principe de la mesure ..................................................................................................... 40
1.2. E .......................................................................... 42
 ............ 44
2. Etude et caractérisation de la sonde RFIP ....................................................................... 46
2.1. Cahier des charges de la sonde RFIP ............................................................................. 47
2.2. Conception des blocs amplificateurs de la sonde RFIP ................................................. 47
2.3. Etude et caractérisation des blocs amplificateurs .......................................................... 49
2.3.1. Mesure des paramètres S des blocs amplificateurs ................................................. 49
2.3.2. Paramètres S mesurés ............................................................................................. 49
2.4. Choix de la valeur de Zp ................................................................................................ 51
 ............................................ 53
2.5.1. Limitation fréquentielle et amélioration de la précision de calcul .......................... 53
i. Importance du de-embedding lors de la caractérisation de la sonde RFIP
ii. Techniques de de-embedding utilisées ................................................................... 54
a- Méthode de de-embedding 1 ....................................................................................................... 55
b- Méthode de de-embedding 2 ....................................................................................................... 55
2.5.2. Limitation en puissance injectée ............................................................................. 56
i. Limite avec la configuration actuelle ......................................................................... 56
ii ........ 58
iii. Amélioration de la limite en puissance .................................................................. 61
3. Caractérisation du banc de mesure RFIP ........................................................................ 63
3.1. Caractérisation de la sonde RFIP ................................................................................... 64
3.1.1. Caractérisation des amplificateurs .......................................................................... 65

p .......................................................................... 67
3.2. Caractérisation des éléments du banc de mesure ........................................................... 68
 .................................................... 68
3.2.2. Choix et caractérisation du té de polarisation ......................................................... 69
 ........................................................................ 71
4. Validation de la technique RFIP par mesure sur des composants connus ................... 73
5. Sources des incertitudes de la mesure RFIP .................................................................... 75
Conclusion ............................................................................................................................... 77
Chapitre 4 : Caractérisation et modélisation de l’immunité d’un convertisseur
analogique-numérique ........................................................................................................... 78
1. Présentation du convertisseur analogique-numérique ................................................... 79
1.1. Choix et description du circuit ....................................................................................... 79
1.2. Carte de test ................................................................................................................... 80
1.3. Configurations de mesure et chemins de couplage ....................................................... 81
1.4. Choix du critère de susceptibilité .................................................................................. 82
2. Caractérisation de l’immunité de l’ADC par la technique RFIP .................................. 83
2.2. Validation de la technique RFIP .................................................................................... 84
2.3. Investigation des spécificités des mesures RFIP ........................................................... 85
2.3.1 Courbes de susceptibilité RFIP ................................................................................ 86
 ................................ 89
3. Analyse de l’immunité du convertisseur analogique-numérique .................................. 90
3.1. Introduction ................................................................................................................... 90
3.2. Dispersion des résultats de conversion et variation de moyenne ...................................... 91
3.3. Hypothèses sur les causes de la dispersion et de la variation de moyenne ................... 92
3.4. Effet des perturbations sur la tension Vin....................................................................... 93
3.5. Effet des perturbations sur la tension VREF .................................................................... 95
3.5.1. Effet des perturbations dans le cas VREF externe .................................................... 96
3.5.2. Effet des perturbations dans le cas VREFinterne ...................................................... 97
4.1. Présentation du modèle ICIM-CI ................................................................................ 100
4.2. Méthodologie de construction du modèle ICIM- .................................... 100
4.2.1. Bloc PDN .............................................................................................................. 100
4.2.2. Bloc IB .................................................................................................................. 101
4.2.3. Fonctionnement du modèle ................................................................................... 103
4.3. Calcul des paramètres du modèle ICIM-CI ................................................................. 104