Résumé
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Cette thèse
s'inscrit dans le cadre d’une convention Cifre entre le laboratoire
Polytech’Lab et la société STMicroelectronics. Le travail
porte sur l’intégrité
et la qualité des alimentations des systèmes
microcontrôleurs. Le bruit
d’alimentation représente une menace importante pour
l’efficacité et le bon fonctionnement
d’un microcontrôleur. Il est donc primordial de l’évaluer
durant la phase de
conception. Le réseau de distribution d’un système
microcontrôleur joue un rôle
important dans la génération de ce bruit d’alimentation.
Plus précisément, les
parasites RLC des différents éléments constituant
le réseau d’alimentation -à
savoir le régulateur de tension, le boitier, le circuit
imprimé et la puce
microcontrôleur- ont un impact direct sur le bruit
d’alimentation. Leurs
caractéristiques varient en fonction de la conception du
réseau de
distribution, et donc de l’application finale du système
microcontrôleur. Dans
le cadre des microcontrôleurs généralistes tels que
les STM32, il est
impossible d’anticiper toutes les applications potentielles dans
lesquelles ils
pourraient être embarqués. Prédire avec
précision les parasites RLC du réseau
d’alimentation durant la phase de conception est donc très
compliqué, car tous
les cas ne peuvent être traités. Il est alors primordial
d’estimer ces
parasites à l’aide de mesures sur le système final. Ce
travail de thèse explore
des principes permettant d’embarquer directement sur puce la
détection de ces
parasites d’alimentation. Plusieurs méthodes permettant
d’estimer ces derniers
ont été introduites dans la littérature, proposant
parfois des solutions
embarquées sur puce. Bien qu’efficaces, ces méthodes
présentent souvent une
forte contrainte de coût, incompatible avec le
développement de
microcontrôleurs STM32, ou ne peuvent potentiellement pas
être applicable à
toutes les gammes de STM32.
Ce travail
de thèse propose d’estimer une partie de l’inductance et de la
capacité d’un
réseau d’alimentation, en mesurant la fréquence de
résonance issue de
l’interaction entre la puce et son boîtier. A cette
fréquence, l’impédance du
réseau d’alimentation est élevée, faisant de cette
résonance l’un des facteurs
les plus critiques pour le bruit d’alimentation. La nouvelle
méthode de mesure introduite répond aux contraintes
spécifiques liées au
développement de microcontrôleurs STM32. Cette
dernière est d’abord appliquée
de manière externe afin d’en valider l’efficacité. En
appliquant cette méthode
à trois microcontrôleurs STM32 provenant de gammes
différentes, puis en
corrélant avec des simulations pour chacun des cas
étudiés, l’efficacité de la
méthode proposée a pu être validée pour
différents niveaux de consommation.
Cette dernière a permis d’estimer avec succès la
fréquence de résonance pour
trois types de STM32, chacun avec différentes configurations de
réseau
d’alimentation. La méthode de mesure proposée permet
ainsi de fournir des
informations utiles concernant l’inductance de l’interconnexion et la
capacité équivalente
de la puce. La conclusion de ce travail introduit des perspectives afin
d’implémenter cette méthode de mesure sur puce, et
d’effectuer l’extraction in
situ des parasites LC impliqués dans la résonance entre
la puce et le boitier.
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