Thèse Conception en Cmos des Circuits pour la Mesure In-Situ de Coefficient de Qualité des Résonateurs H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Direction de la thèse : Ming ZHANG Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-05T23:59:59 Contexte de la recherche: Un résonateur est un composant vibrant utilisé dans divers domaines (télécommunications, automobile, microfluidique et caractérisation des matériaux), à la fois comme référence temporelle et comme capteur grâce à sa haute sensibilité aux grandeurs physiques à mesurer. Son facteur de qualité (facteur Q) est l'un des paramètres permettant de décrire ses performances. Il est donc important de connaître son facteur Q avant, voire pendant, son application. Cependant, sa mesure dans le domaine fréquentiel requiert souvent des instruments coûteux, ce qui rend le système encombrant et empêche toute mesure in situ. Dans cette thèse, nous étudierons la mesure du facteur Q dans le domaine temporel, seule méthode permettant une mesure in situ.État de l'art: La mesure du facteur Q a longtemps été dominée par l'approche fréquentielle, utilisant des instruments de mesure volumineux et onéreux. Mais grâce aux instruments modernes, la mesure bénéficie d'une très bonne précision, de l'ordre de 10. Cependant, cette méthode de mesure présente certains inconvénients: elle doit être réalisée dans le laboratoire où se trouve l'instrument de mesure et le résonateur doit être retiré de son contexte d'application, autrement dit ex situ. Or, pour certaines applications, une telle mesure est irréalisable ou trop complexe à mettre en oeuvre. En comparaison, la mesure dans le domaine temporel, moins courante, peut être effectuée à l'aide d'un simple circuit électronique. Elle est donc transportable. Ce circuit électronique est compatible avec les technologies de fabrication de circuits intégrés et la mesure du facteur Q in situ est tout à fait possible. La mesure peut même être effectuée en temps réel ou de manière régulière. Grâce à ses avantages et à son potentiel, la mesure du facteur Q dans le domaine temporel suscite un intérêt croissant au sein de la communauté scientifique. Actuellement, certaines techniques décrites dans la littérature utilisent encore une reconversion dans le domaine fréquentiel pour l'extraction finale du facteur Q. Bien que des approches entièrement temporelles aient été publiées, elles présentent encore des limitations par rapport à l'approche entièrement fréquentielle. Afin de combler cet écart et d'améliorer les approches temporelles, nous proposons cette étude visant à étendre la couverture fréquentielle, augmenter le facteur Q, réduire la consommation d'énergie et renforcer la robustesse du circuit.

Travaux requis: L'objectif de cette étude est de concevoir un système complet de mesure du facteur Q. Ce système comprendra deux parties: l'excitation du circuit résonateur et le circuit de mesure du facteur Q dans le domaine temporel. Différents résonateurs étant ciblés, des circuits d'excitation adaptés seront étudiés. Concernant le circuit de mesure du facteur Q dans le domaine temporel, différentes techniques seront explorées et étudiées en profondeur pour différents résonateurs. Les compromis entre précision de mesure, complexité de mise en oeuvre, consommation d'énergie et robustesse face aux défauts de production seront pris en compte afin d'étendre la couverture fréquentielle, d'augmenter le facteur Q, de réduire la consommation d'énergie et de renforcer la robustesse du circuit. A resonator is a vibrating component used in various fields, telecommunications, automotive, microfluidic systems and material characterization, both as a time reference and as a sensor thanks to its high sensitivity to the physical quantities to be detected. Its quality factor (Q-factor) is one of the parameters used to describe its performances. It's therefore important to know its Q-factor before or even during its application. However, its measurement in frequency domain often requires expensive instruments, making the system bulky and preventing the measurement from being used in-situ. In this PhD study, we will investigate the Q-factor measurement in time domain, which is the only way to allow an in-situ measurement. In this PhD study, we will investigate the Q-factor measurement in time domain, which is the only way to allow an in-situ measurement.

Le candidat doit posséder de solides connaissances en électronique, microélectronique et conception de circuits intégrés numériques et analogiques. Le candidat doit également maîtriser l'anglais, tant à l'écrit qu'à l'oral. Une bonne pratique des logiciels de CAO Cadence, SPICE et Altium Designer sera un atout.