Conception, fabrication et caractérisation d’une puce CMOS pour l’alimentation et le diagnostic d’un réseau configurable de commutateurs MEMS électrothermiques

Résumé

Ce mémoire présente la conception d’un circuit de commande pour alimenter un réseau de commutateurs configurables reposant sur l’utilisation de microsystèmes électromécaniques (MEMS) électrothermiques. Une nouvelle approche d’alimentation à courant constant est proposée pour obtenir un contrôle précis de la puissance sur un ensemble de dispositifs utilisant des heaters comme actionneurs thermiques. Le système est compatible avec un courant à double impulsion et une modulation de largeur d’impulsion (PWM), permettant respectivement d’accélérer la fermeture et de réduire la consommation énergétique du commutateur. Le circuit d’actionnement est conçu de sorte à alimenter des commutateurs MEMS électrothermiques différents en série et en parallèle. Par ailleurs, des circuits de rétroaction basés sur une technique d’auto-détection de la température des uheaters et sur la propriété ohmique des contacts de l’actionneur sont proposés pour détecter et résoudre les problèmes liés à la durée de vie des commutateurs MEMS. Une revue de la littérature scientifique sur la structure électrothermique en V, incluant les modèles thermiques, les capteurs, les méthodes et les circuits d’alimentation ainsi que les problèmes liés à l’actionnement, constitue une contribution supplémentaire. Bien que plusieurs circuits électroniques standard soient présentés, la nouveauté de ce travail de recherche est axée sur l’application et la proposition d’un système complet sur puce en technologie CMOS, comprenant les circuits d’actionnement et de diagnostic. Finalement, les circuits sont réalisés avec la technologie 0,18 um BCD de TSMC, occupant une surface totale de 1,3 mm² pour une puce ayant des dimensions de 2 mm × 2 mm. Les essais expérimentaux, réalisés avec un PCB conçu spécifiquement, démontrent une puce fonctionnelle pouvant fournir un courant maximal de 125 mA avec une résolution de 2 mA. Avec une tension d’alimentation de 8 V en sortie et une tension de sortie minimale de 1,6 V, la puissance maximale correspondante est de 800 mW. Dans ces conditions, la résistance maximale du uheater est de 51 Ω.

Date	22 janv. 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Nabki (Directeur(-trice)) & Glenn Cowan (Codirecteur(-trice))