Représentation et traitement des signaux analogiques dans le domaine temporel, pour répondre aux défis des technologies CMOS très avancées

Advanced CMOS nodes trend to reduce the size of transistors hence reducing the power supply voltages and consequently available dynamics for the representation of analog signals. This work aims at proposing a data representation alternative which is usually done by an amplitude value. The chosen solution is to use a time-domain representation.In this thesis, we study both the use of a VCO-based ADC to convert an analog data into a time-domain one and a calculating method using data already encoded into the time domain.The three pillars of this thesis are a method to digitize a time-domain data so as to do more complex calculations, a method with a « residue extraction » allowing us to improve VCO-based ADCs performance in terms of resolution for a given bandwidth and an innovative architecture of a hybrid ADC which can adjust its operation switching between an asynchronous low-performance mode (which is a low power mode) and a synchronous high-performance mode (which is more energy consuming). The potential of these methods is pointed out by means of simulations that mimic the behavior of the 28 nm FDSOI CMOS technology.Dans un contexte de réduction des tailles de transistors dans les technologies CMOS très avancées entraînant la réduction des tensions d’alimentation et par conséquent des dynamiques disponibles pour la représentation des signaux analogiques, ce travail de thèse vise à proposer une alternative à la représentation des données dans le domaine de l’amplitude. La solution qui a été retenue est une représentation de la donnée dans le domaine temporel.Dans ce manuscrit nous étudions à la fois la conversion d’une donnée analogique dans le domaine temporel via, notamment, un convertisseur analogique numérique basé sur un oscillateur contrôlé en tension mais aussi les possibilités de calculs sur des signaux supports d’une information déjàcodée dans le domaine temporel.Nous proposons à l’issu de ce travail à la fois une méthode pour numériser une information temporel afin de pouvoir effectuer des calculs complexes avec, une méthode « d’extraction du résidu » pour améliorer les performances d’un VCO-based ADC en termes de résolution par rapport à la bande passante et une architecture de « convertisseur hybride » permettant d’adapter sonfonctionnement entre un mode dégradé asynchrone et peu consommant et un mode performant synchrone et plus gourmand en énergie tout en mettant en avant le potentiel de ces solutions au travers de simulations dont les modèles se basent sur la technologie CMOS FDSOI en 28 nm