Direction de recherche : Patrick GARDA

Co-encadrement : ALEXANDRE Annick

Modélisation et Simulation, en VHDL-AMS, de Capteurs d’Images CMOS

De nos jours, l'introduction des procédés de fabrication de la technologie CMOS standard dans la réalisation de capteurs d'images, permet d'intégrer, sur une même puce (SOC pour System On Chip) toutes les fonctionnalités requises pour l'acquisition d'une information sous forme d'images, de la détection de lumière jusqu'à la conversion analogique numérique du signal de sortie, voire la réalisation de certains traitements numériques. Un tel système est dit multi-domaine puisqu'il contient une partie fonctionnant dans le domaine optoélectronique (photodétecteurs) et une partie fonctionnant dans le domaine électrique (circuiterie de traitement). De plus, il est mixte puisque l'opération d'acquisition d'images est contrôlée par des signaux numériques alors que la circuiterie chargée de la conversion et/ou de l'amplification de l'information est analogique. La réalisation de ces systèmes est, inéluctablement, précédée d'une étape de simulation et de validation préliminaires par des outils d'aide à la conception sur ordinateur. Traditionnellement, la simulation des différentes parties d'un SOC, est effectuée séparément en utilisant des outils dédiés pour chacune de ces parties. La simulation du système dans son ensemble par ces outils conventionnels est très difficile voire impossible. D'où la nécessité de faire appel à de nouveaux langages de description mixtes et multi-domaines à l'instar de VHDL-AMS et Verilog-AMS. Dans cette thèse, nous nous sommes fixés comme objectif d'explorer la possibilité de modélisation, de description et de simulation de capteurs d'images CMOS mixtes et multi-domaines, en utilisant le nouveau langage de description matériel VHDL-AMS. En effet, deux capteurs ont été étudiés, modélisés et simulés. Le premier est un imageur composé d'une matrice de pixels actifs, d'un convertisseur analogique numérique (CAN) et d'une unité de contrôle numérique. Le deuxième est un circuit de mesure composé d'un pixel passif auquel est associé un circuit d'intégration externe à base d'un amplificateur opérationnel (AOP). Dans le but de développer des modèles rapides et précis, différentes approches ont été suivies pour la modélisation des éléments constituants les deux capteurs : modélisation physique des composants optoélectroniques, modélisation comportementale du CAN et des circuits de conversion et de lecture du photocourant et macromodélisation de l'AOP.