Direction de recherche : Marie-Minerve LOUËRAT

Co-encadrement : ISKANDER Ramy

Une méthodologie de conception pour l'immunisation des circuits intégrés HV/HT contre les couplages de substrat pour les applications automobiles

Les circuits intégrés « Smart Power » intégrant sur un même substrat des étages de puissance et de la logique basse tension, sont aujourd’hui incontournables dans le domaine de l’automobile. La course à la performance (forte intégration, cohabitation de fonctionnalités de natures différentes, rapidité, faible consommation…) pose de nombreux problèmes de fiabilité en particulier sur le plan de l’intégrité des signaux véhiculés au sein du circuit. Il s’agit donc de développer une nouvelle méthode de conception assistée par ordinateur pour la modélisation et la simulation rapides des effets destructifs de couplage de substrat dans les circuits intégrés mixtes haute tension (HV) et haute température (HT) pour les applications automobiles.
Le projet AUTOMICS (Pragmatic solution for parasitic-immune design of electronics ICs for automotive) financé par le 7ème programme cadre européen FP7 ICT s’attache à étudier les couplages parasites dans les circuits intégrés mixtes de type « smart power ». Pour réaliser ce projet, une nouvelle méthode pragmatique de conception est indispensable pour la modélisation et la simulation rapides des effets destructifs de couplage de substrat dans les circuits intégrés mixtes haute tension (HV) et haute température (HT) pour les applications automobiles. Durant la commutation des étages de puissance dans les circuits « smart power », des signaux parasites de tensions et de courants, constitués des électrons et des trous, conduisent à un décalage local de la tension du substrat qui peut atteindre des centaines de millivolts. Ce couplage électrique peut fortement perturber les circuits basses consommations voisines. Ces signaux parasites représentent les causes principales du non-fonctionnement et de l’augmentation des coûts dus à la re-conception de ces circuits. De plus, l’injection des porteurs parasites minoritaires est considérablement augmentée sous le fonctionnement en haute température comme dans le cas des applications automobiles ou la fiabilité et la stabilité sont les préoccupations majeures. L’inexistence d’une stratégie de modélisation efficace qui modélisent l’injection des porteurs minoritaires et leur propagation dans le substrat est l’une des raisons majeures pour cette situation critique. Ceci rend très difficile la prédiction de ces perturbations dans les circuits intégrés HV/HT pour les applications automobiles.
Par conséquent, la construction automatisée d’un nouveau modèle de substrat, le développement des méthodes de conception dédiés ainsi que la validation du modèle dans des applications réelles sont aux coeurs de ce sujet de thèse. Cette méthode aidera l’industrie de l’automobile à caractériser les effets parasites de substrat tôt dans la phase de conception sans faire recours à une implémentation sur silicium. Cela permettra une réduction importante sur le coût des circuits intégrés pour l’automobile, assurera la durabilité des composants électroniques et améliorera la sécurité dans les véhicules électriques.

Publications 2013-2016

• 2016
  • Y. Moursy : “Une méthodologie de conception pour l’immunisation des circuits intégrés HV/HT contre les couplages de substrat pour les applications automobiles”, soutenance de thèse, soutenance 20/05/2016, direction de recherche Louërat, Marie-Minerve, co-encadrement : Iskander, Ramy (2016)
  • Y. Moursy, H. Zou, R. Iskander, P. Tisserand, D.‑M. Ton, G. Pasetti, Eh. Seebacher, A. Steinmair, Th. Gneiting, H. Alius : “Towards Automatic Diagnosis of Minority Carriers Propagation Problems in HV/HT Automotive Smart Power ICs”, Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE) 2016 Conference, Dresde, Germany (2016)
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, J.‑P. Chaput, M.‑M. Louërat : “An Adaptive Mesh Refinement Strategy of Substrate Modeling for Smart Power ICs”, 2016 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Montreal, Canada, pp. 2358-2361 (2016)
  • Y. Moursy, R. Khalil, S. Lecce, V. Poletto, R. Iskander, M.‑M. Louërat : “Mixed-Signal PI Controller in Current-Mode DC-DC Buck Converter for Automotive Applications”, IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS'16), Montréal, Canada, pp. 1610-1613, (IEEE) (2016)
  • Y. Moursy, H. Zou, R. Khalil, R. Iskander, P. Tisserand, D.‑M. Ton, G. Pasetti, M.‑M. Louërat : “Efficient Substrate Noise Coupling Verification and Failure Analysis Methodology for Smart Power ICs in Automotive Applications”, IEEE Transactions on Power Electronics, (Institute of Electrical and Electronics Engineers) (2016)
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, A. Steinmair, H. Gensinger, Eh. Seebacher, J.‑P. Chaput, M.‑M. Louërat : “Using CAD Tool for Substrate Parasitic Modeling in Smart Power Technology”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, pp. 2323-2333, (IEEE) (2016)
• 2015
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, J.‑P. Chaput, M.‑M. Louërat, C. Stefanucci, P. Buccella, M. Kayal, J.‑M. Sallese, Th. Gneiting, H. Alius, A. Steinmair, Eh. Seebacher : “A CAD integrated solution of substrate modeling for industrial IC design”, 2015 20^th International Mixed-Signal Testing Workshop (IMSTW), Paris, France (2015)
  • Y. Moursy, R. Iskander, M.‑M. Louërat : “Automated triangular wave generator design with process corners compensation”, Mixed-Signal Testing Workshop (IMSTW), 2015 20^th International, Paris, France, pp. 1-6, (IEEE) (2015)
  • C. Stefanucci, P. Buccella, Y. Moursy, H. Zou, R. Iskander, M. Kayal, J.‑M. Sallese : “Substrate modeling to improve reliability of high voltage technologies”, 20^th International Mixed-Signal Testing Workshop (IMSTW), 2015, Paris, Paris, France (2015)
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, C. Stefanucci, P. Buccella, M. Kayal, J.‑M. Sallese : “Substrate noise modeling with dedicated CAD framework for smart power ICs”, 2015 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) n°1554, Lisbon, Portugal, pp. 4 (2015)
  • Y. Li, H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, R. Sobot, M.‑M. Louërat : “Optimization and Co-Simulation of an Implantable Telemetry System by Linking System Models to Nonlinear Circuits”, chapter in Computational Intelligence in Analog an Mixed-Signal (AMS) and Radio-Frequency (RF) Circuit Design, pp. 83-113, (Springer) (2015)
• 2014
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, M.‑M. Louërat, J.‑P. Chaput : “A novel CAD framework for substrate modeling”, 10^th Conference on Ph.D Research in Microelectronics and electronics, Grenoble, France, pp. 1-4, (IEEE) (2014)
• 2013
  • Y. Moursy, S. Afara, P. Buccella, C. Stefanucci, R. Iskander, M. Kayal, J.‑M. Sallese, M.‑M. Louërat, J.‑P. Chaput, M. Thomas Tomasevic , S. Ben Dhia, A. Boyer, B. Guegan, V. Poletto, A. Roggero, T. Cavioni, E. Novarini, Eh. Seebacher, A. Steinmair, P. Tisserand, D.‑M. Ton, Th. Bousquet, Th. Gneiting : “AUTOMICS: A novel approach for substrate modeling for Automotive applications”, 18^th IEEE European Test Symposium, Avignon, France (2013)