Conception d’une tête radiofréquence auto adaptative au milieu de propagation pour les applications médicales

Francis Chan Wai Po

Description

Sous la direction de Eric Kerherve, Jean-Marie Pham
Thèse soutenue le 23 juillet 2010: Bordeaux 1
L'impédance d'entrée d'une antenne miniature est fortement affectée par des facteurs environnementaux à l'origine de pertes de puissance réduisant l'efficacité énergétique des têtes radiofréquences dans les applications RF, en particulier dans la télémétrie des implants cardiaques. Le but de mes études est de développer une unité de calibration d'impédance d'antenne très faible consommation capable d'adapter toute variation de l'impédance d'entrée de l'antenne à l'impédance de la source radiofréquence. La première partie de mon étude est axée sur la conception au niveau système d'une approche nouvelle de calibration automatique du système. Un réseau d'adaptation automatique d'impédance sans coupleur et fonctionnant de façon directe est étudié et permet d'optimiser la taille du dispositif, la vitesse de l'adaptation, la consommation d'énergie et les performances globales. Deuxièmement, une nouvelle méthode de synthèse du réseau d'adaptation variable est proposée pour réduire fortement la complexité globale de l'algorithme d'adaptation. La troisième partie de mon étude est axée sur la fabrication d'un démonstrateur hybride fonctionnant dans la bande médicale MICS afin de valider le concept auto adaptatif d'impédance. Un banc expérimental qui comprend une antenne immergée dans son milieu connectée au démonstrateur piloté par un microcontrôleur a été mis en place et a permis d'atteindre un coefficient de réflexion jusqu'à -30dB avec un temps de calibration inférieur à 1ms. La dernière partie de mon travail consiste à concevoir le circuit d'adaptation automatique d'impédance d'antenne très faible consommation fonctionnant dans la bande ISM 2.4GHz en utilisant la technologie CMOS 0.13um.
-Calibration d'antenne
-Faible consommation
-Optimisation de l'efficacité énergétique
-Réseau d'adaptation d'impédance
-Télémétrie médicale
-Tête radiofréquence
Antenna input impedance is highly affected by environmental factors increasing the losses or reducing the power efficiency of the radiofrequency transceiver in many RF applications such as in implantable pacemaker device telemetry. The purpose of my study is to develop a low power fully integrated antenna-impedance tuning unit to match any variation of the antenna impedance to the source. The first part of my study is focused on the system-level design of a new approach to automatically match the system. A couplerless single step automatic matching network is investigated to optimize the die size, the speed, the power consumption and the overall performance. Second, a new method for synthesizing an automatic matching network is developed reducing strongly the overall complexity of the matching algorithm. The third part of my study is focused on the fabrication of a hybrid demonstrator operating at the Medical Implantable Communication Service (MICS) frequency band to validate the concept. An experimental set-up including the antenna tuning unit, a microcontroller and a pacemaker antenna connected to the demonstrator was done achieving a reflection coefficient up to -30dB, an overall tuning time less than 1ms. The last part of my work is to design the entire automatic matching network circuit in 0.13um CMOS technology including a front-end transceiver designed under ultra low power constraints and operating at 2.4GHz ISM frequency band. The additional items overall power consumption is less than 1.5mW under 1.2V supply voltage.
-Low power consumption
-Power efficiency optimisation
-Impedance matching network
-Antenna tuning unit
-Implantable pacemaker
-Medical telemetry
Source: http://www.theses.fr/2010BOR14052/document

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

N° d’ordre : 4052

THESE

présentée à

L’UNIVERSITE BORDEAUX 1

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGENIEUR

par Francis CHAN WAI PO

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPECIALITE : MICRO-ELECTRONIQUE



Conception d’une tête radiofréquence auto adaptative au
milieu de propagation pour les applications médicales


Thèse dirigée par Eric KERHERVE

Soutenue le 23 juillet 2010


Devant la commission d’examen formée de :

M. AMARA Amara, Professeur, ISEP Président
M. O’ CONNOR Ian, Professeur, Ecole Centrale de Lyon Rapporteur
M. BLONDY Pierre, Professeur, Université de Limoges Rapporteur
M. KERHERVE Eric, Professeur, Université Bordeaux 1 Directeur
M. PHAM Jean-Marie, Maître de Conférences, Université Bordeaux 1 Codirecteur
M. DEVAL Yann, Professeur, Université Bordeaux 1 Examinateur
M. DE FOUCAULD Emeric, Docteur, CEA LETI MINATEC Encadrant
M. DAL MOLIN Renzo, Directeur de recherche, ELA Medical Invité
M. VINCENT Pierre, Chef du laboratoire ACR, CEA LETI MINATEC Invité

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Remerciements
















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- 4 - Remerciements
Remerciements officiels
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été effectués au sein laboratoire ACR
(Architecture & Conception Radiofréquence) du service CME (Conception pour les Micro
technologies Emergentes) du CEA LETI MINATEC à Grenoble. Cette thèse, qui a
erofficiellement débuté le 1 août 2006, a été financée par une allocation du CEA avec la
participation de ELA Medical du Groupe SORIN.
Tout d’abord, je souhaite remercier Monsieur Jean-René LEQUEPEYS pour m’avoir
accueilli dans son service et Monsieur Pierre VINCENT pour m’avoir accueilli dans son
laboratoire afin de réaliser mes travaux de recherche, pour m’avoir fait partager son
expérience, pour son soutien permanent, pour ses conseils techniques et humains.
Je remercie Monsieur Amara AMARA, Professeur à l’ISEP, pour avoir accepté d’être
président de mon jury de thèse et pour m’avoir donné aujourd’hui l’opportunité de
m’épanouir dans le domaine de la recherche et de l’enseignement.
Je remercie Monsieur Ian O’CONNOR, Professeur à l’Ecole Centrale de Lyon, Monsieur
Pierre BLONDY, professeur à l’Université de Limoge, pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce
travail en acceptant d’en être rapporteurs.
C’est avec plaisir que je remercie Monsieur Yann DEVAL, Professeur à l’Université de
Bordeaux 1, pour avoir également accepté d’être jury de ma thèse.
Je remercie Monsieur Renzo DAL MOLIN, Monsieur Pascal PONS et Monsieur Régis
PIERQUIN de la société ELA Médical du Groupe SORIN pour la confiance qu’ils m’ont
témoigné tout au long de cet aventure et de m’avoir proposé ce sujet passionnant.
Je souhaite remercier très sincèrement, Monsieur Eric KERHERVE, mon directeur de
thèse et professeur à l’Université de Bordeaux 1, Monsieur Jean-Marie PHAM, mon co-
directeur de thèse et maître de conférence à l’Université Bordeaux 1, et Monsieur Emeric de
FOUCAULD, mon encadrant de thèse au CEA, pour l’attention constante avec laquelle ils ont
suivi ces travaux et pour les qualités humaines dont ils ont su faire preuve durant cette période
de ma vie.
Enfin, je ne terminerai pas sans remercier toutes les personnes, qui ont contribué, à divers
titres, au bon déroulement de cette thèse et en particulier l’ensemble des membres permanents
du laboratoire ACR, l’ensemble des collègues doctorants et post-doctorants du service CME
avec qui j’ai partagé de bons moments, mais aussi les stagiaires du laboratoire ACR, en
particulier Mademoiselle Mouna EL BAKKALI avec qui j’ai eu le plaisir de travailler.
- 5 - Remerciements
Remerciements personnels
Après les remerciements officiels, viennent les remerciements personnels. Tout d’abord je
tiens à remercier du fond du cœur mon épouse Miadana Josia CHAN WAI PO pour son
soutien permanent, pour ses conseils, pour avoir été à mes cotés et à mon écoute pendant les
moments heureux et difficiles de cette aventure.
Je tiens à remercier très sincèrement ma tante Christine CHARPILLON et mon oncle
Claude CHARPILLON à qui je dois tant et qui m’ont tant aidé, qui ont su répondre présents
dans les moments difficiles de ma vie et qui m’ont permis d’en arriver là.
Je tiens enfin à dédier ce manuscrit à la mémoire de mes parents et de ma grand-mère.
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