Conception d'un circuit de lecture intégré CMOS pour un photodétecteur infrarouge à faible résistance interne pour le contrôle en temps réel du vieillissement des polymères - CentraleSupélec Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Design of CMOS integrated readout circuit for low shunt resistance infrared photodetector for real-time polymer aging control

Conception d'un circuit de lecture intégré CMOS pour un photodétecteur infrarouge à faible résistance interne pour le contrôle en temps réel du vieillissement des polymères

Résumé

Polymer aging control is crucial for improved performance and ensuring the safety of electrical power plants. By now, the invasive method is being utilized for polymer aging controlin electrical power plants. It consists of taking, by coring, samples of polymers from electrical installations and sending them to laboratories to carry out the tests and analyses necessary for a quality assessment. This method is indeed reliable yet expensive and time-consuming. This Ph.D. work focuses on designing an integrated CMOS readout circuit to detect a pulsed current photogenerated in a low-shunt resistance Infrared (IR) photodetector. The proposed signal acquisition circuit is realized in in X-FAB 0.18μm CMOS technology which paves the way for the design of a SOC or a SIP for a potential widespread IoT monitoring system.The proposed integrated circuit design flow is driven by constraints originating from the low-shunt resistance of infrared detectors, large background noise, the short duration and low dynamics of the emitted pulses, with a requirement of maximizing the sensitivity and SNR for the targeted application. It consists of two principal blocks: a signal reading circuit and an analog-to-digital converter. The signal readout is further comprised of a detector interfacing circuit, background suppression, and signal amplification. In addition, to attenuate low and high-frequency noise frequencies, a CDS (Correlated Double Sampling) technique has been implemented as well as digital averaging. The whole system, after identification and correction of a polynomial characteristic leads to an equivalent resolution of 8-bit or even 10-bit depending on the dimensioning of the amplifier.
La maîtrise du vieillissement des polymères est cruciale pour améliorer les performances et assurer la sécurité des centrales électriques. A l'heure actuelle, une méthode invasive est utilisée pour le contrôle du vieillissement des polymères dans les centrales électriques. Elle consiste prélever, par carottage, des échantillons de polymères sur les installations électriques et à les envoyer aux laboratoires pour effectuer les tests et analyses nécessaires à une évaluation de la qualité. Cette méthode est en effet fiable mais coûteuse et chronophage.Ce doctorat. les travaux se concentrent sur la conception d'un circuit de lecture CMOS intégré pour détecter un courant pulsé photo-généré dans un photodétecteur infrarouge (IR) a faible résistance interne. Le circuit d'acquisition du signal proposé est réalisé en technologie X-FAB 0.18μm CMOS et ouvre la voie à la conception d'un SOC ou d'un SIP pour un système de surveillance IoT potentiellement largement déployé.Le flux de conception de circuit intégré proposé est piloté par des contraintes provenant de la faible résistance de shunt des détecteurs infrarouges,du bruit de fond énorme, de la courte durée et faible dynamique des impulsions émises, avec une exigence de maximisation de la sensibilité et SNR pour l'application visée. Il se compose de deux blocs principaux : un circuit de lecture du signal et un convertisseur analogique-numérique. La lecture du signal est en outre composée d'un circuit d'interface de détecteur, d'une suppression d'une amplification avec suppression du bruit de fond et d'un intégrateur. De plus, afin d'atténuer les bruits basse et haute fréquences, une technique de CDS (double échantillonnage corrélé) a été implémentée ainsi qu'un moyennage numérique. L'ensemble du système après identification et correction d'une caractéristique polynomiale conduit a une résolution équivalente de 8-bit, voire 10-bit selon le dimensionnement de l'amplificateur.
Fichier non déposé

Dates et versions

tel-04562451 , version 1 (29-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04562451 , version 1

Citer

Saman Fatima. Conception d'un circuit de lecture intégré CMOS pour un photodétecteur infrarouge à faible résistance interne pour le contrôle en temps réel du vieillissement des polymères. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université Paris-Saclay (2020-..), 2023. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04562451⟩
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