injection-Locked oscillator based bandpass filter bank for feature extraction applications, in an ultra-low power wake-up sensing context
Banque de filtres passe-bande à oscillateurs verrouillés par injection pour application à la décomposition spectrale, dans un contexte de détection de réveilsur évènement ultra-faible consommation
Résumé
Power consumption of event driven wake-up sensors must be dramaticallydecreased, to reach sensor nodes power autonomy of nearly ten years. To avoidnoise limitations Induced by classical ultra-low power analog design, we proposeto exploit the innovative time-based design method. It consists in encoding theinformation inside the variation of a phase shift between two signals, instead ofinside an analog voltage variation. Consequently, the circuits supply voltage can bedecreased below 0.5V.Benefiting of their phase shifter properties, Injection-Locked Oscillators(ILO) are good candidates for time-based design. In this thesis, we propose to studya particular capacitive injection ILO architecture, to obtain its static and dynamicencoding properties. Thereafter, we exploit the ILO dynamic properties to designan ILO based bandpass filter, to be used in a bandpass filter bank for featureextraction, in a context of ultra-low power wake-up sensors applications. Thisproject led to the design of two functionals circuits in 22nm FDSOI and 65nmCMOS technological processes, demonstrating the feasibility of a 4-channels ILObandpass filter bank, with a power consumption of 12.1nW.
La consommation des capteurs de réveil sur évènement actuels doit êtredrastiquement réduite, dans l’optique d’obtenir des performances en autonomiedes nœuds de capteurs allant jusqu’à plusieurs dizaines d’années. Pour contrer leslimites en termes de bruit inhérentes à l’électronique analogique classique pourl’ultra-faible consommation, une méthode de conception innovante de conceptionpeut être mise en œuvre : la conception électronique dans le domaine temporel.Elle est caractérisée par un encodage de l’information non plus dans la variationanalogique de l’amplitude d’un signal électrique, mais dans un déphasage entredeux signaux, permettant la réduction de la tension d’alimentation des circuits àdes niveaux inférieurs à 0.5V.Bénéficiant de leur propriété de déphaseurs naturels, les OscillateursVerrouillés par Injection (OVI) se prêtent particulièrement bien à la conceptiondans le domaine temporel. Dans ce manuscrit, on propose d’étudier unearchitecture particulière d’OVI à injection capacitive, afin d’en extraire lespropriétés d’encodage statique et dynamique de l’information. Par la suite, onexploite les caractéristiques dynamiques de l’OVI afin de réaliser une architecturede filtre passe-bande dans le domaine temporel, destinée à être utilisée dans desapplications de décomposition spectrale pour la détection de réveil sur évènement.Ce projet a permis la réalisation de deux circuits fonctionnels en 22nm FDSOI et65nm CMOS, démontrant la faisabilité d’une banque de filtres à OVI de 4 canauxconsommant 12.1nW.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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