Contribution à la Caractérisation des Convertisseurs Analogiques Numériques haute performances : Mise en œuvre de nouveaux systèmes de traitement du signal pour le test in-situ.

In recent years, ADC testing has been acknowledged as an eminent technical an economic issue. Until now, the semiconductor industries use sophisticated signal processing algorithms to separate errors even they provide from the ADC or the instrumentation. In this thesis, we propose a BIST (Built In Self Test) method which can be used for production line Go/NoGo testing of ADC devices, and allow significant simplification of the test equipment setup required. In a general sense, the BIST scheme can be partitioned into two separate subtasks. The first task involves the generation of high-precision test stimuli on chip, while the second consists of processing the output data to determine a pass or fail condition.A new method for generating analogue signals with very low complexity and hardware requirement has been introduced. It consists of using digital Σ∆ modulators in the loop of digital resonator. This thesis presents a class of these circuits called sigma delta oscillators which use the high order modulator ability to trade bandwidth for quantization levels in order to efficiently generate spectrally pure analogue signals.Then, a novel technique based on digital filtering is presented to analyze the digital data from the ADC. The principle consists in conceiving a system that provides the spectral components of a signal. The system (filter bank) is a network of second order filter. Each biquadratic cell extracts a sinusoidal line (fundamental or harmonics). The power of sine wave components can be determined by calculating its variance. Then spectral parameters (SNR, SINAD, THD) can be estimated.Experimental results from a test chip and a prototype circuit board are given. Numerous experiments were carried out to validate the feasibility and the accuracy of the proposed BIST scheme.L’augmentation à la fois de la résolution et de la vitesse des CANs nécessite des moyens de test de plus en plus sophistiqués. Il est devenu nécessaire d’introduire des solutions autres que celles proposées dans les différents standards. Dans le cadre de nos travaux, une nouvelle approche qui réside en l’intégration des méthodes de caractérisation in-situ avec le CAN est présentée. L’étude du BIST (Built In Self Test) est séparée en deux parties : la première traite la génération d’un signal intégré et la seconde étudie l’estimation de certains des paramètres spectraux.Une structure originale basée sur l’utilisation de la modulation Σ∆ numérique est utilisée pour la conception de l’oscillateur analogique. Nous avons présenté une méthodologie originale de conception du modulateur Σ∆ d’ordre élevé tout en assurant la stabilité et en optimisant sa structure.Dans une deuxième étape, nous proposons une nouvelle méthode d’analyse basée sur un banc de filtre numérique. Le système est un réseau de cellules biquadratiques résonnant à des fréquences accordées sur les harmoniques. Le banc sépare les composantes spectrales du signal issue du CAN. Une unité de calcul assure l’estimation des puissances de chacune de ces composantes ainsi que celle du bruit. Le calcul des paramètres spectraux comme le SINAD, THD et le SNR est aussi réalisé par cette unité.Les résultats de mesures sur les prototypes confirment la précision espérée par la théorie, une dynamique du signal sinusoïdal supérieure à 110 dB pour l’oscillateur et une estimation des puissances du même ordre que celle obtenue par FFT pour l’unité d’extraction de paramètres

Contribution à la caractérisation des convertisseurs analogiques numériques hautes performances : mise en oeuvre de nouveaux systèmes de traitement du signal pour le test in situ

L'augmentation à la fois de la résolution et de la vitesse des CANs nécessite des moyens de test de plus en plus sophistiqués. Il est devenu nécessaire d'introduire des solutions autres que celles proposées dans les différents standards. Dans le cadre de nos travaux, une nouvelle approche qui réside en l'intégration des méthodes de caractérisation in-situ avec le CAN est présentée. L'étude du BIST (Built In Self Test) est séparée en deux parties : la première traite la génération d'un signal intégré et la seconde étudie l'estimation de certains des paramètres spectraux. Une structure originale basée sur l'utilisation de la modulation SD numérique est utilisée pour la conception de l'oscillateur analogique. Nous avons présenté une méthodologie originale de conception du modulateur SD d'ordre élevé tout en assurant la stabilité et en optimisant sa structure. Dans une deuxième étape, nous proposons une nouvelle méthode d'analyse basée sur un banc de filtre numérique. Le système est un réseau de cellules biquadratiques résonnant à des fréquences accordées sur les harmoniques. Le banc sépare les composantes spectrales du signal issue du CAN. Une unité de calcul assure l'estimation des puissances de chacune de ces composantes ainsi que celle du bruit. Le calcul des paramètres spectraux comme le SINAD, THD et le SNR est aussi réalisé par cette unité. Les résultats de mesures sur les prototypes confirment la précision espérée par la théorie, une dynamique du signal sinusoïdal supérieure à 110 dB pour l'oscillateur et une estimation des puissances du même ordre que celle obtenue par FFT pour l'unité d'extraction de paramètres.In recent years, ADC testing has been acknowledged as an eminent technical an economic issue. Until now, the semiconductor industries use sophisticated signal processing algorithms to separate errors even they provide from the ADC or the instrumentation. In this thesis, we propose a BIST (Built In Self Test) method which can be used for production line Go/NoGo testing of ADC devices, and allow significant simplification of the test equipment setup required. In a general sense, the BIST scheme can be partitioned into two separate subtasks. The first task involves the generation of high-precision test stimuli on chip, while the second consists of processing the output data to determine a pass or fail condition. A new method for generating analogue signals with very low complexity and hardware requirement has been introduced. It consists of using digital SD modulators in the loop of digital resonator. This thesis presents a class of these circuits called sigma delta oscillators which use the high order modulator ability to trade bandwidth for quantization levels in order to efficiently generate spectrally pure analogue signals. Then, a novel technique based on digital filtering is presented to analyze the digital data from the ADC. The principle consists in conceiving a system that provides the spectral components of a signal. The system (filter bank) is a network of second order filter. Each biquadratic cell extracts a sinusoidal line (fundamental or harmonics). The power of sine wave components can be determined by calculating its variance. Then spectral parameters (SNR, SINAD, THD) can be estimated. Experimental results from a test chip and a prototype circuit board are given. Numerous experiments were carried out to validate the feasibility and the accuracy of the proposed BIST scheme