Tel que défini par ses statuts, le Groupe de Recherche en Microélectronique a pour objectif général de «promouvoir et de regrouper les activités de recherche en Microélectronique à l’École Polytechnique de Montréal».

Plus spécifiquement, le Groupe de Recherche en Microélectronique poursuit les objectifs suivants

· Regrouper dans une entité visible et identifier les chercheurs qui œuvrent dans des secteurs reliés à la Microélectronique;

· Offrir aux chercheurs en Microélectronique un lieu de communication et d’échange en vue de promouvoir et de faciliter la collaboration et le travail en équipe;

· Assurer le bon fonctionnement des laboratoires du GRM;

· Faciliter l’accès à la technologie Microélectronique aux autres chercheurs de l’École et de l’extérieur de l’École susceptibles d’en profiter.

Ces objectifs n’ont pas été modifiés depuis la constitution officielle du groupe.

COMPOSITION DU GROUPE

Le Groupe de Recherche en Microélectronique relève du directeur du département de génie électrique et de génie informatique et se compose des membres réguliers et membres associés suivants:

Liste des membres réguliers:

· Dr Yvon Savaria: professeur titulaire au département de génie électrique, titulaire d’une chaire de recherche du Canada en Conception de systèmes microélectroniques intégrés, directeur du Groupe de Recherche en Microélectronique, responsable administratif du laboratoire de VLSI. Il s’intéresse à la méthodologie du design des systèmes intégrés, aux problèmes de tolérance aux pannes et de testabilité, à l’intégration ULSI de circuits numériques analogiques et mixtes et aux applications de ces technologies.

· Dr Yves Audet : professeur adjoint au département de génie électrique, ses travaux de recherche portent sur les circuits intégrés analogiques, les capteurs d’images CMOS et les interconnections photoniques pour système VLSI.

· Dr Guy Bois: professeur agrégé au département de génie informatique qui s’intéresse à l’aspect algorithmique de la conception de circuits intégrés, en particulier, à la synthèse de très haut niveau et à la synthèse de masques.

· Dr François Boyer : professeur adjoint au département de génie informatique qui s’intéresse aux architectures et méthodes de conception des circuits VLSI. Il s’intéresse notamment à l’optimisation des systèmes exploitant des horloges multiphase.

· Dr Jean-Louis Houle: professeur titulaire au département de génie informatique, qui s’intéresse aux applications du VLSI et aux architectures parallèles pour le traitement des signaux et des images.

· M. Bernard Lanctôt: professeur titulaire au département de génie informatique, qui s’intéresse aux méthodes de conception et au développement de logiciels de conception VLSI.

· Dr Romain Maciejko: professeur titulaire au département de génie physique, dont le domaine de recherche porte sur l’étude et la réalisation de dispositifs optoélectroniques intégrés.

· Dr Sylvain Martel : professeur adjoint au département de génie informatique dont le domaine de recherche est principalement la conception de micro et nano systèmes électromécaniques incluant la nanorobotique pour les applications au niveau moléculaire et atomique en touchant plusieurs aspects comme l’instrumentation, l’électronique, les ordinateurs et ainsi que les systèmes reconfigurables. En nanorobotique, nous exploitons les découvertes fondamentales en nano sciences par la conception de nanorobots capable de travailler au niveau du nanomètre pour créer de nouveaux systèmes, produits et applications.

· Dr Mohamad Sawan: professeur titulaire au département de génie électrique et détenteur d’une chaire de recherche du Canada sur les dispositifs médicaux intelligents, qui s’intéresse à la conception et la réalisation de circuits mixtes (numériques, analogiques, optiques et RF) et à leurs applications dans les domaines industriel (communication sans fil) et biomédical, (stimulateurs et capteurs sensoriels)

Liste des membres associés:

· Dr David Haccoun: professeur titulaire au département de génie électrique qui dirige des projets de recherche sur la méthodologie de conception de codeurs-décodeurs complexes, y compris l’impact de l’intégration en VLSI.

· Dr Michel Meunier: professeur titulaire au département de génie physique et titulaire d’une chaire de recherche du Canada en micro-ingénierie et nano-ingénierie des matériaux par laser. Il effectue des projets de recherche sur les procédés pour la microélectronique, plus spécifiquement sur l’utilisation de lasers dans la fabrication de couches minces et la modification de matériaux. Il collabore avec Yvon Savaria sur la restructuration et la calibration par laser pour la microélectronique.

Liste d’autres professionnels et chercheurs

De plus, les personnes suivantes collaborent ou ont collaboré aux travaux du groupe à divers titres:

· M. Jean Bouchard: technicien du laboratoire VLSI.

· M. Réjean Lepage: technicien du laboratoire GRM.

Ces personnes forment le Groupe de Recherche en Microélectronique de l'École Polytechnique, dont la reconnaissance officielle par l’École démontre la priorité que celle-ci accorde au domaine de la Microélectronique.

PROGRAMME DE RECHERCHE EN VLSI

Domaines

Les programmes de recherche et de formation de chercheurs en VLSI de l’École Polytechnique recouvrent les sous secteurs suivants;

· La technologie VLSI en elle-même, y compris les problèmes de test et de tolérance aux pannes et aux défectuosités;

· Les applications, surtout en télécommunications, en traitement des signaux et des images, en algorithmes et architectures parallèles, et en biomédical par la réalisation de micro stimulateurs implantables;

· Les logiciels de synthèse, et de conception et de test assistés par ordinateur;

· Les dispositifs électroniques et électro-optiques, ainsi que les technologies de fabrication.

Activités des membres réguliers

La description détaillée de notre programme de recherche débute sur une synthèse par chaque membre de ses activités au sein du GRM.

Activités du professeur Savaria

Il conduit des recherches selon deux grands axes: l’élaboration de méthodes de conception et l’utilisation des technologies microélectroniques dans des applications spécifiques. Le premier axe englobe des travaux sur les méthodes de conception de circuits à haute vitesse, de circuits de synthèse d’horloge, la conception de circuits analogiques précis, les plate formes SOC et la vérification des systèmes électroniques. Il englobe aussi les techniques d’autotest et de tolérance aux pannes et aux défectuosités. Le second axe couvre des thèmes divers comme la conception d’un classificateur de haute performance, la conception d’organes de calcul pour un système de vision 3D, la conception d’une plate-forme SOC pour la réalisation de processeurs réseau et la réalisation de circuits de synthèse d’horloge, la conception de circuits analogiques précis et la mise en œuvre de processeurs spécialisés. Plusieurs de ces travaux sont réalisés en collaboration avec d’autres chercheurs. La suite reprend chacun de ces thèmes en élaborant brièvement.

Méthodes de conception

Nos travaux sur les méthodes de conception explorent diverses architectures pour la synthèse d’horloge exploitant des accumulateurs de phase qui commandent la sélection de phases dérivées d’une horloge de référence à l’aide de lignes à délais. Ils portent aussi sur l’exploration d’une nouvelle architecture de PLL qui en découple les caractéristiques de capture des caractéristiques de maintien. Du côté des circuits analogiques précis, nous explorons les architectures des références de tension, celles des comparateurs de phase précis et sans zone morte de même que nous explorons les architectures de convertisseurs A/D applicables aux systèmes vidéo de haute performance. Nos recherches portent notamment sur la possibilité de calibrer ces circuits par la création locale de résistance de valeurs programmables.

Nous explorons la notion de plate-forme SOC comme façon de développer efficacement des circuits dérivés pour une classe d’application. Une telle plate-forme est composée de modules paramétrables, réutilisables et compatibles entre eux qui forment la base d’une architecture flexible pour la classe d’application ciblée.

En ce qui a trait aux méthodes de vérification, nous explorons le potentiel des langages de vérification (HVL) et des méthodes qui y sont associées. Nous avons expérimenté avec la méthode de banc d’essai suivant une approche de programmation par aspect et nous explorons la possibilité d’assister la création d’aspects couverture et de vérificateur d’assertion qui consomment beaucoup de temps dans la phase de vérification.

En ce qui a trait aux techniques de tolérance aux pannes, nous les explorons dans le cadre d’un projet qui vise à supporter la faisabilité d’une architecture de routeur à l’échelle de la tranche.

Applications

Dans le cadre de cet axe plus appliqué, nous explorons un ensemble d’applications. Une des applications étudiée est l’extraction automatique des paramètres des signaux radar. Les paramètres d’intérêt sont la fréquence, la phase et la présence de modulation. Cette application permet d’explorer les méthodes de dimensionnement automatique des chemins de données.

Nous explorons les architectures possibles pour la mise en œuvre des convertisseurs de protocoles flexibles. L’intérêt de la flexibilité découle de la grande diversité des protocoles pour lesquels des convertisseurs sont requis. Ce projet est un cadre concret pour appliquer et raffiner les notions de plate-forme SOC. Le projet intéresse la société Gennum.

Enfin, nous travaillons à la mise en œuvre de réducteur de bruit vidéo. Ce projet est quant à lui un véhicule pour explorer les techniques de conception pour la réutilisation systématique. Ce projet est suivi de près par la société Miranda.

Activités du professeur Audet

Ses activités sont reliées aux capteurs photoniques, fabriqués en procédé CMOS, visant deux champs d’application spécifiques soient : les capteurs d’images intégrés et les détecteurs photoniques de haute performance pour système VLSI à interconnections optiques.

Capteurs d’images CMOS

Ce programme de recherche adresse la problématique de conception et de fabrication de capteurs d’images CMOS de grande surface, qui permettrait d’obtenir une caméra numérique de résolution spatiale comparable à celle d’une caméra avec pellicules chimiques photosensibles. On vise un capteur ayant une matrice de pixel de 36 x 24 mm de surface pour atteindre la compatibilité avec la gamme des lentilles développées pour la photographie SLR 35 mm.

Outre la réalisation d’un capteur d’images de grande surface, les techniques de conception de pixels redondants avec autocorrection développées sont aussi utiles à la réalisation de capteurs d’images employés dans des environnements hostiles comme l’espace, les mines, les réacteurs nucléaires,…etc., là où une caméra peut-être exposée à des radiations, des températures et des pressions extrêmes pouvant endommager le capteur. Ainsi, les propriétés d’autocorrection de l’architecture redondante permettront à la caméra de transmettre des images plus longtemps dans ces milieux hostiles où le remplacement et la réparation sont difficiles, voire impossibles.

Les détecteurs photoniques

Ici on s’intéresse au développement de technique de propagation de signaux par modulation photonique, tant sur un même circuit intégré qu’entre puces d’un même système, de façon à éliminer les interconnections métalliques critiques qui limitent la performance des systèmes. Des taux de propagation supérieurs à 1 Gb/s sont visés.

Bien que la recherche sur les interconnections photoniques ait favorisé jusqu’à maintenant les dispositifs III-V pour la conversion de signaux électriques à signaux photoniques, la diminution constante de la taille des structures fabriquées sur technologie CMOS pourrait avantager les dispositifs photoniques au silicium notamment au niveau des photos détecteurs. Avec la diminution de la taille des structures, les capacités parasites des composants actifs diminuent également de sorte qu’un faisceau lumineux de moindre énergie est requis pour activer une cellule photo-détectrice au silicium et une réponse plus rapide peut être obtenue. Les avantages d’un photo détecteur au silicium pouvant être intégrés à même une puce VLSI sont considérables, même si les performances sont moindres qu’un photo-détecteur en technologie III-V. Citons entre autre la simplicité du procédé de fabrication CMOS comparé aux technologies hybrides III-V – CMOS et l’élimination des circuits liés à l’intégrité des signaux d’horloge en amplitude et en phase, tels que les répétiteurs et les circuits de verrouillage de phase (PLL). À l’heure actuelle, dû aux problèmes de délais associés aux interconnections métalliques, il est de plus en plus difficile d’assurer la synchronisation entre les différents modules d’un système VLSI, de sorte que les techniques de propagation de signaux asynchrones sont maintenant envisagées pour relier des modules sur une même puce, ajoutant à la complexité du système. Les interconnections photoniques assureront la performance des systèmes VLSI sans ajouter à leurs complexités.

Activités du professeur Bois

Le professeur Bois conduit des recherches dans le domaine de la Microélectronique, principalement dans le domaine du co-design et de la co-synthèse conjointe logiciel/matériel pour systèmes embarqués.

De nos jours, les systèmes embarqués sont de plus en plus présents dans les produits industriels et commerciaux : contrôleur d’injection d’une voiture, robot industriel, téléphone cellulaire, etc. Afin de concevoir ces systèmes de plus en plus complexes, l’ingénieur doit avoir recours à l’utilisation conjointe de processeurs d’usage général, dont les performances atteignent aujourd’hui des niveaux très élevés, et de circuits spécialisés chargés de la réalisation de fonctions spécifiques. De plus, la concurrence sur les produits et les services, impose à tous, la sévère loi du time to market, qui impose de réduire fortement le temps alloué au développement. La situation de ces défis impose donc une approche d’ingénierie simultanée du logiciel et du matériel, nommé co-design.

La recherche du professeur Bois vise donc le développement de méthodes modernes de conception et de vérification conjointe logiciel/matériel. Plus particulièrement, ses travaux visent à solutionner deux problèmes importants énumérés au paragraphe précédent :

Ø La description de systèmes à un niveau d’abstraction très élevé, afin de mieux gérer la croissance exponentielle de ces systèmes (qui double à tous les 18 mois)

Ø La réutilisation des composants logiciel et matériels (IP reusing) afin de réduire le temps alloué au développement.

Un outil de co-design nommé Picasso offrant des solutions importantes au point 1 est actuellement développé par l’équipe de recherche du professeur Bois. Picasso permet la co-spécification et la modélisation avec un langage niveau système (e.g. system C). Des protocoles de communication de haut niveau sont offerts à l’usager pour intégrer les mécanismes de communication au sein même des spécifications. Picasso permet l’exploration architecturale afin d’assister le concepteur dans ses choix logiciels et/ou matériels. Finalement, Picasso permet le raffinement des spécifications afin de produire un système qui sera donc composé d’une partie logicielle et matérielle.

Un autre projet s’intégrant à Picasso et offrant des solutions intéressantes au point 2, est en cours de développement. L’objectif est de développer une méthodologie de synthèse des communications favorisant la réutilisation de composants, au niveau système sur puces (SoC), basée sur un standard de bus (OCB pour On-Chip Bus). Plus particulièrement, nous cherchons des compromis entre les protocoles de communication point à point (Bus Wrappers) et les standards promus par les industriels (AMBA de ARM, CoreConnect de IBM, etc.).

Les principaux partenaires industriels qui collaborent à ces différents projets sont Mentor Graphics et STMicroélectronique, alors qu’au niveau universitaire les principaux collaborateurs sont les professeurs Aboulhamid et Savaria, respectivement du DIRO de l’Université de Montréal et de l’École polytechnique.

Activités du professeur Houle

La recherche du professeur Jean-Louis Houle découle de résultats acquis. Afin d’assurer une bonne continuité, nous maintenons l’orientation de travaux fondamentaux et leurs relations à une classe limitée d’applications. Le travail est donc en deux volets:

Algorithmes et architectures pour multiprocesseurs à objectifs spécifiques;

Conception, simulation et évaluation de performances de prototypes pour le traitement en temps-réel de signaux de contrôle dans de très grands réseaux électriques.

Dans le premier volet, nous développons des outils informatiques pour évaluer la fonctionnalité et la performance de processeurs spécialisés par analyse et simulation. Nous avons déjà des architectures de processeurs élémentaires (PE) que nous devons optimiser. Ces PE seront ensuite interconnectés en structures parallèles pour des applications spécifiques.

Dans le deuxième volet, l’application principale est l’étude de grands réseaux électriques qui requièrent des équations algébriques de réseaux et des équations différentielles pour modéliser différents équipements électrotechniques. La simulation en temps réel rigide (« hard real-time ») de phénomènes de stabilité transitoire nécessite des processeurs parallèles pour exécuter indépendamment les uns des autres, mais ils sont synchronisés. Des graphes de précédences et des graphes de communications sont utilisés. Puisque l’assignation des tâches est de complexité NP, des algorithmes de type A* modifiés doivent être mis au point.

Les deux volets comportent des aspects fondamentaux nécessaires aux prototypes de laboratoire, qui sont testés à l’Institut de recherche d’Hydro Québec et au laboratoire de calcul parallèle de l'École de Technologie Supérieure. L’originalité des travaux est dans l’adaptation de la structure du réseau d’ordinateurs à celle du réseau électrique. L’importance est dans l’augmentation de l’efficacité de grands réseaux électriques.

Le professeur Jean-Louis Houle dirige des projets d’implantation en VLSI d’architectures parallèles pour le traitement temps réel de signaux et d’images. Il s’intéresse à la réalisation en FPGA d’algorithmes pour des applications spécifiques en utilisant en particulier des transformées en ondelettes (wavelets). Il travaille aussi sur des algorithmes parallèles pour le traitement de matrices creuses (sparse) appliquées à l’analyse dynamique de la sécurité des grands réseaux électriques ainsi qu’à la simulation de leur instabilité transitoire. Il codirige trois étudiants de cycles supérieurs à l’IREQ et cinq autres au laboratoire GRM (au total 3 doctorats et 4 maîtrises).

Collaborations universitaires et industrielles:

Des collaborations avec le professeur Jacob Davidson de l’Université du Québec à Montréal se poursuivent sous forme de codirection de recherche aux 2ième et 3ième cycles. En particulier, un étudiant de Ph. D., C. détecteurs a conçu un circuit programmable et reconfigurable. Ce circuit a été fabriqué à la SCM.

Le professeur Jean-Paul Longuemard de l’École Centrale de Paris continue de collaborer dans le domaine des essais non-destructifs qui ont amené un design de processeurs spécialisés en parallèle pour le calcul de la transformée rapide en ondelettes. Des démarches sont en cours avec des Sociétés de France et de Montréal sur la conception et réalisation de systèmes microélectroniques et informatiques appliqués à des domaines médicaux et industriels.

Activités du professeur Lanctôt

Le professeur Lanctôt agit en tant que représentant de l’École auprès de la Société Canadienne de Microélectronique (SCMC). Il est membre et vice-président du Conseil d’administration de cette société ainsi que de son Comité exécutif. Il a présidé, au cours de 1994, le Comité d’Affectation des Ressources de la SCMC, ainsi que plusieurs autres comités depuis 1989.

Activités du professeur Maciejko

Le professeur Romain Maciejko dirige le laboratoire d’optoélectronique. Il est aussi de projet à l'Institut Canadien pour les Innovations en Photonique (Centre d'excellence). Il a à son actif une vingtaine d'années de recherche dans le domaine des fibres optiques et de l'optoélectronique, avec 6 années passées au Laboratoire de Technologie Avancée, BNR, Ottawa, dont 3 années comme manager au Département des Applications des Fibres Optiques. À l'École Polytechnique, il a mis sur pied le laboratoire d'Optoélectronique. Avec ses chercheurs et ses étudiants gradués, il poursuit ses recherches sur les lasers à semi-conducteurs, sur la modélisation numérique et la fabrication des dispositifs photoniques à semi-conducteurs, sur la modélisation numérique et la fabrication des dispositifs photoniques à semi-conducteurs, sur les phénomènes ultra-rapides en photonique, sur la photoluminescence résolue en temps en régime femto seconde, sur la modélisation du transport de la charge électrique dans les semi-conducteurs à l'aide de la méthode Monte Carlo et sur les commutateurs optoélectroniques à photoconduction. Sa recherche a deux volets: un côté théorique et un côté expérimental.

Le volet théorique comprend l'étude de la conception et de la performance de différents composants basés sur les hétéro structures à puits quantiques conventionnels ou contraints. Nous travaillons particulièrement à la simulation des lasers à puits quantiques multiples de type Fabry-Pérot et DFB ainsi que sur les amplificateurs optiques à semi-conducteurs. On a développé une banque de programmes: simulateurs laser pour l'industrie (NORTEL), un simulateur Monte Carlo à multi particules, la méthode de propagation des faisceaux (BPM), la simulation des guides optiques par la méthode des éléments finis, le calcul de bandes dans les semi-conducteurs à l'aide de l'hamiltonien de Kohn-Luttinger, la résolution de l'équation de Schrödinger pour les puits quantiques simultanément avec l'équation de Poisson et d'autres programmes de moindre importance.

Le volet expérimental comprend des activités de fabrication de composant et des activités de caractérisation. La fabrication se fait à partir de couches épitaxiées (nanostructures) obtenues d’autres laboratoires (NORTEL). La caractérisation comprend l’étude de la photoluminescence résolue en temps à l’aide d’un laser titane-saphir femto seconde construit par nous-mêmes. Nous avons étudié la réponse ultra-rapide des semi-conducteurs, notamment le transport de porteurs de charge. Nous avons fait des études à des températures cryogéniques et nous utilisons un système de comptage de photons ultrasensible pour la détection. Cette caractérisation nous permet d’étudier les processus sur des échelles de temps de l’ordre de 50 femto secondes. De plus, nous avons fabriqué un commutateur optoélectronique ultra-rapide utilisant la photoconduction activée par un laser d’impulsions ultra-brèves. Nous utilisons l’échantillonnage électro-optique pour caractériser des circuits in situ grâce à des effets photoréfractifs.

Depuis plusieurs années, nous avons eu des collaborations soutenues avec les laboratoires des Technologies Nortel à Ottawa, impliquant entre autre chose, l’embauche de plusieurs de nos étudiants de façon permanente et l’engagement d’un stagiaire pour 8 mois. On sait que ce laboratoire est un des chefs de file dans le domaine de la photonique au niveau mondial.

De plus, dans notre collaboration avec le Dr E Berolo du Centre de Recherche sur les Communications du Canada à Ottawa (CRC), nous avons identifié les amplificateurs optiques à semi-conducteurs (AOS) comme un dispositif-clé offrant beaucoup de possibilités pour les futurs systèmes, en particulier la conversion en longueur d'onde pour les systèmes DWDM; c'est ce dernier aspect qui a intéressé d'une façon toute particulière les laboratoires CRC.

Nous avons aussi eu un projet entre notre laboratoire et celui du professeur Claude Albert de Montpellier, subventionné par le programme France-Québec. Il y a eu plusieurs échanges de stages entre les deux laboratoires. De par le passé, nous avons eu des professeurs visiteurs, dont le professeur R. Chisleag de Bucarest et le professeur Pierre Tronc de L'ESPCI de Paris (là où les Currie ont découvert le radium). Ce dernier est venu nous visiter régulièrement, presque à chaque année, pour faire des études de luminescence sur des matériaux à puits quantiques. Une de ses étudiantes au doctorat est venue faire un stage de 3 mois au laboratoire d'optoélectronique. Ces travaux ont mené à 5 publications conjointes.

Activités du professeur Martel

Les activités du professeur Martel se situent principalement dans la recherche et le développement de systèmes miniatures intelligents et plus particulièrement dans le domaine de la nanorobotique. L’objectif actuel consiste à développer des nanorobots avec une infrastructure conçue pour supporter une flotte d’une centaine de ces nanorobots capables d’opérer très rapidement et de façon autonome au niveau moléculaire et jusqu’au niveau des atomes.

Pour ce genre de projets, nous devons développer plusieurs systèmes électroniques et microélectroniques spécialisés pour supporter, contrôler et implanter plusieurs tâches complexes incluant par exemple :

Système en temps réel et de très haute performance de positionnement, de navigation et communication à infrarouge pour plates-formes nanorobotique ;

Système de positionnement miniature de résolution atomique basé sur les techniques de microscopie à effet tunnel ;

Systèmes et instruments miniatures de manipulation, mesure, synthèse et fabrication au niveau moléculaire ;

Système de contrôle embarqué pour déplacement de nanorobots, etc.

Notre intérêt est donc le développement de divers circuits miniatures (analogue et numérique) de haute performance en utilisant diverses approches, techniques, outils de conception et systèmes de vérification/validation surtout niveau système sur puces (SoC).

La miniaturisation, précision, vitesse et le rendement en temps réel sont des aspects très importants et critiques dans la plupart des systèmes électroniques développés pour ce genre de projet. Les systèmes à concevoir sont aussi généralement très complexes et exigeants et font appel à plusieurs technologies qui doivent être intégrées dans des systèmes micro-mécatroniques avec instruments intégrés de très haute précision et opérant à de très grandes vitesses.

Activités du professeur Sawan

Le professeur Sawan dirige une équipe de recherche ayant des activités qui se diversifient selon les grandes priorités suivantes: la conception, la réalisation et le test des circuits intégrés numériques, analogiques, mixtes et à fréquences radio; la conception des systèmes pour l'acquisition et le traitement de signal et d'image; la mise en œuvre de divers appareillages médicaux et plus particulièrement des microstimulateurs et capteurs sensoriels implantables et non-implantables et des systèmes ultrasoniques portables; l’assemblage (PCB, SMT, .) et l’encapsulation de dispositifs électroniques; le prototypage rapide se servant de circuits intégrés programmables (CPLD, FPGA, FPMA, …) et de systèmes reconfigurables.

L'ensemble de ces priorités s'articule autour de deux objectifs essentiels soient la réalisation de fonctions et de systèmes complets servant à des applications industrielles variées tel que les télécommunications, et la mise en œuvre de dispositifs médicaux servant à la récupération des organes et/ou des fonctions chez les patients ayant perdu l'usage (ou n'ayant pas) de ces fonctions.

Pour répondre au besoin grandissant des applications en microélectronique nécessitant des systèmes miniatures, nos activités de recherche se trouvent orienter vers la conception et la réalisation des fonctions et systèmes analogiques, mixtes (analogique - numérique) et aux circuits et systèmes à fréquences radio. À titre d'exemple, nous nous intéressons aux trois catégories de convertisseurs analogique à numérique (ADC): rapide, à très basse alimentation et à basse consommation. Nous proposons des filtres reconfigurables et à bande passante élevée, des préamplificateurs à très faible niveau de bruit et à large bande passante, des amplificateurs variés programmables, des régulateurs de tension, des PLL (Phase-Looked Loop) à grande plage d'opération, des FLL (Frequency-Looked Loop) à réponse très rapide. Aussi, des nombreux autres circuits intégrés mixtes font l'objet de nos travaux de recherche dans le cadre des applications médicales : capteurs et microstimulateurs, conversion optique – électrique, ultrasons, microélectrodes techniques de mesures intégrés, etc. Ajoutons que nous menons des travaux dans le domaine de communications sans fil, plus spécifiquement nous travaillons à la mise au point de systèmes complets, soient des mélangeurs, des MODEM, des ADC des amplificateurs de puissance avec techniques de linéarisation dédiées, etc.

Les systèmes dédiés à des applications médicales doivent être performants, (dimensions réduites et à très basse consommation d'énergie) fiables et flexibles. La plupart de ces applications pluridisciplinaires regroupent l'ensemble des activités non seulement en microélectronique mais dans les différentes activités connexes en sciences et génie. Ceci implique des connaissances en physique, mécanique, chimie, biologie, biomatériaux, micromachinage, médecine, etc. Nous nous intéressons présentement à mettre en oeuvre un bon nombre de ces systèmes soient: un implant urinaire composé d'un capteur et d'un stimulateur servant à contrôler les deux fonctions de la vessie (rétention et incontinence); un implant visuel dédié à la création d'une vision acceptable chez les non-voyants; un système de stimulation dédié à la récupération de mouvements simples de bras paralysés; un dispositif capteur de signaux neuronaux dans le but de mesurer le volume d'urine dans la vessie et de commander le mouvement des membres artificiels remplaçant des membres amputés. Nous prévoyons apporter des solutions aux dysfonctions dans le domaine de la respiration (apnée) chez les nourrissants et chez les adultes, de l’énurésie nocturne, etc. À titre d’exemple, nous proposons un cathéter ayant une paire d'électrodes et une paire de capteurs piézo-électriques pour évaluer les pressions et l'EMG aux niveaux de l'estomac et des poumons. Nous poursuivons nos travaux sur les techniques de télémétrie pour le test et la surveillance des activités des neurostimulateurs implantables.

Titulaire d’une Chaire de recherche du Canada sur les dispositifs médicaux intelligents, le professeur Sawan est co-fondateur de l'IFESS (International Functional Electrical Stimulation Society), membre senior de l’IEEE, Fellow de l’Académie Canadienne du génie, membre de l’«Association for Urology and Engineering» et membre de plusieurs comités d’organisation et de programme de conférences nationales et internationales. À l'École Polytechnique, le professeur Sawan est fondateur du laboratoire de recherche PolySTIM (Laboratoire de neurotechnologies) et coordonnateur de l'enseignement de la microélectronique au département de génie électrique à l'École Polytechnique.

Pour plus de détails sur les différents travaux cités ci-dessus, le lecteur est invité à lire les descriptions des projets d'étudiants dans ce rapport et à consulter notre site web au www.polystim.polymtl.ca

ÉTUDIANTS AUX CYCLES SUPÉRIEURS

Étudiants aux cycles supérieurs ont effectué des recherches associées au GRM durant la période couverte par ce rapport:

Nom de l'étudiant	Diplôme en cours	Directeurs	Codirecteurs
Achour, Chokri	Ph.D.	J. -L. Houle	J. Davidson
Ba, Aguibou Hamady	M.Sc.A.	M. Sawan
Baillargé, Jacques	M.Sc.A.	G. Bois
Beaudin, Sylvain	M.Sc.A.	M. Bois	R. Marceau
Bendali, Abdelhalim	M.Sc.A.	Y. Savaria
Bertola, Marc	M.Sc.A.	G. Bois
Boyer, François Raymond	Ph.D.	M. Aboulhamid	Y. Savaria
Boyer, Stéphane	M.Sc.A.	M. Sawan
Boyogueno Bendé, André	Ph.D.	M. Sawan
Brais, Louis-Philippe	M.Sc.A.	M. Sawan
Calbaza, Dorin-Emil	M.Sc.A.	Y. Savaria
Cantin, Marc-André	M.Sc.A.	Y. Savaria	Y. Blaquière
Carniguian, Sylvain	M.Sc.A.	M. Sawan
Chabini, Nourreddine	M.Sc.A.	M. Aboulhamid a	Y. Savaria
Chaib, Gaby	M.Sc.A.	M. Sawan
Chebli, Robert	M.Sc.A.	M. Sawan
Chevalier, Jérôme	M.Sc.A.	G. Bois
Coulombe, Johathan	Ph.D.	M. Sawan
Cousineau, Cynthia	M.Sc.A.	Y. Savaria	M. Sawan
Cyr, Geneviève	M.Sc.A.	G. Bois
Delage Jean-François	M.Sc.A.	M. Sawan
Dido, Jérôme	M.Sc.A.	M. Sawan	F. Bellemare
Djebbi, Moncef	M.Sc.A.	M. Sawan
Djemouai, Abdelouahab	Ph.D.	M. Sawan	M. Slamani
El Hallali, Hicham	M.Sc.A.	M. Sawan
El Sankary, Kamal	Ph.D.	M. Sawan
Fayomi, Christian	Ph.D.	M. Sawan	G. Roberts
Filion, Luc	M.Sc.A.	G. Bois
Fortin, Alexandre	M.Sc.A.	Y. Savaria	M. Sawan
Fouzar, Youcef	Ph.D.	M. Sawan	Y. Savaria
Gervais, Jean-François	M.Sc.A.	M. Sawan
Ghattas, Hany	M.Sc.A.	Y. Savaria
Granger, Éric	Ph.D.	Y. Savaria
Harb, Adnan	M.Sc.A.	M. Sawan
Harvey, Jean-François	M.Sc.A.	M. Sawan
Hashemi, Aghcheh Body	M. Sc.A.	M. Sawan	Y. Savaria
Hébert, Olivier	M.Sc.A.	Y. Savaria
Hu, Yamu	Ph.D..	M. Sawan
Kassem, Abdallah	Ph.D.	M. Sawan	M. Boukaddoum
Kumar, Padmapriya	M.Sc.A.	Y. Savaria
Lacourse, Alain	M.Sc.A.	M. Meunier	Y. Savaria
Lafrance, Louis-Pierre	M.Sc.A.	Y. Savaria
Langlois, Hughes	M.Sc.A.	Y. Savaria
Lemire, Jean-François	M.Sc.A.	G. Bois	Y. Savaria
Loiseau, Ludovic	M.Sc.A.	Y. Savaria
Lu, Meng	M.Sc.A.	Y. Savaria	C. Wang
Lu, Zhijun	M.Sc.A.	M. Sawan
Mardare, Diana	M.Sc.A.	Y. Savaria
Mbaye, Mama Maria	M.Sc.A.	Y. Savaria	S. Pierre
Mokhtari, El Yamine	M.Sc.A.	M. Sawan
Monté-Genest, Ginette	M.Sc.A.	Y. Savaria	C. Thibeault
Moujoud, A.	Ph.D.	R. Maciejko
Nsame, Pascal	Ph.D.	Y. Savaria	G. Bois
Qiu, Bing	M.Sc.A.	Y. Savaria	C. Wang
Regimbal, Sébastien	M.Sc.A.	Y. Savaria	G. Bois
Renaud, Mathieu	M.Sc.A.	Y. Savaria	A. Khouas
Richard, Jean-François	M.Sc.A.	Y. Savaria
Schneider, Éric	M.Sc.A.	M. Sawan	A. Alkhalili
Tizu, Marius Sorin	M.Sc.A.	M. Sawan
Trabelsi, Abdelaziz	M.Sc.A.	Y. Savaria	Y. Audet
Tremblay, Jean-Marc	M.Sc.A.	Y. Savaria
Trépanier, Jean-Luc	M.Sc.A.	M. Sawan	Y. Audet
Wang, Jiahong	M.Sc.A.	G. Bois	Y. Savaria

Étudiants récemment inscrits

Biu, Hung Tien M.Sc.A. Y. Savaria

Buffoni, Louis-Xavier M.Sc.A. M. Sawan

Chouchane, Tahar M.Sc.A. M. Sawan

Deslauriers, François M.Sc.A. G. Bois

Gilson, Mathieu M.Sc.A. J.J. Brault M. Sawan

Izouggaghen, Badre M.Sc.A. Y. Savaria

Lavigueur, Bruno M.Sc.A. G. Bois

Layachi, Mohamed M.Sc.A. Y. Savaria A. Rochefort

Pigeon, Sébastien M.Sc.A. M. Sawan M. Meunier

Py, Jean-Sébastien M.Sc.A. M. Sawan

Qin, Lisheng M.Sc.A. M. Sawan

Quinn, David M.Sc.A. G. Bois

Sammou, Redouane M.Sc.A. Y. Savaria A. Rochefort

Thomas, Cyrille M.Sc.A. Y. Savaria

Tohio, Bertrand M.Sc.A. S. Pierre Y. Savaria

Yazdani, Tooraj M.Sc.A. M. Sawan

Titres des projets et diplômes en cours de chaque étudiant

Cette section du document contient une liste de projets avec le nom des personnes concernées. Par la suite, nous fournissons plus de détails sur chacun des projets en insistant sur les réalisations.

*Nom de l'étudiant*	*Diplôme en cours*	*Le titre de son projet*
Achour, C.	Ph.D.	Architectures parallèles pour la transformée en ondelettes à deux dimensions.
Ba, A.	M.Sc.A.	Microstimulateur intégré implantable pour la réhabilitation des fonctions de la vessie.
Baillargé, J.	M.Sc.A.	Le codesign logiciel/matériel: méthodologie et utilisation.
Beaudin, S.	M.Sc.A.	Simulation rapide avec PULSE de la stabilité transitoire dans les réseaux de transport d'énergie électrique.
Bendali, A.	M.Sc.A.	Conception de circuits analogiques de précision utilisant des résistances ajustables intégrées.
Bertola, M.	M.Sc.A.	Exploration d’architecture de bus
Boyer, F.-R.,	Ph.D.	Optimisation de circuits lors de la synthèse à partir de langages de haut niveau.
Boyer, S.	M.Sc.A.	Implant urinaire dédié à la stimulation neurale sélective.
Boyogueno Bendé, A.	Ph.D.	Méthode de conception du module de réception pour les communications par fibres optiques.
Brais, L.-P.	M.Sc.A.	Égalisateur adaptatif numérique haute performance pour signaux QAM.
Calbaza, D. -E.	M.Sc.A.	Analyse et conception des circuits de synthèse numérique d’horloge.
Cantin, M.A.	Ph.D.	Conversion matérielle automatique d'algorithmes de traitement de signal du format virgule flottante au format virgule fixe.
Carniguian, S.	M. Sc.A.	Égalisation de la consommation de puissance d’un stimulateur matriciel par l’implémentation d’un algorithme de balayage adaptée.
Chabini, N.-E.	Ph.D.	Méthodes d'optimisation pour la conception de systèmes matériels/logiciels.
Chaib, G.	M.Sc.A.	Acquisition des activités neurales vésicales pour la récupération des fonctions urinaires.
Chebli, R.,	M.Sc.A.	Étage de réception intégré sur une seule puce d'un échographe portable.
Chevalier, J.	M.Sc.A.	Aide au partitionnement de système co-design logiciel/matériel par la simulation a haut niveau en System C.
Coulombe, J.,	Ph.D.	Simulateur visuel intra cortical implantable.
Cousineau, C.,	M.Sc.A.	Conception et mise en œuvre d'un système de reconfiguration dynamique.
Cyr, G,	M.Sc.A.	Développement d’une interface matérielle configurable pour un processeur ARM7 basée sur le protocole VCI de l’alliance VSI.
Delage, J.-F.,	M.Sc.A.	Synthèse et conception d'une interface UHF dédiée aux applications de «tagging».
Dido, J.	M.Sc.A.	Système d’acquisition de la pression transdiaphragmatique et de l’électromyogramme du diaphragme.
Djebbi, M.	M.Sc.A.	Compensation de la tension de décalage des amplificateurs opérationnels mode courant (LFOA) à large bande.
Djemouai, A.	Ph.D.	Transfert d'énergie et transmission bidirectionnelle de données par couplage inductif pour des systèmes électroniques implantables.
El Hallabi, H.	M.Sc.A.	Conception et réalisation d'un filtre Gm-C dédié à des applications à haute fréquence.
Elsankary, K.	M.Sc.A.	Mise en œuvre des nouveaux algorithmes de traitement d’images dans le but de simplifier leur intégration à un micro système embarqué reconfigurable dynamiquement et dédié à la réalisation d’un micro stimulateur visuel cortical.
Fayomi, C.	Ph.D.	Techniques de conception de circuits CMOS à basse tension d'alimentation dédiés aux convertisseurs analogiques à numériques
Filion, L.	M.Sc.A.	Syslib-Picasso : méthodologie de conception des systèmes embarqués.
Fouzar, Y.	Ph.D.	Étude et réalisation d'un récepteur à 2.5Gb/S en technologie CMOS dédié pour les liaisons série.
Gervais, J.-F.	M.Sc.A.	Conception et réalisation d’un système à haut rendement d’alimentation et de transmission bidirectionnelle de données dédiées à un stimulateur implantable.
Ghattas, H.	M.Sc.A.	Conception d’un convertisseur de protocoles générique et flexible applicable à la transmission en réseau de signaux vidéo.
Granger, É.	Ph.D.	Étude des réseaux de neurones artificiels pour la reconnaissance rapide d’impulsions radars.
Harb, A.	Ph.D.	Système intégré CMOS implantable pour l'acquisition des activités vésicales par le biais de leurs voies neuronales.
Harvey, J. -F.	Ph.D.	Contrôleur externe dédié à un implant visuel.
Hashemi, S.	M.Sc.A.	Réalisation d’un multiplieur de tension à efficacité élevée pour l’application aux implants biomédicaux.
Hébert, O.	M.Sc.A.	Une méthode de dérivation de modèles de processeurs embarqués dédiés à une application et un modèle de processeur de traitement de signal conçu pour l'implanter.
Hu, Y.,	Ph.D.	Techniques CMOS sans-fil dédiées aux liens électromagnétiques de dispositifs médicaux implantables.
Kassem, A.	Ph.D.	Méthode de conception pour la mise en œuvre d’un système ultrasonique à grand niveau d’intégration sur un nombre restreint de puces.
Kumar, P.,	M.Sc.A.	Méthodes de conception pour la testabilité des circuits CML bipolaires.
Lacourse, A.,	M.Sc.A.	Caractérisation de la fiabilité et du coefficient en température des liens diffusés par faisceau laser.
Lafrance, L.-P.,	M.Sc.A.	Étude de performance d’un estimateur fréquentiel rapide pour un système de caractérisation d’émetteur radar.
Langlois, H.,	M.Sc.A.	Optimisation paramétrique de circuits analogiques par l’intermédiaire des algorithmes génétiques.
Lemire, J.-F.,	M.Sc.A. .	Conception de patrons dédiés à l’implantation d’une plate-forme de vérification fonctionnelle de modèles matériels.
Loiseau, L.,	M.Sc.A.	Conception de modules matériels réutilisables pour un réducteur de bruit vidéo.
Lu, M.	M.Sc.A.	Conception d’un démonstrateur WSI (Wafer Scale Integration).
Lu, Z.	M.Sc.A.	Conception d’un convertisseur A/D Sigma-Delta CMOS à basse alimentation et faible consommation d’énergie.
Mardare, D.L.	M.Sc.A.	Une analyse des invalides dans un flat vidéo et conception d’une interface SDRAM
Mbaye, M.M.	M.Sc.A.	Plate-forme SOC pour la conversion d’une pile de protocoles.
Mokhtari, E.Y.	M.Sc.A.	Étude et réalisation d’un ADPLL dédié à un modem numérique haute vitesse.
Monté Genest, G.,	M.Sc.A.	Caractérisation d'une méthode de test pour les circuits bipolaires CML basée sur l'injection de biais contrôlés.
Moujoud, A.	Ph.D.	Échantillonnage électro-optique.
Nsame, P.	Ph.D.	Techniques et méthodes de conception des systèmes intégrés de type SOC.
Pepga Bisou, J.	M.Sc.A.	Implémentation sur une plate-forme ARM-FPGA d’un convertisseur de protocoles réseaux générique.
Qiu, B.	M.Sc.A.	Le diagnostic et l’analyse du rendement dans l’architecture complexe de l’interconnexion.
Régimbal, S.	M.Sc.A.	Conception d’un outil permettant l’élaboration et la couverture efficace de modèles de couverture fonctionnelle dédiées à la vérification du modèle HDL.
Renaud, M.	M.Sc.A.	Conception de boucles à verrouillage de Phase (PLL) analogiques exploitant des résistances de précision programmables.
Richard, J. -F.	M. Ing.	Implémentation pour l'extraction en temps réel des caractéristiques de la modulation intentionnelle sur les impulsions radars.
Schneider, E.	M.Sc.A.	Réalisation d’un micro stimulateur et capteur implantable par des circuits discrets mixtes.
Tizu, M.-S.,	M.Sc.A.	Circuit de démultiplexage analogique dédié à un implant visuel.
Trabelsi, A.	M.Sc.A.	Conception de circuits analogiques de haute précision.
Tremblay, J.-M.,	M.Sc.A.	Conception d'un circuit de conversion de protocoles pour la transmission de vidéo sur des réseaux haute vitesse.
Trépanier, L.	M.Sc.A.	Capteur d’image intégré à large gamme dynamique..
Wang, J.	M.Sc.A.	Un modèle générique pour la vérification fonctionnelle de propriété intellectuelle (PI) en utilisant des techniques « Rule-Based »

Description détaillée des projets d'étudiants

ACHOUR Chokri DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Architectures parallèles pour la transformée en ondelettes à deux dimensions.

RÉSUMÉ:

La compression d'images par ondelettes (CIO) est un outil puissant pour plusieurs applications où la compression par transformée en cosinus discrète (TCD) est limitée. Par l'utilisation d'une architecture VLSI, l'algorithme de compression d'images par ondelettes peut être mis en œuvre en un circuit ASIC plus facilement que ceux utilisés par la transformée en cosinus discrète.

PROBLÉMATIQUE:

Dans le domaine de compression d'images numériques en temps réel, on utilise généralement la transformée en cosinus discrète (TCD). Cependant, cette méthode présente certains inconvénients, d'une part, elle requiert un certain nombre d'opérations mathématiques de l'ordre de (NxN)multiplications, d'autre part, elle a besoin d'un volume de mémoire assez grand. Une représentation qui tient compte de ces limites est celle de la transformée en ondelettes à deux dimensions (TO-2D). Cette dernière offre plusieurs avantages ; un ratio élevé de compression, une excellente qualité d'image et une méthode de décompression progressive.

L'objectif principal de cette thèse est de concevoir un processeur spécialisé pour la TO-2D à partir de la transformée en ondelettes de base et en utilisant une architecture parallèle de processeurs élémentaires. Les résultats fournis par le processeur sont des coefficients d'ondelettes qui vont servir à la compression d'image. La conception de cette architecture VLSI (Very Large Scale Integration) spécialisée pour la TO-2D permet de rendre parallèle autant que possible les calculs de l'algorithme de la TO-2D, afin d'augmenter la vitesse de traitement.

MÉTHODOLOGIE:

Les étapes nécessaires à la réalisation d'un circuit VLSI pour la TO-2D sont les suivantes:

· Étude de l'algorithme de la TO-2D. Des simulations sont effectuées pour déterminer les éléments pertinents à la réalisation de l'architecture interne du processeur (multiplieurs, additionneurs, registres).

· Modélisation des blocs principaux du processeur. Cette étape permet la réalisation de l'architecture du processeur en tenant compte, dans un premier temps, de son mode de fonctionnement et, dans un deuxième temps, du rapport vitesse-surface. La modélisation est réalisée à l'aide du langage VHDL (Very High Speed Integrated Circuits Hardware Description Language)

· Développer des architectures au niveau des circuits intégrés monolithiques pour la mise en œuvre d'une TO-2D basé sur des structures parallèles de processeurs élémentaires.

RÉSULTATS:

Une architecture VLSI de la CIO a été simulée à l'aide de quatre processeurs élémentaires (PE) avec des signaux de 16 bits. Chaque PE est une unité de traitement indépendante qui calcule une convolution entre les échantillons du signal et une ondelette analysante. Le résultat de chaque PE, coefficients de l'ondelette, est envoyé vers un bus de sortie de 32 bits. Un modèle réduit de l'architecture de la CIO comprenant deux PE de 8 bits a été mis en œuvre dans le FPGA de Xilinx-XC4010. Le design d'un circuit intégré a été accepté pour fabrication et ce circuit devrait être disponible en mars 2000.

BA, Aguibou DIPLÔME : M.Sc.A.

TITRE :

Microstimulateur intégré implantable pour la réhabilitation des fonctions de la vessie.

RÉSUMÉ :

Le projet vise à concevoir un microstimulateur implantable intégré permettant un contrôle permanent et volontaire de la miction et de l’incontinence. Des techniques avancées sont examinées pour les deux plans: design et application.

PROBLÉMATIQUE :

Chez des patients qui ont subi une lésion de la moelle épinière, souvent apparaissent des dysfonctions vésicales, où le patient n’est plus en mesure de provoquer une miction volontaire lorsque sa vessie est pleine et souffre de complications vésicales liées à une hyperactivité réflexe du muscle de la vessie. Les systèmes actuels ne sont pas en mesure de répondre aux besoins du protocole de stimulations combinées : permanente et sélective.

MÉTHODOLOGIE :

Nous prévoyons concevoir un dispositif électronique implantable qui par la stimulation électrique neuronale permettra de retrouver les fonctions vésicales de remplissage de la vessie. Le système devait être implanté à l’intérieur du corps sous la peau du patient et un contrôleur externe permet de communiquer avec le stimulateur sous-cutané et de l’alimenter en énergie via un lien inductif opérant à haute fréquence. La première partie des travaux a consisté à réaliser des prototypes sur PCB avec des composants programmables (FPGA et Micro-contrôleur) afin de pouvoir les implanter et ensuite valider les méthodes de stimulations utilisées; une version intégrée de ce système est en préparation..

RÉSULTATS :

Les prototypes (3 cm de diamètre) de cette nouvelle version sont disponibles et seront implantés par nos collaborateur du département d’urologie de l’Université McGill pour réaliser des expérimentations chroniques sur des animaux.

BAILLARGÉ, Jacques DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Le codesign logiciel/matériel: méthodologie et utilisation.

RÉSUMÉ:

Le temps de mise en marché devenant de plus en plus court, les entreprises recherchent de nouvelles façons de concevoir des produits qui répondront aux demandes du marché. L'utilisation de plus en plus répandue de logiciel, permet cette flexibilité mais brime les performances des systèmes. Par conséquent, l'utilisation conjointe de processeurs d'usage général, dont les performances atteignent aujourd'hui des niveaux très élevés et de circuits spécialisés chargés de la réalisation de fonctions très spécifiques représente la voie à suivre. L'utilisation de nouvelles méthodes et de nouveaux outils logiciels pour accentuer cette conception mixte, tout en diminuant la durée de conception et en augmentant la qualité, est reconnue par tous les chercheurs, comme essentielle pour l'avenir. Le codesign logiciel/matériel dans lequel on recherche le compromis le mieux adapté aux performances visées est une de ces méthodes.

PROBLÉMATIQUE:

Comme mentionné, tous les chercheurs s'entendent pour dire que le codesign logiciel/matériel est une méthode prometteuse pour la conception de systèmes tels que les systèmes embarqués. Cependant, du côté industriel, elle ne semble pas avoir l'attention des concepteurs. Cette recherche a donc pour but de faire la lumière sur cette problématique.

MÉTHODOLOGIE:

Après avoir bien défini le codesign et ses cinq étapes de conception, nous ferons la revue des méthodologies existantes. Ensuite, nous ferons la revue des outils existants. Ces derniers se regroupent sous un sous-groupe de méthodologie. Le but de l'exercice sera de catégoriser chaque approche à une méthodologie distincte, d'en faire les rapprochements et les différences. Ensuite, nous estimerons les gains potentiels quant à la qualité de la conception ainsi que du temps de développement. Plusieurs facteurs devront être considérés, entre autres: les impacts sur les processus de conception, le temps d'apprentissage et le développement des mécanismes de codesign (bibliothèques, interrelation, etc…). L'étape suivante fera l'évaluation des outils commercialement disponibles à l'aide d'une grille d'évaluation. Ensuite, nous procéderons à l'analyse des facteurs contraires à l'utilisation générale de la méthodologie. Nous élaborerons un protocole d'analyses et concevrons un questionnaire incluant le profil du répondant avec une combinaison de Myers-Briggs et Moore. Également, nous tenterons de catégoriser le type et profil de l'entreprise. Il est important ici de mentionner que la longue expérience industrielle du candidat, ainsi que ces nombreux contacts faciliteront grandement cette étape analyse. Finalement, la dernière étape consistera à tirer les conclusions et à proposer des solutions afin de mieux adapter le codesign aux besoins industriels.

RÉSULTATS:

Aucun résultat n'a encore été obtenu.

BEAUDIN, Sylvain DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Simulation rapide avec PULSE de la stabilité transitoire dans les réseaux de transport d'énergie électrique.

RÉSUMÉ:

L'objet de la présente recherche consiste à exploiter le parallélisme de la technologie PULSE (SIMD), doté de multiples processeurs élémentaires, pour la simulation de la stabilité transitoire dans les réseaux de transport d'énergie électrique et d'en valider le concept. En particulier, on vise la réalisation d'un prototype de simulateur rapide qui pourrait évidemment conduire à une technologie de commande de processus en temps réel.

PROBLÉMATIQUE:

À cause de considérations économiques et environnementales, ainsi que de nouvelles opportunités de vente et d'achat d'électricité dans un marché de plus en plus déréglementé, il devient nécessaire pour l'industrie du transport d'énergie d'optimiser les capacités de transits. Présentement la détermination des limites de transits se fait généralement en temps différé, avec comme seul exercice d'assurer la gestion de l'exploitation et de la planification, et ce, principalement à cause des limitations des calculateurs numériques actuels.

Alors, la nécessité d'augmenter les transits de puissance sur les corridors oblige aujourd'hui les compagnies d'électricité à avoir recours à des stratégies d'exploitation de plus en plus complexes. Il est donc devenu important d'introduire la détermination de ces capacités de transit dans l'environnement des centres de commande des réseaux. De plus, le développement d'une technologie de simulation beaucoup plus rapide que la réalité pourrait évidemment conduire à une technologie de commande de processus en temps réel.

MÉTHODOLOGIE:

· Analyse des besoins:

Étude des algorithmes existants et identification des parties critiques à la performance du système.

· Développement d'un système de simulation:

Parallélisation et optimisation de la technique de simulation employée

· Implémentation sur MATLAB:

Validation du système proposé au moyen d'un réseau simple de transport d'énergie à 9 barres.

· Implémentation sur PULSE (modèle SIMD).

Validation du système proposé sur le simulateur PULSE avec le réseau de transport d'énergie à 9 barres.

· Analyse de performance et optimisation

Comparaisons de performances entre les modèles SIMD et SISD.

RÉSULTATS:

À ce jour, une solution numérique entièrement matricielle a été développée pour la simulation de la stabilité transitoire dans les réseaux de transport d'énergie électrique. Conjointement, une technique rapide de multiplication/addition matrice/vecteur fut également élaborée pour la technologie PULSE (SIMD).

Enfin, la validation et la performance du concept ont pu être établies sur le simulateur PULSE au moyen d'une simulation de 600 pas en stabilité transitoire, pour le réseau proposé de transport d'énergie électrique à 9 barres, avec un temps d'exécution moyen de 20 ms.

Un article intitulé "An Economic Parallel Processing Technology for Faster than Real-Time Transient Stability Simulation" a été accepté pour publication dans European Transactions on Electrical Power.

BENDALI, Abdelhalim DIPLÔME : M.Sc.A.

TITRE:

Conception de circuits analogiques de précision utilisant des résistances ajustables intégrées.

RÉSUMÉ:

Le projet consiste à étudier et à proposer des architectures flexibles de circuits analogiques dont les grandeurs de sortie soient ajustables en calibrant des éléments résistifs intégrés. Le but est d’améliorer la précision de ces circuits, en tenant compte du meilleur compromis entre la complexité du circuit et ses performances.

Nous allons proposer et réaliser quelques circuits importants pour les systèmes analogiques tels que les régulateurs de tension.

PROBLÉMATIQUE:

Dans les systèmes analogiques, on a souvent besoin des circuits de grande précision qui peuvent influencer grandement leurs performances. L’une des approches utilisées est le recours à un réglage des résistances ajustables.

Parmi les contraintes du réglage des résistances intégrées on retrouve : le coût du procédé de fabrication, qui peut être élevé, la grande dimension de la résistance et l’erreur relative sur la valeur ajustée.

Des recherches récentes sur des éléments résistifs ajustables de haute précision, de la taille d’un transistor CMOS, ont ouvert de nouveaux horizons.

Le but du projet est de tirer avantage de ces éléments précis et de proposer des méthodes de compensation et de réglage pour des circuits analogiques.

MÉTHODOLOGIE:

Notre objectif premier consiste à définir les architectures et les parties de la fonctionnalité du circuit nécessitant un ajustement précis et qui, par ce fait, améliorent les performances du système.

RÉSULTATS:

Nous avons implémenté et testé, en utilisant un procédé CMOS .18 micron, des références de tensions basées sur des circuits bandgaps. Ces circuits sont très sensibles aux variations de procédé et une attention particulière doit être portée sur le dessin des masques. Nous avons proposé une nouvelle manière de réaliser la stabilité en température par une compensation dite de premier ordre. Une autre approche basée sur une compensation de deuxième ordre est en cours de développement.

BERTOLA,Marc DIPLÔME : M.Sc.A.

TITRE :

Exploration d’architectures de bus

RÉSUMÉ :

Ce projet consiste à explorer divers agencements de modules autour d’un bus afin de dégager un nombre de configurations qui présentent diverses forces tout en restant relativement flexibles. Les architectures choisies seront par la suite intégrées à Picasso.

PROBLÉMATIQUE :

Plus il y a de modules maîtres reliés à un bus, plus la bande passante de ce bus doit être partagée parmi eux. L’idée est d’agencer et de découpler les maîtres pour réduire la bande passante qu’ils doivent se partager. L’architecture résultante doit cependant demeurer suffisamment flexible pour supporter des applications à usage général et pour accepter des modules matériels spécifiques à une application qui serait implantée sur elle. Le but de cette exploration est de développer un choix d’environ trois ou quatre architectures types qui serviront de base pour des systèmes conçus sous Picasso.

MÉTHODOLOGIE :

Le projet se déroulera en trois phases :

1. Développement d’une boîte à outils. Des modules VHDL des différents acteurs dans les transactions de bus seront codés (modèles de mémoires, bus, microprocesseurs, etc.). Ces modèles suivront le protocole de bus AMBA.

2. Exploration des architectures. Les modules de la boîte à outils seront agencés de manières différentes. Cette exploration ne se fera pas de façon aléatoire : elle sera dirigée de façon à l’optimiser le mieux possible pour une application donnée (la transmission sans fil, par exemple).

3. Intégrer les applications à Picasso en les rendant configurables et paramétrisables. Ceci veut dire, entre autres, que l’architecture doit être adaptée pour accepter des modèles de différents processeurs, ainsi que pour recevoir un nombre arbitraire de maîtres de bus.

RÉSULTATS :

La phase 1 est complétée. Les phases 2 et 3 sont en cours de développement.

BOYER, François Raymond DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Optimisation de circuits lors de la synthèse à partir de langages de haut niveau.

RÉSUMÉ:

Notre projet consiste à développer différentes techniques visant à maximiser la vitesse à laquelle un circuit peut traiter des données. Certaines optimisations, présentement faites entièrement à la main en utilisant des langages de bas niveau pour décrire les circuits, pourraient être faites automatiquement ou avec des outils dirigés par le concepteur. Ces techniques permettraient de réduire le temps nécessaire au développement d’un circuit rapide et/ou d’augmenter la performance d’un circuit.

PROBLÉMATIQUE:

En général, dans les circuits contrôlés par une seule phase d’horloge, à certains endroits, du temps est consommé à attendre le prochain cycle, même sur le chemin critique. Ceci vient du fait que les temps de calcul entre les registres ne sont pas les mêmes. La resynchronisation réduit ce problème, mais elle contraint à avoir une seule phase d’horloge, ce qui l’empêche d’atteindre l’optimum. A la place, un circuit multi phase pourrait être fait avec un genre de retiming multi phase, en utilisant des horloges qui arrivent toujours exactement au bon moment. Dans ce cas, il faut trouver les phases nécessaires et le circuit équivalent au circuit original, mais contrôlé de manière très précise par ces différentes phases. Alors, le problème de la génération des horloges se pose, ainsi que les variations sur les temps d’arrivé de celles-ci (biais de synchronisation).

MÉTHODOLOGIE:

Le travail est basé sur notre idée originale de prendre un algorithme d’ordonnancement utilisé en pipelinage logiciel «software pipelining», pour remplacer la technique habituelle utilisée sur les circuits (la resynchronisation, ou retiming).

Les points suivants sont travaillés :

· Une alternative au retiming, multi phases, qui trouve les phases permettant un débit optimal;

· La tolérance maximale aux variations sur les temps d’arrivée de l’horloge;

· Une méthode automatique donnant une certaine forme de wave-pipelining;

· La vérification formelle que le circuit après nos optimisations fait la même chose que l’original;

· Une technique de resynthèse ciblant le chemin critique et passant par-dessus les registres, qui fonctionne sur nos circuits multi phases.

RÉSULTATS:

Une alternative au retiming a été trouvée, donnant le débit maximal sans contrainte sur le nombre de phases. Aussi, un algorithme remplace les registres par des bascules sensibles au niveau, de manière à réduire la taille et à diminuer la demande en précision sur l’horloge.

BOYER, Stéphane DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Implant urinaire dédié à la stimulation neurale sélective.

RÉSUMÉ:

Nous nous intéressons au problème de la rétention urinaire chez les personnes ayant subi des lésions au niveau de la colonne vertébrale (paralysie). Notre but est de restaurer les fonctions vitales du système urinaire de façon à améliorer la qualité de vie.

PROBLÉMATIQUE:

En utilisant un stimulateur neuromusculaire miniaturisé implantable et un contrôleur externe, on excite le nerf S2 partant de la colonne et allant jusqu’au muscle de la vessie et du sphincter pour évacuer l’urine. Une nouvelle technique de stimulation sélective est proposée pour provoquer l’écoulement tout en évitant la contraction simultanée du muscle de la vessie et du sphincter, qui entraîne une pression excessive indésirable.

MÉTHODOLOGIE:

Le système de stimulation que nous proposons est composé de deux parties principales soient l’implant et le contrôleur externe. Il s’agit d’un système versatile et fonctionnel qui répond au problème complexe de la neurostimulation tout en étant simple d’utilisation pour l’usager. C’est l’unité externe qui contrôle la stimulation tout en assurant l’alimentation en énergie de l’implant via une interface à couplage magnétique à haute fréquence. Lors de chaque stimulation, les paramètres sont transmis par le contrôleur à l’implant qui s’assure de leur validité par des algorithmes de détection d’erreurs. Le contrôleur externe est portatif et très simple d’utilisation L’implant est constitué d’un circuit imprimé circulaire d’environ 3 cm de diamètre et est composé de trois blocs soient : l’entrée, le traitement et la sortie. Un circuit intégré programmable (FPGA) est utilisé pour contenir toute la partie numérique de traitement. Le circuit est moulé dans une substance dure pour assurer sa rigidité et ensuite isolé dans un produit bio-compatible. Une électrode bipolaire et des connecteurs étanches de notre conception sont utilisés pour relier l’implant au nerf.

RÉSULTATS:

Notre système est totalement fonctionnel et il a servi pour des essais en phase chronique en collaboration avec le département d’urologie de l’Université McGill. Nous avons aussi conçu et fait fabriquer, par l’entremise de la Société Canadienne de Microélectronique (SMC), la partie de contrôle et de génération des stimulus sur un circuit intégré de technologie CMOS 0.35 micron. Les résultats préliminaires sont encourageants. Les modules de contrôle et de sortie sont fonctionnels et rencontrent la plupart des paramètres de design. Une qualification plus approfondie est en cours.

BOYOGUENO BENDÉ, André DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Méthode de conception du module de réception pour les communications par fibres optiques.

RÉSUMÉ:

Dans le domaine des transmissions en général et celui des transmissions par fibres optiques en particulier, les circuits électroniques sont conçus pour satisfaire un ensemble de critères et de performances spécifiques. Le but de notre recherche est d’analyser et de proposer des méthodes de conception du module de réception pour les systèmes de communication par fibre optique mettant en jeu des hautes fréquences d’opération..

PROBLÉMATIQUE:

Avec l’explosion des communications par fibres optiques et des communications sans fil, de même que la popularité de l‘internet, la demande en bande passante devient de plus en plus forte. Les équipements de transmission et de réception sont de nos jours appelés à fonctionner à des débits de transmission de plus en plus élevés. Leur conception et leur fabrication deviennent de plus en plus complexes, car mettant en jeu des hautes fréquences d’opération.

Grâce à sa grande bande passante, la fibre optique est utilisée comme lien par excellence pour les communications à longues distances. Les fibres optiques mono modes à grande capacité de transmission ont déjà été développées mais leur bande passante demeure encore sous exploitée. Les principales limitations des systèmes de transmission par fibre optique sont l’atténuation et la dispersion dans la fibre optique, la gamme dynamique du module de réception, la bande passante et le bruit des circuits électroniques, les pertes de couplage dans les interfaces optoélectroniques de transmission et de réception. La mise en œuvre des amplificateurs optiques à fibre permet de réaliser de nos jours des systèmes de transmission dont la performance n’est plus que limitée par l’électronique aux interfaces optoélectroniques.

D’où la nécessité de développer des dispositifs optoélectroniques à haute performance répondant à la forte demande du marché des télécommunications. Ce développement repose d’une part sur l’amélioration des procédés de fabrication avec une modélisation plus accrue et d’autre part, sur la mise en œuvre de nouvelles méthodes de conception répondant aux nouvelles exigences permettant de tirer le maximum de performance dont dispose ces nouvelles technologies.

MÉTHODOLOGIE:

Nous présentons la conception du module de réception basée sur l’amplificateur à transimpédance; nous proposons deux méthodes de conception permettant d’étendre sa bande passante et d’améliorer son adaptation à un environnement 50Ohms. Un effort particulier est accordé à la protection contre les décharges électrostatiques, au partionnement des sous circuits, à la sensibilité au bruit des alimentations et aux variations du procédé de fabrication. Grâce à la modélisation, nous proposons une méthodologie de simulation permettant de prédire le comportement du module dans un environnement réel de fonctionnement.

RÉSULTATS:

Trois types de configuration à transimpédance ont été proposés et publiés. Une modélisation permettant de mettre en exergue les effets parasites dus aux imperfections des différents couplages a été faite. Une méthode d’évaluation de la stabilité dans la bande passante d’intérêt a également été proposée. La rédaction de la thèse est en cours.

BRAIS, Louis-Philippe DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Égalisateur adaptatif numérique haute performance pour signaux QAM.

RÉSUMÉ:

Les liens de communication modernes demandent des taux de transfert de plus en plus importants. Une méthode présentement très utilisée pour atteindre des densités spectrales élevées est la modulation d’amplitude en quadrature de phase (QAM). Cependant, la complexité de l’appareillage requis pour la mise en œuvre de ce type de modulation pose des problèmes particuliers.

Ce projet consiste en la réalisation d’un filtre adaptatif de haute performance par la famille de CPLD Flex 10K détecteur Le prototype conçu devra réaliser l’égalisation de données binaires transmises au travers d’un lien radio point à point SDH/SONET utilisant une modulation 128QAM. Pour obtenir une fréquence d’opération satisfaisante, on doit développer une architecture pipeline efficace.

PROBLÉMATIQUE:

Les signaux à haut taux de signalement utilisés dans les systèmes de communication à grand débit sont déformés lorsque transmis sur d’importantes distances. Les effets dispersifs de l’espace de propagation des ondes électromagnétiques créent de l’interférence nuisible lors de la transmission. On a donc une réponse impulsionnelle du canal dont l’étalement temporel est supérieur au temps de transmission d’un symbole. Il en résulte une diaphonie entre symboles adjacents reçus au récepteur.

On choisit de compenser pour ces effets indésirables en insérant un égalisateur dans le système de réception. Celui-ci doit en quelque sorte réaliser la convolution du signal reçu avec l’inverse de la réponse impulsionnelle du canal. Il doit également être adaptatif, c’est-à-dire capable de s’ajuster automatiquement vis-à-vis des caractéristiques changeantes du canal.

Nous procéderons à la réalisation d’un égalisateur numérique de grande vitesse. Pour cela, une architecture pipeline efficace et rapide doit être développée. On doit également identifier le ou les algorithmes adaptatifs convenant le mieux à une telle architecture.

MÉTHODOLOGIE:

Afin d’être en mesure de tester plusieurs réalisations différentes, on intègre l’égalisateur adaptatif à l’intérieur de composants logiques programmables. La famille de CPLD Flex 10K détecteur a été sélectionnée à cette fin. On choisit de synthétiser les architectures développées à partir de modèles AHDL paramétrisables. L’utilisation de paramètres permet d’ajuster les caractéristiques de l’architecture obtenue. Les étapes de synthèse, de simulation logique et d’intégration sont réalisées à l’aide du logiciel Max+PLUS II. Les vecteurs de simulation sont générés à partir de modèles Matlab du système ou à partir d’échantillons tirés d’un démodulateur 128QAM. Des programmes Matlab permettent de simuler le canal selon le modèle de Rummler tout en tenant compte d’autres facteurs comme le bruit blanc Gaussien. De plus, un environnement de simulation codé en C permet d’analyser le comportement exact de l’égalisateur pendant et après la convergence en tenant compte des effets liés à la représentation en virgule fixe des nombres dans le système.

RÉSULTATS:

Une carte prototype a été conçue et fabriquée pour recevoir les quatre CPLD Flexl0k130 nécessaires au traitement numérique avec leurs divers composants d'interface. Parallèlement à ce travail, des modèles AHDL paramétrisables de l’égalisateur ont été développés et testés en simulation système à l’aide de Matlab. Ce travail de validation a été complété avec un environnement de simulation dédié codé en C. Le fonctionnement d’un égalisateur PAM a été démontré avec la carte prototype fabriquée, bien que certains problèmes pratiques nous empêchent toujours de compléter l’intégration de l’égalisateur QAM.

CALBAZA, Dorin-Emil DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Analyse et conception des circuits de synthèse numérique d’horloge.

RÉSUMÉ:

Le projet consiste à la réalisation pratique des circuits de synthèse numérique de fréquence pour les systèmes de communication et en particulier, pour des applications de télévision numérique.

PROBLÉMATIQUE:

La prolifération des circuits synchrones a entraîné un besoin grandissant de circuits capables de fournir une horloge précise. Parmi ces circuits, les circuits de synthèse numérique de fréquence sont de plus en plus utilisés.

Cette thèse vise à explorer des méthodes efficaces pour la synthèse directe d'une horloge, avec une gigue réduite, à partir d'une autre horloge.

MÉTHODOLOGIE:

Le développement de l'industrie électronique et surtout de la microélectronique, permet d'intégrer toutes les fonctions d'un circuit de synthèse d'horloge dans une seule puce. Les compagnies Miranda et Gennum, qui parrainent le projet, ont clairement exprimé leurs besoins d'intégration d'un tel circuit dans leurs produits. Cependant, la complexité du problème rend l'intégration difficile. La résolution des problèmes rencontrés demande le développement de techniques nouvelles, d'où le besoin de méthodes efficaces pour réaliser des circuits de synthèse d'horloge qui ont la précision désirée avec les technologies disponibles. Pour concevoir les circuits, on a utilisé les outils CAO disponibles au Groupe de recherche en microélectronique. Le design a été suivi d'une réalisation pratique à l'aide de la Société Canadienne de Microélectronique.

RÉSULTATS:

Deux circuits de synthèse numérique de fréquence ont été réalisés à l'aide de la SMC. Les résultats des tests sont convaincants et ils sont publiés ou soumis à la publication. La thèse de doctorat a été rédigée et sera soutenue sous peu.

CANTIN, Marc-André DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Conversion matérielle automatique d'algorithmes de traitement de signal du format virgule flottante au format virgule fixe.

RÉSUMÉ:

La conversion d’un algorithme du format virgule flottante au format virgule fixe est une tâche fastidieuse et complexe. Un outil de conversion automatique d’un format à l’autre permettrait au concepteur d’accélérer le processus d’implantation matérielle d’un algorithme de traitement de signal.

PROBLÉMATIQUE:

Tandis que la majorité des algorithmes d'analyse et de traitement des signaux radars sont développés en virgule flottante, leur implantation requiert fréquemment des opérateurs à virgule fixe, afin de rencontrer les contraintes de coût et de performance. Dans le but de conserver les propriétés de l'algorithme original, d'éviter les erreurs de débordement ou de perte de précision, chaque opérande doit être représentée par un nombre de bits adéquat.

MÉTHODOLOGIE:

La tâche consiste à propager vers les entrées la tolérance d'erreurs des sorties définies par l'usager, ce qui permettrait de minimiser à la fois le nombre de bits nécessaires pour représenter chaque opérande et la surface totale de l'implantation matérielle de l'algorithme. Finalement, un outil automatique qui convertit un programme à virgule flottante en un programme à virgule fixe, qui considère les contraintes matérielles et qui pourrait être étendu aux outils de conception VLSI, permettrait d'accélérer le processus d'analyse et d'implantation d'un algorithme.

RÉSULTATS:

Une méthode qui détermine automatiquement la résolution en bits des opérandes est proposée dans le but d’implanter l’algorithme IMOP. La méthode utilise un outil de simulation à point fixe qui permet de simuler à la fois en précision finie et infinie. La méthode obtient une solution en calculant l’écart entre le modèle à point fixe et le modèle à point flottant. Une procédure sélectionnée sur la base d’expérimentation, minimise cet écart entre les deux modèles, et obtient une solution optimale qui respecte les spécifications de l’utilisateur. Présentement, quatre procédures ont été élaborées et analysées, puis comparées avec cinq procédures existantes dans la littérature scientifique. Ain de comparer ces neuf procédures d’optimisation sur la base du nombre d’itérations et de la qualité de la solution finale obtenue, la méthode a été appliquée sur douze algorithmes DSP. L’ensemble des algorithmes DSP considérés inclut des opérations arithmétiques élémentaires, des filtres à réponse impulsionnelle finie et infinie, un filtre adaptatif, l’algorithme de CORDIC, la transformée en cosinus discrète inverse, un algorithme d’estimation de fréquence et un algorithme de réseau de neurones. Les résultats obtenus par la méthode montrent que certaines procédures obtiennent une solution optimisée pour les douze bancs, et montrent que la méthode peut être utilisée pour déterminer la résolution en bits des opérandes de l’algorithme IMOP.

CARNIGUIAN, Sylvain DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE :

Égalisation de la consommation de puissance d’un stimulateur matriciel par l’implémentation d’un algorithme de balayage adapté.

RÉSUMÉ :

Ce projet consiste à la création d’un algorithme de balayage d’image et à son implémentation dans le contrôleur externe d’un stimulateur cortical, dans le but d’égaliser dans le temps la consommation de puissance de l’implant.

PROBLÉMATIQUE :

Un point critique du fonctionnement d’un implant cortical est la consommation de puissance. En effet, l’implant dans son prototype final ne devra être alimenté que par un lien radio-fréquence. De plus, lors de stimulation de plusieurs électrodes simultanément ou lors de stimulation de haute intensité, un fort courant est demandé. Ceci implique des pics de courant que l’alimentation limitée ne peut fournir. On peut résoudre ce problème en égalisant dans le temps la consommation de puissance. Pour cela, il est nécessaire de faire le traitement de sites à stimuler à l’extérieur de l’implant de façon à optimiser cette consommation. Par conséquent, nous devons rechercher un algorithme visant à faire le balayage des matrices à traiter (images par exemple) de manière à éviter le plus tôt possible un trop grand nombre de stimulations simultanées.

MÉTHODOLOGIE :

Nous prévoyons compléter les étapes suivantes :

· Rechercher des algorithmes de balayage d’image existant;

· Proposer un algorithme dédié à nos spécifications;

· Valider cet algorithme grâce à des outils tels que MATLAB;

· Analyser les résultats obtenus;

· Implémenter et vérifier par l’intermédiaire d’un contrôleur externe.

RÉSULTATS :

Les recherches sur les balayages de matrices ont permis de trouver certaines techniques de balayage dédiées à des applications spécifiques (la plupart visant la détection de formes ou l’implantation du codage).

Cependant, notre application étant spécifique (prise en compte du fonctionnement de l’implant), ces algorithmes ne nous permettent que d’inspirer quelques idées générales de ces algorithmes. Nous validons actuellement un algorithme dédié sur Matlab.

CHABINI, Noureddine DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Méthodes d'optimisation pour la conception de systèmes matériels/logiciels.

RÉSUMÉ:

Ce projet de recherche se concentre sur le développement de méthodes pour l'amélioration de la performance, la réduction de la surface et la réduction de la consommation de la puissance pour des systèmes informatiques. Quant à l'avancement de ce projet de recherche, nous avons développé un algorithme pour déterminer une borne sur le débit maximal pour des systèmes de type pipeline. Pour le design de systèmes matériels opérant à débit maximal, nous avons développé des méthodes pour réduire le nombre de registres requis ainsi que pour réduire le nombre de phases du circuit final. Des méthodes pour réduire la consommation de puissance sont en cours de développement.

PROBLÉMATIQUE:

La qualité d'un système informatique se mesure généralement par sa performance, sa surface et sa consommation de puissance en cas de systèmes matériels. Concevoir un système ayant une certaine qualité, c'est résoudre un ensemble de problèmes d'optimisation très complexes. Ces problèmes sont prouvés NP-complets en général. Pour les résoudre d'une façon efficace, le développement d'heuristiques est nécessaire. Dans ce projet de recherche, nous nous concentrons sur le développement d'heuristiques pour l'amélioration de la performance et pour la réduction de la surface et la consommation de la puissance pour des systèmes informatiques.

MÉTHODOLOGIE:

Les méthodes que nous avons développées et les méthodes que nous sommes en train de développer sont destinées à la résolution de problèmes NP-complets. Pour tester l'efficacité de ces méthodes, leur expérimentation sur des cas de test est nécessaire. Pour cette fin, nous avons planifié le développement d'un outil en langage C++ que nous avons appelé Circuit Optimizer. Les méthodes que nous avons déjà développées ont été incorporées dans Circuit Optimizer. Les méthodes en cours de développement y seront intégrées aussi. Nous espérons aboutir à un outil d'aide à la conception de systèmes informatiques de haute qualité.

RÉSULTATS:

Nous avons développé une méthode pour déterminer une borne sur le débit maximal pour des systèmes de type pipeline. Aussi, pour des systèmes matériels fonctionnant à débit maximal, nous avons développé des méthodes pour réduire le nombre de registres requis ainsi que pour réduire le nombre de phases du circuit.

CHAIB, Gaby DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Acquisition des activités neuronales vésicales pour la récupération des fonctions urinaires.

RÉSUMÉ :

Nous travaillons à la mise en œuvre d’un dispositif électronique dédié à capter les signaux nerveux issus de la vessie afin d’en évaluer le volume d’urine. Ce capteur est destiné au contrôle d’un micro-stimulateur vésical et servira donc de boucle de rétroaction d’un système global de récupération des fonctions urinaires.

PROBLÉMATIQUE :

En Amérique du Nord, plus de deux millions d’individus souffrent de dysfonctions urinaires. Chaque année, au Canada, plus de 1,000 nouveaux cas s’ajoutent à la liste. La stimulation électrique des fonctions vésicales est une approche prometteuse visant la restauration d’un contrôle des fonctions urinaires. Un circuit implantable de détection du volume vésical permettrait l’autonomie du système de stimulation électrique.

MÉTHODOLOGIE :

L’implant urinaire peut être subdivisé en cinq blocs :

· Lien bi-directionnel permettant le transport de l’énergie et des signaux de commande;

· Système d’acquisition et d’amplification des signaux nerveux;

· Système de traitement des signaux nerveux et d’évaluation du volume vésical;

· Système de traitement des signaux de commande;

· Générateur de stimulations électriques.

Ce travail prend en charge la mise en œuvre d’un dispositif d’acquisition et du traitement de l’électroneurogramme (ENG) présent dans les nerfs périphériques.

Les caractéristiques voulues du circuit d’acquisition sont une faible consommation de puissance, une tension d’alimentation faible, un faible niveau de bruit et des dimensions minimales.

Une fois le prototype conçu et simulé, les plans des masques seront préparés pour la fabrication. Ceux-ci se font en parallèle aux tests in vivo chez les chiens.

RÉSULTATS :

Une carte d’amplification en composants discrets a été mise au point et se trouve en phase de test. L’élimination du bruit demeure l’obstacle principal du circuit.

CHEBLI, Robert DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Étage de réception intégré sur une seule puce d’un échographe portable.

RÉSUMÉ:

L’objectif de ce projet consiste en la conception d’un étage d’entrée d’un échographe miniaturisé. Ce dernier est constitué des étages d’amplification et de numérisation. Dans cette application, il est nécessaire d’amplifier largement les signaux (écho) de très faible amplitude (quelques microvolts) qui proviennent du profond que ceux de forte amplitude qui proviennent de la surface de la peau du corps humain. Une technique d’amplification consiste à utiliser un véritable amplificateur logarithmique basé sur des étages cascadés à gain modérés. Pour compenser l’atténuation des signaux reçus par la réflexion sur les interfaces de tissus humains, un amplificateur à gain programmable est utilisé. Il sert à compenser l’atténuation en décibel pour chaque centimètre de profondeur. La programmation de cet amplificateur est fait par un convertisseur analogique à numérique «pipeline» ayant 10 bits de résolution et une fréquence d’échantillonnage supérieure à 25MHz.

PROBLÉMATIQUE:

Généralement, l’étage d’entrée d’un échographe est constitué entre autre d’un préamplificateur qui sert à amplifier les échos reçus sans affecter leurs amplitudes. L’utilisation d’un amplificateur logarithmique permet de compresser les échos de forte amplitude ce qui provoque la création des artéfacts sur l’écran du moniteur.

MÉTHODOLOGIE:

En s’inspirant des travaux de recherche qui ont été faits dans le domaine de l’imagerie médicale, nous proposons une architecture rigoureuse de l’étage d’entrée d’un échographe.

Notre architecture comporte les modules suivants :

- Un amplificateur logarithmique formé des étages à faible gain cascadés avec un étage de compensation qui est connecté à un convertisseur analogique-numérique;

- Dans ce travail, on vise à intégrer dans une seule puce (ASIC) ces trois étages et à implanter le contrôleur en FPGA

RÉSULTATS:

Un circuit intégré CMOS intégrant les deux premiers étages d’amplification a été fabriqué. Les tests effectués ont démontré toute la fonctionnalité souhaitée.

CHEVALIER, Jérôme DIPLÔME : M.Sc.A.

TITRE :

Aide au partitionnement de système co-design logiciel/matériel par la simulation a haut niveau en System C

RÉSUMÉ :

Le projet consiste à concevoir une méthodologie pour le partitionnement et à construire une plate-forme à haut niveau en system C. Cette plate-forme permet la simulation et l’estimation au niveau transactionnel des systèmes co-design logiciel/matériel sur puce.

PROBLÉMATIQUE :

Pour la réalisation de nombreux systèmes, l’utilisation combinée de processeur d’usage général et de circuits spécialisés est en voie de se répandre rapidement. Cette approche mixte nécessite des méthodologies de conception nouvelles. Ces méthodes et techniques doivent notamment permettre au concepteur du système d’en effectuer la spécification et la modélisation sans se soucier du découpage logiciel/matériel, tout en l’aidant à effectuer ce partitionnement par la suite. Actuellement, il n’existe peu ou pas d’outil et de méthodologie complètement satisfaisante et permettant d’effectuer toutes les étapes du processus de conception et de partitionnement.

MÉTHODOLOGIE :

La démarche consiste d’abord à effectuer une revue des méthodologies de spécification et de partitionnement existantes pour le niveau transactionnel. La majorité de ces méthodes sont dédiées exclusivement au matériel, mais elles constituent une bonne approche pour construire une méthodologie pour le co-design.

RÉSULTATS :

Une plate-forme de simulation de système co-design au niveau transactionnel en System C utilisant la méthodologie développée.

COULOMBE, Jonathan DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Simulateur visuel intra-cortical implantable.

RÉSUMÉ:

Le projet consiste à concevoir et réaliser un système intégré implantable visant à stimuler le cortex cérébral de patients aveugles. Après avoir réalisé un tel dispositif de dimension et de complexité réduites, une attention particulière sera apportée à la consommation en puissance ainsi qu’à la sécurité du dispositif par l’intégration de modules de surveillance et de contrôle de la stimulation. Différents prototypes de fonctionnalité et de complexité croissantes seront conçus, réalisés et testés in-vitro et in-vivo.

PROBLÉMATIQUE:

La réalisation d’un implant cortical au nombre de canaux de stimulation élevé demandera de relever un bon nombre de défis. Entre autres, mentionnons l’intégration de différents modules de circuits intégrés analogiques et numériques, l’interface entre les circuits et une matrice d’électrodes de grande densité, ainsi que l’encapsulation compacte et biocompatible de l’ensemble.

Une fois ces éléments développés adéquatement, une emphase importante doit être mise sur l’optimisation des modules électroniques. En effet, afin de réaliser un système possédant un grand nombre de canaux de stimulation parallèles, la consommation en puissance doit être minimisée de façon substantiellement, par rapport à ce qui est généralement fait pour les neurostimulateurs actuels. Cependant, les techniques conventionnelles visant à réduire la consommation peuvent facilement entraîner des dommages permanents sur les tissus stimulés. Un système de monitoring des charges et tensions de sortie, de contrôle et de compensation devra donc être conçu afin d’assurer l’efficacité et la sécurité de la stimulation. Des techniques novatrices permettant d’effectuer ses tâches de façon énergétiquement efficace devront être développées.

MÉTHODOLOGIE:

Le projet se divise en trois phases distinctes. En un premier temps, l’objectif est de faire un implant comportant un nombre de sites de stimulation réduit, et ce de manière à maîtriser les techniques élémentaires qui seront nécessaires à la réalisation d’un système complexe (fabrication, assemblage, encapsulation, etc.).

Ensuite, on procédera à l’optimisation du système au niveau électronique dans le but d’assurer l’efficacité et la sécurité du dispositif. Cette deuxième phase se divise elle aussi en deux parties distinctes, soient :

· La recherche d’une méthode efficace de contrôle des charges impliquées dans les simulations;

· L’élaboration d’un système efficace d’asservissement de la tension d’alimentation de l’étage de sortie afin de diminuer la consommation en puissance de l’implant.

Finalement, l’intégration des éléments développés sera réalisée. Le système électronique optimisé, de pleine dimension, devra être fabriqué et encapsulé avec le savoir-faire acquis de la première phase du projet.

RÉSULTATS:

Les travaux se situent actuellement au niveau de la première phase. Un premier prototype est en fabrication et les tests et étapes d’encapsulation seront effectués au cours de l’année qui débute.

COUSINEAU, Cynthia DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Conception et mise en œuvre d’un système de reconfiguration dynamique.

RÉSUMÉ:

Ce projet destiné au milieu industriel vise à ajouter, entre autre, une fonctionnalité RTR (Run Time Reconfiguration) sur la base d’un module existant et commercialement disponible. Le produit final sera un outil de conception et de déverminage basé sur le RTR, exploitant un lien JTAG comme canal de communication secondaire. Une capacité de constante interaction avec le système et une grande flexibilité de reconfiguration caractériseront ce produit.

PROBLÉMATIQUE:

Le projet tire une partie de sa complexité du fait que des fonctions additionnelles doivent être ajoutées à un module existant et dont le design extérieur est plus ou moins fixe. Étant donné également que certaines composantes du module sont carrément intouchables, nous devons intervenir, de manière alternative, par une entrée secondaire, qui est jusqu’à maintenant inutilisée et dont l’interface reste à construire. De plus, une partie logicielle est à concevoir. Celle-ci permettra à l’usager de construire un système basé sur ce module et d’interagir avec lui de manière continue.

MÉTHODOLOGIE:

Les actions à poser sont subdivisées en deux parties. D’abord, il faut modifier l’architecture du contrôleur du module afin d’y implanter l’interface avec l’entrée secondaire en plus d’y inclure un contrôleur de mémoire externe. Ensuite, il faut unir le tout par un logiciel, versatile, portable pour n’importe quel type de système hôte, et qui saura assister correctement l’usager dans ses tâches de conception et d’implantation.

RÉSULTATS:

Les premières tâches à accomplir, avant même de commencer toute structure de conception étaient de se familiariser avec le produit existant et de remonter le contrôleur avec les outils de conception disponibles à ce jour ainsi qu’un banc de test adéquat. Étant donné que le contrôleur est et restera implanté dans un FPGA relativement petit et de moins en moins utilisé dans l’industrie, cette tâche n’a pas été facile, les outils les plus performants n’étant pas nécessairement développés pour traiter des circuits basés sur cette famille de FPGA. La synthèse des composantes VHDL s’est avérée problématique, car elle est moins efficace pour cette famille de FPGA. Finalement, nous avons réussi à placer et router le contrôleur dans son état presque original, avec les outils disponibles. Un prototype complet et fonctionnel a été démontré.

CYR, Geneviève DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Développement d’une interface matérielle configurable pour un processeur ARM7 basée sur le protocole VCI de l’alliance VSI.

RÉSUMÉ:

Le premier objectif est de faire un pas vers le développement d’une méthodologie de synthèse des communications pour des systèmes sur une puce, en allégeant la tâche des concepteurs de systèmes utilisant un processeur ARM7DTMI de la société ARM. Pour ce, une interface matérielle configurable pour ce processeur sera développée. Ensuite, un programme permettra à un concepteur de générer automatiquement une interface spécifique à son système selon les mécanismes de communication et de synchronisation choisis. L’interface permettra au ARM7 de communiquer en utilisant le protocole VCI (Virtual Component Interface) de VSIA (Virtual Socket Interface Alliance). Le deuxième objectif est de tester l’efficacité de l’utilisation du protocole VCI, encore en développement, dans un contexte de communication point à point pour différentes applications (multiprocesseur ou processeur/coprocesseur)

PROBLÉMATIQUE:

La vitesse d«’avancement de la technologie entraîne l’augmentation rapide de la grosseur des circuits intégrés. Le développement de systèmes sur une puce est une des seules solutions viables à ce problème de croissance des circuits, mais cela entraîne une augmentation de la complexité de ceux-ci. Pour éviter d’augmenter le délai de conception tout en permettant d’augmenter la complexité, la réutilisation de modules est essentielle. Cependant, pour que la réutilisation soit efficace, l’intégration des modules et le développement des communications entre ceux-ci doivent se faire rapidement. L’utilisation d’un protocole standard pour établir les communications entre les modules est une solution intéressante. Dans le présent projet, il faut donc permettre une intégration rapide des communications avec un ARM7 en utilisant le protocole VCI de VSIA. De plus, les pertes de performances amenées par l’utilisation de ce protocole seront évaluées pour différentes applications.

MÉTHODOLOGIE:

L’interface VHDL a été développée à l’aide de l’outil Renoir de Mentor Graphic. Les mécanismes de communication implantés sont la mémoire partagée et le passage de message. Le premier mécanisme sera implanté à l’aide d’une mémoire duale et le deuxième à l’aide d’un FIFO. En plus, plusieurs mécanismes de synchronisation sont possibles. La génération automatique se fait avec un programme Perl à partir des fichiers VHDL contenant des clauses generate et d’un package VHDL contenant des constantes. De plus, la synthèse de l’interface sera effectuée avec l’outil Design Analyser de Synopsys. Pour tester l’interface matérielle VHDL, des bancs de tests seront simulés à l’aide de l’outil Modelsim. De plus, les modèles VHDL des mémoires et du processeur seront utilisés pour simuler le système matériel/logiciel à l’aide de l’outil de co-simulation Seamless de Mentor Graphic. Trois applications différentes seront utilisées pour tester l’interface et le protocole : un Block Matcher, un Reed Solomon et un Quick Sort.

RÉSULTATS:

L’interface est complètement terminée. Les tests sur les trois applications ont été effectués. Il reste maintenant à modifier un peu le code et à écrire le programme Perl pour permettre la génération automatique de l’interface. Un poster a été présenté en mai 2001 dans le cadre du congrès de l’AFCAS et en juin 2001 dans le cadre de l’exposition TEXPO. De plus, un article a été sélectionné pour la conférence MUG qui aura lieu à la fin septembre 2001. En plus, un article a été accepté à la conférence DATE 2001.

DELAGE Jean-François DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Synthèse et conception d’une interface UHF dédiée aux applications de tagging.

RÉSUMÉ:

Le travail consiste à concevoir une interface de radiocommunication capable d’émettre et de recevoir des signaux dans la bande ISM 915MGz. Quelques circuits intégrés à la réception sont réalisés et fabriqués et des stratégies pour la réalisation du module d’émission sont proposées.

PROBLÉMATIQUE:

Plusieurs applications peuvent tirer profit d'un lien RF, dont le tagging (aussi connu sous l'appellation RF ID). Un tag est une étiquette électronique que l'on appose à un produit par exemple. Ainsi, cette étiquette intelligente, une fois interrogée, peut retourner de l'information sur le produit qu'elle identifie (tel sa catégorie, son prix), un peu à la manière d'un code à barre. Cependant, la lecture d'une étiquette électronique s'avère beaucoup plus rapide puisqu'il n'y a pas de recensement physique à mener: seule une interrogation par champ électromagnétique s'avère nécessaire. On peut ainsi mener un inventaire d'un entrepôt en temps réel, ou encore établir instantanément la facture d'un panier d'épicerie.

MÉTHODOLOGIE:

Pour développer le lien RF, nous procédons en deux étapes. D’une part, un étage initial sert à ramener les signaux RF à haute fréquence en bande intermédiaire, puis en bande de base. Par la suite, la démodulation des signaux PSK se fait de façon numérique.

RÉSULTATS:

Nous avons réalisé un amplificateur à faible bruit (AFB) de même qu’un mélangeur pouvant opérer dans la bande ISM à 915 MHz. Ces deux éléments, qui font partie de l’étage d’entrée du démodulateur proposé, ont été fabriqués en technologie CMOS 0.35µ. Les tests physiques et la caractérisation de tous ces composants ont été achevés. Ces résultats, de même que ceux obtenus lors de la fabrication d’amplificateurs opérationnels constituent la pierre assise sur laquelle repose une bonne partie de l’analyse détaillée dans le mémoire de recherche complété au début de 2002.

DIDO, Jérôme DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE :

Système d’acquisition de la pression transdiaphragmatique et de l’électromyogramme du diaphragme.

RÉSUMÉ:

Ce projet traite de la conception et de la réalisation d’un système d’acquisition simultanée de la pression transdiaphragmatique (P_di) et de l’électromyogramme du diaphragme (EMG_di) utilisant des capteurs de pression microélectroniques et un nouveau type d’électrode oesophagienne.

PROBLÉMATIQUE:

La mesure de paramètres respiratoires importants comme la P_di et l’EMG_di se fait encore à l’heure actuelle par deux systèmes distincts qui utilisent des dispositifs encombrants : ballonnets de latex à insérer par voie nasale, éventuellement des colonnes d’eau, capteurs de pressions extérieurs, amplificateurs, etc. La miniaturisation de tous ces dispositifs engendrerait une moindre gêne pour le patient et pour le médecin. En outre, il faut recourir à des algorithmes complexes pour atténuer les effets du positionnement vertical des électrodes oesophagiennes et de la contamination cardiaque. Une géométrie d’électrode adaptée permettrait à terme de se passer de tels algorithmes en filtrant à la source.

MÉTHODOLOGIE:

Nous prévoyons compléter les étapes suivantes :

· Conception et réalisation de deux puces électroniques permettant l’acquisition, le traitement et le transfert vers l’extérieur de signaux de pression acquis par des membranes déformables;

· Micro fabrication des membranes et étude de leur comportement aussi bien du point de vue électrique (gain, sensibilité) que mécanique (solidité, gamme de pression détectable);

· Validation d’un nouveau type d’électrodes oesophagienne par simulation électrostatique. Cette étude devrait permettre de caractériser l’influence de certains paramètres de l’électrode sur les effets de positionnement vertical et sur la contamination cardiaque.

RÉSULTATS :

Les puces électroniques ont été réalisées et testées avec succès. Les résultats obtenus à l’issue de simulations des électrodes paraissent encourageants puisqu’une forte réduction de la contamination cardiaque a pu être observée en comparaison avec des électrodes traditionnelles. Il reste néanmoins à poursuivre les simulations pour caractériser le dispositif plus précisément.

DJEBBI, Moncef DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Compensation de la tension de décalage des amplificateurs opérationnels mode courant (LFOA) à large bande.

RÉSUMÉ :

Ce projet traite d’une des techniques de compensation de la tension de décalage (offset) dans les amplificateurs opérationnels mode courant (CFOA) et l’utilisation de l’amplificateur résultant pour réaliser un filtre CFOA-C passe bande en CMOS 0.18µm.

PROBLÉMATIQUE :

Dans le domaine analogique, la tension de décalage due à la variation du procédé de fabrication, la non-uniformité du dopage et l’irrégularité des dimensions des masques limite la performance des amplificateurs opérationnels utilisés dans les filtres intégrés et les convertisseurs analogiques numériques et bien d’autres applications. Cette tension de décalage provoque des erreurs sur les données fournies pour l’amplificateur utilisé.

MÉTHODOLOGIE :

Nous procédons à ce projet de la façon suivante :

· Calcul et simulation de l’amplificateur CFOA pour avoir une tension de décalage nulle;

· Calcul et simulation du circuit de compensation pour déterminer l’efficacité de ce dernier et déterminer les bornes inférieures et supérieures de compensation de la tension de décalage;

· Simulation de l’amplificateur avec le circuit de compensation sur un certain interval de tension de polarisation;

· Vérification de l’effet du circuit de compensation sur les paramètres de l’amplificateur tels que la tension, le gain en boucle ouverte, la phase et le bruit;

· Conception et simulation d’un filtre passe bande utilisant des amplificateurs en mode courant CFOA et analyse des performances obtenues.

RÉSULTATS :

Un premier design d’un CFOA a été complété, ses masques sont implémentés et la puce est en fabrication actuellement. Les simulations d’un CFOA amélioré intégrant une technique d’annulation de l’«Offset » est en cours.

DJEMOUAI, Abdelouhab DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Transfert d’énergie et transmission bidirectionnelle de données par couplage inductif pour des systèmes électroniques implantables.

RÉSUMÉ:

Nous proposons une nouvelle technique destinée à améliorer les performances d’un système transcutané de transfert d’énergie pour des systèmes électroniques implantables (SEI). La technique utilisée est basée sur un lien à couplage inductif est aussi exploitée pour le transfert de l’énergie que pour la transmission bidirectionnelle de données. La technique proposée consiste en l’utilisation d’un circuit de contrôle permettant d’ajuster automatiquement les niveaux de tensions d’entrée et de sortie du lien inductif. Ce contrôle permet de maintenir l’énergie à transférer à l’implant à un niveau déterminé et de réaliser la modulation des signaux nécessaires à la transmission des données. Le circuit de contrôle permet de minimiser la sensibilité du lien aux fluctuations de la tension d’alimentation de l’amplificateur de puissance et de réduire les pertes d’énergie résultant de l’opération de la modulation des signaux à transmettre.

PROBLÉMATIQUE:

Le recours aux implants biomédicaux (stimulateurs) intégrés a été depuis longtemps considéré comme une solution alternative pour la récupération de la fonctionnalité des organes humains paralysés. Cependant, l’alimentation de ces systèmes représente un handicap majeur dans leur design. Comme ces stimulateurs sont destinés pour un fonctionnement à long terme, leur alimentation devrait être effectuée à distance. Ceci est indispensable afin d’éviter le recours aux batteries et aux opérations chirurgicales nécessaires pour les recharger. Souvent le même lien (interface) d’alimentation est aussi utilisé comme moyen de communication avec l’implant. Donc, le développement d’une telle interface représente une étape cruciale dans la conception des implants biomédicaux. C’est dans cet axe que nous menons des recherches pour développer et concevoir des interfaces d’alimentation et de communication pour permettre un fonctionnement correct et de longue durée pour des stimulateurs intégrés.

MÉTHODOLOGIE:

La méthode prévue pour compléter le présent projet comprendra les étapes suivantes:

· Étude bibliographique détaillée des systèmes existants de transfert d'énergie;

· Étude théorique détaillée, simulation et caractérisation d'un lien à couplage inductif;

· Proposition d'une méthode pour améliorer les performances d'un système de transfert d'énergie et de transmission de données à base d'un lien à couplage inductif;

· Conception et évaluation de l'ensemble du système proposé.

RÉSULTATS:

Nous avons proposé une boucle à verrouillage de fréquence (FLL) basée sur une nouvelle technique de conversion fréquence/tension. Nous travaillons à la mise en œuvre d’un modulateur CMOS intégré pour le contrôle de l’amplificateur de puissance du lien à couplage inductif et nous prévoyons intégrer ces techniques pour compléter un système dédié pour transférer l’énergie efficacement.

EL HALABI, Hicham DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Conception et réalisation d’un filtre Gm-C dédié à des applications à haute fréquence.

RÉSUMÉ:

Ce travail consiste à concevoir un filtre Gm-C dont la fréquence centrale se situe aux alentours de 70MHz alors que le facteur de qualité ne dépasse pas 110, ce circuit est composé de différents intégrateurs qui ont été bien optimisé afin de minimiser les effets d’avance et retard de phase dû aux impédances de sortie de l’étage différentiel et de l’étage de sortie respectivement, tout en ayant un choix approprié des dimensions des transistors et par l’utilisation de signaux d’entrées différentielles, la sensibilité du circuit due à la variation du procédé de fabrication représente un problème majeur ce qui nous a poussé à utiliser des circuits additionnels qui contrôlent les paramètres du filtre.

PROBLÉMATIQUE:

Les transconductances CMOS sont devenues très populaires dans la conception des systèmes VLSI analogiques (filtres analogiques). La réalisation des filtres haute vitesse (100MHz) a toujours été limitée par les problèmes de retard et d’avance de phase.. Ces problèmes, qui sont causés par l’effet du premier pôle ainsi que l’effet du deuxième réduisent la performance en terme de fréquence de l’élément de transconductance, et par conséquent, réduisent la bande passante du circuit utilisant cet élément; d’autre part, la linéarité est aussi une des caractéristiques des filtres qu’il faut optimiser sur la plage de fréquence concernée.

MÉTHODOLOGIE:

Une revue complète de la littérature touchant le domaine des cellules de transconductances ainsi que les différentes méthodes pour réaliser des filtres seront complétées. En premier lieu, et en se basant sur un élément de transconductance, plusieurs versions de cet élément seront simulées pour améliorer sa réponse en fréquence avec une linéarité acceptable; d’autre part, un (AGPLL) a été introduit afin de pouvoir contrôler la fréquence centrale du filtre et un (MLL) pour contrôler le facteur de qualité; et en dernier lieu, le calcul de la sensibilité nous permettra d’examiner les performances de tout le circuit.

RÉSULTATS:

Une nouvelle architecture de cellule de transconductance ayant les caractéristiques se rapprochant le plus possible d’un intégrateur idéal a été réalisé. Le filtre passe-bande de quatrième ordre, le AGPLL ainsi que le MLL ont été fabriqués à l’aide de la technologie CMOS 0.35µm. Les résultats expérimentaux démontrent le fonctionnement de la puce au niveau DC, cependant, quelques différences par rapport aux résultats de simulation démontrent la sensibilité d’une partie du AGPLL provenant de la variation du procédé.

ELSANKARY, Kamal DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Circuits CMOS mixtes(analogique, numérique et RF) dédiées à des systèmes de communications sans fil à très large bande

RÉSUMÉ :

Le présent projet est orienté vers la mise en œuvre d’une nouvelle architecture d’un système de communication sans fil à très large bande passante. Étant dédiée à une future génération de systèmes, l’architecture en question, sera validée par des circuits et fonctions mixtes (analogique, numérique et RF) en technologies CMOS (0.18 ou 0.13 um). Cette technologie nous permettra d’atteindre nos objectifs de design en ce qui a trait à la basse consommation d’énergie et à l’intégration sur une seule puce.

PROBLÉMATIQUE :

La demande croissante des dispositifs portatifs sans fil dans les différentes applications (voix, médicales, capteurs, divertissement, etc.) a attisé le besoin d’un système de télécommunication (émetteur/récepteur) intégrable dans une seule puce sans aucune autre composante externe. Ce système présente un défi concernant de prolonger la vie de la batterie pour des applications portatives, soutenir des voix et des images sur de courte et longue distance et enfin il doit avoir une augmentation dramatique de la fiabilité et une diminution du coût. L’ouverture au public des bandes ISM (industriel, scientifique et médical) et UNII (Unlicensed national information infrastructure) aux différents utilisateurs du monde avec des différents types de modulations (OFDM, FHSS et DSSS) a révélé une autre contrainte à l’émetteur récepteur concernant le sujet de minimiser le bruit contribué par les applications accordées à ces bandes. Le semi-conducteur complémentaire d’oxyde de métal (CMOS) est le choix convenable pour permettre un mixage libre des fonctions analogiques et numériques à cause de son faible coût de fabrication et de sa supériorité pour les applications numériques. Cependant, pour la technologie submicronique profonde telle que 0.18um et moins, le design des blocs analogiques CMOS révèle beaucoup de faiblesse au sujet de modulation de canal, dégradation de mobilité de porteurs et divers bruits provenant de son substrat fortement dopé. Ces contraintes nécessitent d’analyser de nouvelles techniques pour la réalisation des blocs mixtes (analogique et numérique combinés) dédiés au système de communication sans fil moderne. Nous souhaitons proposer des techniques de conception afin d’atténuer les effets du comportement non idéal des circuits analogiques cohabités avec les circuits numériques.

MÉTHODOLOGIE :

Ø Maîtriser les différentes architectures des systèmes de télécommunication modernes;

Ø Étudier les circuits intégrés à fiable consommation de puissance;

Ø Proposer de nouvelles techniques qui surmontent les contraintes précitées dans la problématique;

Ø Simulation, design et complémentation de ces circuits afin de les valider en créant un environnement de test convenable.

RÉSULTATS :

Recherche bibliographique approfondie sur les architectures des systèmes de télécommunications et leur circuits à faible puissance. De nombreuses simulations des principales architectures ont été effectuées pour examiner leur efficacité.

FAYOMI, Christian DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Techniques de conception de circuits CMOS à basse tension d'alimentation dédiés aux convertisseurs analogiques à numériques.

RÉSUMÉ:

Ce projet consiste à proposer des techniques de conception de circuits CMOS dédiés aux convertisseurs analogiques à numériques. L'emphase a été mise sur les méthodes de réduction de tension d'alimentation afin de permettre un fonctionnement adéquat pour des tensions avoisinant le seuil des transistors.

PROBLÉMATIQUE:

Les convertisseurs analogiques numériques (A/N) ou numérique analogique (N/A) assurent le lien entre les milieux analogique et numérique. Les applications utilisant ces convertisseurs sont diverses et variées. En télécommunication par exemple, les nouvelles applications exigent de très grandes résolutions à de très haute vitesse mais avec comme contraintes principales une très faible dissipation de puissance. En instrumentation, la résolution reste toujours un facteur clé, la plupart des applications se limitent à une résolution de l'ordre de 12 bits et plus. Le fait que certaines applications en instrumentation utilisent de plus en plus les batteries comme alimentation poussent les concepteurs vers des à très basse alimentation (2.7 - 3.3 V),. La demande grandissante des applications portatives exige quant à elle une alimentation de l'ordre de 1.8 V ou moins avec une consommation de courant. De plus, la réduction rapide de l'échelle des nouveaux procédés de fabrication en technologie CMOS requiert une réduction de l'alimentation afin de garantir la fiabilité à long terme des circuits.

Il en découle donc que les circuits électroniques contemporains destinés aux convertisseurs A/N ou N/A doivent opérer à très basse alimentation afin de répondre aux applications portatives.

Le but du présent projet est d'investiguer la faisabilité des circuits électroniques viables fonctionnant à très bas voltage et dédiés aux convertisseurs A/N.

MÉTHODOLOGIE:

Les différentes étapes du projet seront donc:

Une revue de littérature pertinente au niveau des techniques de conception de circuits à bas voltage destinés aux convertisseurs A/N;<
Une étude de la fiabilité des circuits avec la réduction de l'échelle;
Le développement des techniques de conception circuits CMOS à bas voltage;
La conception d'un convertisseur A/N à approximation successive de 10 bits fonctionnant avec une alimentation de 1V
Des tests expérimentaux afin de valider les performances pré dictées.

RÉSULTATS:

Les résultats obtenus à ce jour ont fait l'objet de quatre articles de conférence,une puce est en phase de fabrication pour valider les techniques proposées.

FILION, Luc DIPLÔME : M.Sc.A.

TITRE :

Syslib-Picasso : méthodologie de conception des systèmes embarqués.

RÉSUMÉ :

Ce projet propose une méthodologie améliorée de conception des systèmes embarqués. D’abord, grâce à Syslib, une librairie (orientée objet) de spécification de niveau système qui permet un raffinement progressif de la spécification en trois étapes : le niveau fonctionnel, le niveau comportemental et le niveau architectural. Grâce à Picasso, un outil graphique qui supporte l’entrée de la spécification, le partitionnement et la synthèse des communications.

PROBLÉMATIQUE :

Les méthodes actuelles de conception des systèmes ne se basent pas sur un langage commun pour le logiciel et matériel (i.e. un langage système). De plus, l’apport d’un outil graphique à la méthodologie facilite l’exploration du partitionnement et améliore la réutilisation de composants.

MÉTHODOLOGIE :

La méthodologie utilisée pour ce projet consiste, d’abord, au développement de Syslib au niveau fonctionnel. Puis de son interface et simulateur au niveau architectural. Il faut ensuite supporter ces deux niveaux dans l’outil graphique Picasso. Enfin, comme ce projet consiste en une méthodologie de développement, il faudra trouver une application à développer puis analyser les résultats obtenus.

RÉSULTATS :

Syslib se comparera à SystemC v2.0.1 pour une analyse qualitative et quantitative. Cette autre librairie qui n’était pas disponible au moment de la mise en œuvre du projet semble maintenant combler certains besoins. Toutefois, Syslib propose certains concepts qui pourraient rendre SystemC encore plus complet. Les résultats seront disponibles sous peu. Il a fort à parier que l’utilisation de Picasso pour conceptualiser les designs améliorera grandement le temps d’entrée des spécifications, facilitera les étapes de raffinement et en maximisera la réutilisation de composantes existantes. Il en résultera en une commercialisation rapide des produits développés, un argument chaud dans le domaine du codesign.

FOUZAR, Youcef DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Étude et réalisation d’un récepteur à 2.5Gb/S en technologie CMOS dédié pour les liaisons série.

RÉSUMÉ:

Le sujet de la thèse est relié à la conception et la réalisation d’un récepteur à 2.5 Gb/s complètement en technologie CMOS pour les liaisons séries. Le but de ce travail est le recouvrement des données et des horloges et la réalisation de boucles à verrouillage de phase très rapide (PLL) ayant des paramètres adaptés. La PLL qui fait l’objet de nos recherches combine deux paramètres opposés : le temps de verrouillage et le bruit de phase.

PROBLÉMATIQUE:

Le problème de transmission de données entre divers circuits intégrés pose un défi véritable avec l’augmentation du débit de transmission de ces derniers. Pour cela, il faut avoir un système fiable et stable pour transmettre correctement les données et de les récupérer d’une façon fiable en minimisant le bruit introduit et les erreurs qui peuvent affecter le bon fonctionnement du système.

Dans le cadre de ce projet, nous allons concevoir des circuits CMOS très rapides ayant une consommation d’énergie relativement faible, dédiés à des systèmes de communication. Ainsi, nous visons à transmettre des données à 2.5 Gb/s à travers une ligne de transmission complètement en CMOS, tout en minimisant la puissance dissipée.

Le but de la thèse est de concevoir un récepteur à 2.5 Gb/s en technologie CMOS. L’application d’un algorithme de recouvrement de données et d’horloge élastique nous permet de réduire les erreurs de réception.

MÉTHODOLOGIE:

La méthodologie de conception adaptée pour notre travail est la suivante:

· Concevoir une boucle à verrouillage de phase (PLL) avec faible gigue de phase;

· Concevoir des circuits CMOS très rapides et ayant une faible consommation d’énergie;

· Traitement de la gigue introduite dû aux différences de fréquences entre le transmetteur et le récepteur.

RÉSULTATS:

Une PLL basée sur la technique de gain adapté a été proposée. Cette PLL offre une acquisition de fréquence et de phase rapide tout en ayant une faible gigue de phase. La technologie CMOS 0.18 micron servira à la fabrication de cette puce.

GERVAIS, Jean-François DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Conception et réalisation d’un système à haut rendement d’alimentation et de transmission bidirectionnelle de données dédié à un stimulateur implantable.

RÉSUMÉ :

De nos jours, il existe plusieurs dispositifs électroniques médicaux qui sont implantés dans le corps humain pour palier à une défaillance. Ces circuits ont besoin d’alimentation électrique et d’une façon de communiquer de l’information avec le monde extérieur. Pour éviter de multiples chirurgies, nous visons à transmettre énergie et données sans fil. Le travail s’effectue selon les spécifications précises d’un implant redonnant la vue aux aveugles.

PROBLÉMATIQUE :

Les dispositifs implantés doivent pouvoir fonctionner en tout temps et sans restreindre la mobilité du sujet. C’est pourquoi l’efficacité de transmission est très importante : elle permettra de réduire la quantité de batteries externes nécessaires. De même manière, le circuit de réception de données doit être très modeste dans sa consommation de puissance. De plus, la transmission de données partant de l’implant doit se faire sans perturber l’arrivée de puissance.

MÉTHODOLOGIE :

Dans le but de transmettre de l’énergie à un implant avec une bonne efficacité, le système proposé ajuste la quantité de puissance envoyée selon les besoins. Ainsi, il faut que l’implant retourne de l’information sur l’état de sa tension d’alimentation. Celle-ci sera maintenue constante à l’aide d’un régulateur du côté du circuit externe. Ce dernier doit aussi être optimisé. Les différents types d’amplificateurs haute performance sont donc à l’étude.

Du côté des données, la bidirectionnalité simultanée est nécessaire pour permettre une bonne régulation de puissance tout en gardant un bon débit de données entrantes (dans l’implant). Les normes et régulations étant limitantes, nous nous proposons d’effectuer la communication bidirectionnelle sur la même onde porteuse, à une fréquence permise. Au niveau de l’implant, ceci implique une modulation passive (modulation de charge), ainsi que la démodulation en phase. L’inverse doit se faire du côté du circuit externe. Les circuits qui se trouveront sur un implant doivent être simples et avoir une très basse consommation de puissance.

RÉSULTATS :

Différents amplificateurs haute performance ont été testés. Chacune des classes D et E peuvent être utilisées dans notre cas. Le premier est beaucoup plus dépendant des performances des composants utilisés alors que la seconde a une efficacité moins stable. La régulation de puissance envoyée a été testée avec un retour de l’implant câblé et un régulateur de tension commercial. Du côté du transfert des données, les simulations effectuées jusqu’à maintenant montrent que les performances visées peuvent être atteintes. Le design du circuit final reste à compléter et à valider.

GHATTAS, Hany DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Conception d’un convertisseur de protocoles générique et flexible applicable à la transmission en réseau de signaux vidéo.

RÉSUMÉ :

Ce projet explore les architectures de convertisseurs de protocoles génériques, flexibles et réutilisables. Notre but est de proposer un architecture qui peut évoluer avec les technologies d’intégration et les architectures de réseaux.

PROBLÉMATIQUE :

Le monde des télécommunications a connu ces dernières années de nombreuses mutations, dues à la course effrénée vers des débits de transmission toujours plus élevés. Ainsi, de nombreuses recherches ont été réalisées dans le but de créer de nouveaux protocoles de communication capables de supporter des vitesses de transmission de données de plus en plus grandes. Cette constante innovation dans le domaine de la communication a entraîné une diminution de la durée de vie des produits qui deviennent dépassés au fur et à mesure qu’ils ne sont plus capables de traiter de nouveaux protocoles. Pour résoudre ce problème, l’industrie a fait appel à des interfaces réseaux spécialisées : les convertisseurs de protocoles.

MÉTHODOLOGIE :

Nous prévoyons compléter les étapes suivantes :

· Réalisation d’une architecture qui assurera la conversion d’un protocole A en un protocole B. Ainsi, un flux de données ayant été transmis à l’aide d’un ensemble de protocoles pourra être traité par une structure utilisant un ensemble de protocoles différents;

· Réalisation d’un modèle exécutable et synthétisable qui puisse démontrer le bon fonctionnement des différents modules du convertisseur en réalisant la conversion d’un protocole A (Ethernet) en un protocole B (Firewire);

· Modification du convertisseur pour supporter trois couches du modèle OSI (la couche liaison, la couche réseau et la couche transport);

· Implémentation de notre convertisseur sur une plate-forme ARM-FPGA;

· Implémentation de notre convertisseur sur un circuit intégré dédié ASIC.

RÉSULTATS :

Une version fonctionnelle et synthétisable d’un processeur embarqué, le «General Formator», est maintenant disponible.

GRANGER, Éric DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Étude des réseaux de neurones artificiels pour la reconnaissance rapide d’impulsions radars.

RÉSUMÉ:

Un système de Mesures de Soutien Électroniques (MSE) est un senseur passif qui a pour but de caractériser (localiser et identifier) les émetteurs dans son environnement électromagnétique d’après les signaux radars qu’il intercepte. Son traitement consiste essentiellement à regrouper les impulsions captées qui sont similaires, pour ensuite identifier les sources associées aux groupes (i.e. les modèles d’émetteurs). La réponse de ces systèmes est critique pour la prévention de menaces. Toutefois, l’identification d’émetteurs en temps réel devient de plus en plus ardue dû à la complexité et à la densité des environnements modernes. Ce projet vise l’étude du potentiel des réseaux de neurones artificiels (RNA) pour les MSE radar en temps réel. Plus spécifiquement, ce projet explore l’application de techniques de RNA pour effectuer le regroupement de séquences d’impulsions et l’identité de sources émettrices.

PROBLÉMATIQUE:

Ce projet comporte deux volets: l’application de RNA auto-organisateurs pour effectuer le regroupement d’impulsions radars, et l’application de RNA classificateurs pour l’identification de sources émettrices. En ce qui concerne le premier volet, une comparaison antérieure (voir la partie résultats) a révélé que le Fuzzy ART est très prometteur pour le regroupement d’impulsions à haute vitesse. Malgré l’efficacité de ses traitements, Fuzzy ART donne des résultats qui sont moins précis que d’autres RNA. De plus, la qualité des résultats varie selon l’ordre de présentation des séquences d’entrées. En ce qui concerne le deuxième volet, un RNA classificateur est proposé pour l’identification directe des impulsions, sans passer par l’étape de regroupement. En plus du besoin pour un traitement très rapide, le classificateur doit se fier sur des connaissances a priori (i.e. une bibliothèque de MSE) incomplètes

MÉTHODOLOGIE:

Pour le premier volet, il s’agit de déterminer une mesure qui permet de détecter les entrées qui mènent à des décisions incertaines. Ensuite, pour réduire les effets associés aux décisions incertaines, on modifie la façon par laquelle Fuzzy ART apprend ou décide pour des cas incertains. Pour le deuxième volet, un RNA classificateur est combiné avec un RNA auto organisateur. Le classificateur apprend a priori une bibliothèque de MSE, tandis que l’auto organisateur apprend l’état des émetteurs actifs dans un environnement. L’idée est de permettre aux RNA de coopérer afin de prédire l’identité la plus probable d’un émetteur actif.

RÉSULTATS:

Une comparaison de quatre RNA auto-organisateurs qui ont du potentiel pour des applications de catégorisation à débit élevé a été effectuée. Les résultats ont permis de conclure que le RNA Fuzzy ART ainsi que le Self-Organizing Feature Mapping sont d’excellents candidats pour des applications en MSE radar.

La mise en œuvre VLSI numérique du RNA Fuzzy ART a été étudiée. Les performances du RNA ont été quantifiées par simulation avec un ensemble de données constituées d’impulsions radars réelles. Afin d’obtenir des solutions efficaces pour la mise en œuvre du RNA avec un circuit dédié VLSI, son algorithme a été reformulé. Ensuite, une architecture de système Fuzzy ART qui réalise cet algorithme pour des applications à débit élevé a été proposée. Un modèle d’estimation surface-temps permet de choisir les configurations d’architecture et d’évaluer la vitesse de traitement, ainsi que la surface qui leur est associée, étant donné l’ensemble des contraintes de l’application.

Finalement, le traitement par réordonnancement a été proposé pour gérer la manière dont les patrons sont appris par un système de catégorisation. L’approche offre une alternative intéressante au traitement séquentiel et batch en terme de qualité des catégorisations et du temps de traitement. Pour la deuxième partie, un réseau what-and where a été proposé pour l’identification rapide des types de radar associés aux impulsions interceptées.

HARB, Adnan DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Système intégré CMOS implantable pour l’acquisition des activités vésicales par le biais de leurs voies neuronales.

RÉSUMÉ:

Ce travail consiste à proposer une méthode d’évaluation du volume urinaire et de concevoir et réaliser un circuit électronique intégré implantable destiné à corriger les dysfonctions urinaires. Les performances visées pour ce système découlent de la qualité du signal acquis (amplitude, interférence, etc.). De plus, étant approvisionné par de l’énergie transmise de l’extérieur et une petite pile implantée, ce système ne devrait pas consommer beaucoup d’énergie. En résumé, le circuit d’acquisition devrait jouir d’un niveau de bruit faible pour minimiser la taille du dispositif implanté.

PROBLÉMATIQUE:

Nous prévoyons capter des signaux neuronaux différentiels de très faible amplitude et à basse fréquence. Le signal sera ensuite traité pour en extraire de l’information. Pour l’implant électronique destiné à la restauration des fonctions urinaires, le circuit informerait le patient de l’état de son volume vésical et joue le rôle d’une boucle de retour pour le contrôle de la stimulation. Cette partie réaliserait les fonctions suivantes : la détection du volume vésical; la communication de l’information détectée au contrôleur principal de l’implant; et l’estimation du temps nécessaire pour le remplissage de la vessie.

MÉTHODOLOGIE:

Nous avons procédé à l’examen des techniques de surveillance des activités neuronales et nous avons opté au prélèvement de l’électroneurogramme (ENG) relié à la vessie. L’incertitude dans cette approche est que l’on ignore l’allure des signaux qui innervent la vessie et la difficulté reliée à leur mesure car ils sont, en général, de très faible amplitude, de basse fréquence et sont contaminés par de l’interférence (l’électromyogramme « EMG, 60Hz, etc.) Pour atteindre nos objectifs, nous avons divisé le travail en deux étapes : Concevoir et réaliser un système d’acquisition de signal par ordinateur pour déterminer le comportement du signal nerveux en fonction du volume de la vessie, concevoir et réaliser un circuit intégré CMOS qui est en mesure d’accomplir les fonctions du système d’acquisition ainsi que les fonctions de traitement du signal pour pouvoir générer l’information sur l’état du volume de la vessie. Le système intégré proposé englobe un amplificateur d’instrumentation (amplificateur différentiel) à faible bruit, un circuit de traitement du signal analogique composé d’un redresseur, deux intégrateurs en série avec une remise à zéro; cette partie réalise la fonction RBI (Redressement et Bin-Intégration), un convertisseur aanlogique-numérique, et un bloc de contrôle de l’ensemble. La fonction RBI sera complétée après la conversion avec un additionneur. Le circuit sera ensuite implémenté et fabriqué en technologie CMOS. Des tests au laboratoire et in vivo suivent pour déterminer ses performances.

RÉSULTATS:

La première composante du circuit intégré a été conçue, réalisée et testée avec de bons résultats. Nous avons conçu le circuit de traitement. La conception des autres parties avec la technique des capacités commutées est complétée. L’architecture différentielle est adoptée pour améliorer le rapport signal sur bruit. Nous sommes dans la phase du layout qui sera soumis à la fabrication au début de l’année prochaine.

HARVEY, Jean-François DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Contrôleur externe dédié à un implant visuel

RÉSUMÉ:

Le projet consiste à développer une série d’algorithmes de traitement et d’amélioration d’images destinées à un implant visuel. La deuxième phase consiste à intégrer sur une même puce toutes les parties du contrôleur externe qui ont été développées dans les prototypes précédents. Les différentes parties comprennent entre autre un capteur d’image de type CMOS, un convertisseur analogique à numérique (CAN) de type semi-flash, une unité de traitement numérique servant à améliorer les caractéristiques visuelles des images et une unité de formation de mots de commandes définissant les paramètres de stimulation.

PROBLÉMATIQUE:

Pour permettre aux non-voyants de récupérer une vision fonctionnelle, nous utilisons un implant de type cortical, c’est-à-dire que la stimulation s’effectue directement dans le cerveau. Le stimulateur visuel est constitué de deux parties: la partie implantable (ou implant) et le contrôleur externe. Le but du présent projet est de procéder à l’intégration sur une seule puce des fonctionnalités qui ont été préalablement testées avec les prototypes précédemment réalisés. Une fois l’intégration terminée, le système devra être capable de transformer une scène réelle en information de stimulation.

MÉTHODOLOGIE:

L’image est acquise grâce à un capteur fabriqué avec un procédé CMOS standard. Chaque pixel est numérisé avec un CAN semi-flash et mémorisé dans une cellule de mémoire ayant les mêmes dimensions que l’image. Une unité de traitement numérique se charge alors de procéder à une égalisation d’histogrammes résultant en une luminosité plus équilibrée et de meilleurs contrastes. Certaines étapes supplémentaires sont présentement en étude et seront évaluées lors des essais in-vivo. Ces étapes comprennent de la détection de contours et de la détection de mouvements. .L’image est ensuite transférée parallèlement dans une autre cellule de mémoire où elle est balayée de façon non séquentielle correspondant au balayage effectué par l’implant. Le balayage non séquentiel est nécessaire puisqu’il est impossible de stimuler deux sites rapprochés à l’intérieur d’un certain intervalle de temps (temps de repolarisation). L’image est finalement encodée en mots de commande.

RÉSULTATS:

L’unité d’égalisation des images a été testée avec succès. Un prototype en temps réel est présentement fonctionnel. Ce prototype utilise une caméra USB et un ordinateur PC/AT compatible. De nouveaux algorithmes de traitement d’images sont présentement en test. Une solution générale et adaptative est présentement en phase de conception.

HASHEMI, Saeid DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE:

Réalisation d’un multiplieur de tension à efficacité élevée pour alimenter les implants biomédicaux.

RÉSUMÉ :

L’usage d’un multiplieur de tension est une composante essentielle dans un circuit de stimulation de nerfs, lorsque ce dernier est réalisé avec les nouvelles technologies à échelle extrêmement réduite. Un multiplieur de tension adapté, peut fournir de façon efficace assez de charge par phase de stimuli, pour les différentes électrodes de contact avec les tissus qui ont différentes impédances. L’application de la technologie CMOS a comme conséquence l’intégration des éléments d’un circuit e n terme de surface et de puissance, tout en permettant de faibles coûts, une performance élevée et une grande fiabilité pour les applications à basse fréquence.

PROBLÉMATIQUE :

Avec l’évolution de la technologie, la tension nominale d’alimentation est de plus en plus réduite tandis qu’une stimulation nerveuse effective exige une certaine quantité de charge. En outre, des sites de stimulation nerveuse différents ont des électrodes d’impédances différentes. Par conséquent, un élévateur de tension adapté est nécessaire pour résoudre le problème.

Les multiplieurs de tension sont composés de pompe à charge et de commutateurs, qui peuvent tous les deux être réalisés en technologie CMOS. Le défi principal pour un tel module est l’efficacité en terme de puissance dont la dégradation significative et due à la tension de seuil, aux capacités parasites, à l’effet de substrat, aux pertes dynamiques dans les commutateurs et aux fuites à travers certains éléments du circuit. Par conséquent, pour augmenter cette efficacité, il est nécessaire d’utiliser certains circuits ou techniques complémentaires tels que les générateurs d’horloge sans recouvrement, les circuits à décalage de niveau et la technique de commutation du substrat.

MÉTHODOLOGIE :

Nos recherches de la littérature abordant le sujet ont permis de collecter un nombre significatif de paramètres pour la conception du circuit approprié. Il s’agit de paramètres relatifs à la simplicité du circuit et la facilité de son implémentation, à son architecture intégrable, à son efficacité en ce qui concerne la puissance et au niveau maximal du courant de sortie. Ensuite, nous avons décelé les contraintes existantes dans un implant afin de trouver l’architecture appropriée de conversion de puissance. Ceci nous a mené à nous pencher sur le concept du redresseur actif. Plus tard, nous devrons examiner le concept d’un doubleur de tension à grande efficacité et à courant élevé.

RÉSULTATS :

Une nouvelle architecture pour la chaîne de conversion de puissance comprenant un redresseur actif a été présentée et une amélioration significative de l’efficacité en matière de puissance a été calculée. Le bloc du multiplieur de tension avec la sélectivité appropriée de tension est maintenant sous expérimentation.

HÉBERT, Olivier DIPLÔME: M.Sc.A.

TITRE :

Une méthode de dérivation de modèles de processeurs embarqués dédiés à une application et un modèle de processeur de traitement de signal conçu pour l’implanter.

RÉSUMÉ:

Le projet consiste à modifier et adapter une architecture de processeur de traitement de signaux de type SIMD, de façon à pouvoir synthétiser le circuit minimal permettant d'exécuter une application logicielle spécifique sur celui-ci. Pour ce faire, on doit avoir une version entièrement configurable et optimisable du modèle VHDL synthétisable. De plus, on doit avoir un jeu d'outils logiciels permettant d'optimiser le modèle en fonction de l'application visée. Ceux-ci permettent d'optimiser la synthèse du circuit final en tenant compte de l'application visée et des ressources requises pour s'exécuter correctement.

PROBLÉMATIQUE:

Avec l'avènement de circuits intégrés complexes permettant la réalisation de systèmes complets sur un seul circuit, l'utilisation de modèles de processeurs (cores) dans la conception de systèmes embarqués est devenue un choix pratique et économique au point de vue du temps de développement. En effet, le concepteur n'a qu'à choisir un modèle de processeur et écrire l'application qui va être exécutée sur celui-ci. Toutefois, ceci produit un gaspillage des ressources au niveau du circuit qui va être produit. En effet, comme celui-ci n'a pas été conçu en fonction de l'application spécifique visée, de nombreuses composantes du circuit risquent de ne pas être utilisées lors de l'exécution du programme. En générant un circuit optimisé pour une application spécifique, on élimine le gaspillage de ressources, que l'on pourra réallouer à d'autres fins dans le système embarqué.

MÉTHODOLOGIE:

Une nouvelle architecture adaptée de l’architecture PULSE doit donc être développée de façon à permettre une optimisation automatique du circuit en fonction de l'application. Le contrôleur et le chemin de données doivent être codés de façon à pouvoir être modifiés globalement de façon automatique.

Un outil logiciel permettra ensuite l'analyse du microcode d'une application. Ensuite, on procédera à une optimisation automatique du circuit et du microcode en fonction de cette analyse. Le circuit final sera ensuite synthétisé par un outil de synthèse commercial.

RÉSULTATS:

Un modèle complètement configurable, optimisable et synthétisable d’une nouvelle architecture de processeur de traitement de signal de type SIMD a été développée.

L’outil d’optimisation permettant de générer le modèle minimal de processeur nécessaire à l’exécution d’une application spécifique a été conçu.

Des études de cas ont été réalisées à l’aide de l’outil et du modèle de processeur. Celles-ci ont démontré la validité de la méthode de dérivation; elle a permis de générer des processeurs beaucoup plus simples pour des applications dédiées.

HU, Yamu DIPLÔME: Ph.D.

TITRE:

Techniques CMOS sans-fil dédiées aux liens électromagnétiques de dispositifs médicaux implantables.

RÉSUMÉ:

Les dispositifs électroniques médicaux dédiés à être implantés dans le corps humain pour palier à une défaillance doivent être de dimensions réduites et très fiables. Ces circuits ont besoin d’alimentation électrique et d’une façon de communiquer de l’information avec le monde extérieur. Pour éviter de multiples chirurgies, nous visons à transmettre énergie et données à distance. Le travail s’effectue selon les spécifications précises d’un implant redonnant la vue aux aveugles.

PROBLÉMATIQUE:

L’intégration de circuits de réception de signaux à fortes amplitudes et l’extraction et la régularité de l’énergie pour alimenter les implants représentent un défi de taille Les dispositifs implantés doivent pouvoir fonctionner en tout temps et sans restreindre la mobilité du sujet. C’est pourquoi, l’efficacité de transmission d’énergie est très importante, elle permettra de réduire la quantité de batteries externes nécessaires. De la même manière, le circuit de réception de données doit être très modeste dans sa consommation de puissance. De plus, la transmission de données partant de l’implant doit se faire sans perturber l’arrivée de puissance.

MÉTHODOLOGIE:

En se basant sur les résultats de recherche sur le sujet de notre équipe, nous ferons une étude de techniques existantes et nous proposerons de nouvelles techniques de conception pour intégrer des fonctions RF dédiées. En effet dans le but de transmettre de l’énergie à un implant avec une bonne efficacité, le système proposé devrait ajuster la quantité de puissance envoyée selon les besoins de l’implant. Ainsi, il faut que l’implant retourne de l’information sur l’état de sa tension d’alimentation. Celle-ci sera maintenue constante à l’aide d’un régulateur du côté du circuit externe. Ce dernier doit aussi être optimisé. Les différents types d’amplificateurs haute performance sont donc à l’étude. Du côté des données, la bidirectionnalité simultanée est nécessaire pour permettre une bonne régulation de puissance tout en gardant un bon débit de données entrantes (dans l’implant). Les normes et régulations étant limitantes, nous nous proposons d’effectuer la communication bidirectionnelle sur la même onde porteuse, à une fréquence permise. Au niveau de l’implant, ceci implique une modulation passive (modulation de charge), ainsi que la démodulation en phase. L’inverse doit se faire du côté du circuit externe. Les circuits qui se trouveront sur un implant doivent être simples et avoir une très basse consommation de puissance.

RÉSULTATS:

Pour l’instant, nous avons réalisé trois architectures différentes d’un circuit régulateur de tension en CMOSP18 et les résultats de simulation ont montré sa bonne fonctionnalité. La puce proposée a été implémentée et elle est présentement en fabrication par la Société Canadienne de Microélectronique.

KASSEM, Abdallah DIPLÔME : Ph.D.

TITRE:

Méthode de conception pour la mise en œuvre d’un système ultrasonique à grand niveau d’intégration sur un nombre restreint de puces.

RÉSUMÉ:

Depuis quelques décennies, l’imagerie médicale est employée pour estimer le volume des organes du corps humain et afficher leur image sur un moniteur. La technique d’estimation employée est basée sur la propagation du faisceau ultrasonore et la détection des échos pour l’estimation de volume et l’affichage de l’image.

Les grandes dimensions des systèmes ultrasoniques utilisées, les performances non satisfaisantes que ces systèmes offrent, ainsi que les progrès soutenus en microélectronique nous motivent à miniaturiser de tels systèmes. La miniaturisation de plusieurs blocs de circuits mixtes (Analogique/Numérique) constituant un tel système, représente un défi de taille dans ce domaine.

PROBLÉMATIQUE :

Nous proposons dans ce projet, une architecture d’un système ultrasonique en temps réel qui peut être miniaturisé. Cette architecture englobe 4 blocs principaux : analogique qui sert à pré amplifier les signaux d’entrée à faible amplitude, processus de pré-traitement qui sert à déterminer l’image et processus de post-traitement est introduit et sert à sélectionner des zones qui doivent être privilégiées par un nombre de niveaux de gris (amplitude) plus ou moins élevé et ensuite une décompression (conversion D/A) restitue un signal vidéo à partir des données numériques et finalement l’affichage, l’image examinée est visualisée sur un écran LCD.

MÉTHODOLOGIE :

Nous prévoyons compléter les étapes suivantes :

· Concevoir un convertisseur analogique/numérique fonctionnant à haute fréquence pour permettre d’assurer le traitement requis.

· Simulation du diagramme blocs par le logiciel MATLAB pour valider le bon fonctionnement;

· Simulation au niveau système regroupant des parties analogiques et numériques, en utilisant un logiciel VCC (ou autre logiciel) pour permettre la conception System On Chip (SoC);

· Analyse des résultats en comparant avec les différentes étapes et outils de simulation;

REMERCIEMENTS

INTRODUCTION

COLLABORATIONS EN 2000-2001

COMPOSITION DU GROUPE

Liste des membres réguliers:

Liste des membres associés:

Liste d’autres professionnels et chercheurs

PROGRAMME DE RECHERCHE EN VLSI

Domaines

Activités des membres réguliers

Activités du professeur Savaria

Activités du professeur Audet

Activités du professeur Bois

Activités du professeur Houle

Activités du professeur Lanctôt

Activités du professeur Maciejko

Activités du professeur Martel

Activités du professeur Sawan

ÉTUDIANTS AUX CYCLES SUPÉRIEURS

Étudiants récemment inscrits