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International audience; This paper attempts to establish a good base for weight-reduction technique of microwave devices using 3D printing techniques. Experimental studies to minimize the weight of radiofrequency waveguides printed using additive manufacturing techniques are presented. Two types of Kuband rectangular waveguides (perforated and full-metal) have been printed using direct metal laser sintering (DMLS) process. The insertion losses increased by ~1.2 dB/m after applying 1 mm grids which reduces the weight of Ku-band rectangular waveguide by ~17.5%. Comparison between these measurements and those of a waveguide manufactured by conventional method was used to determine process loss. The insertion losses of full-metal waveguide manufactured using DMLS process increase by ~0.7 dB/m compared to the conventional one. Finally, RF measurements of waveguides manufactured using DMLS process show a good agreement with the simulation results.

Since the first IC in 1959 the performances and computing capacity of electronic devices have always grown, following thus the well-known empirical Moore’s law which says that the number of transistors in a dense integrated circuit doubles approximately every 18 months. This prevision is still verified even if some limitations appears like for example the limitation of the clock frequency which grow less than the projection that the ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) has made in 2000. One of the stumbling point comes from interconnects which ensure the transmission of information inside electronic chips or cards. The interconnects imply delay, signal distortion, crosstalk and power dissipation and they now must be taken into account during electronic device design. So the researches depicted in this manuscript deal with the modelling of interconnect and study of new solutions to overcome problems due to classical interconnects. These works have been realized in Lab-STICC laboratory with the help of colleagues, post-doc, PhDs and Master Students. The manuscript include three chapters, the first one concerns researches on modelling aspects, the second is about alternative solutions to classical wired interconnects and to conclude the research projects for the next years are presented.The first chapter concern researches about modelling which aim to develop reliable models in view to simulate more quickly the electrical behavior of interconnects. Firstly the collaborations concerning the development of model-order reduction are presented. Then with the aim to evaluate the impact of inductive behavior, the current return patch problem and so the extraction of loop inductance is treated. The 3D discontinuities and 3D environment effects are presented in the third part of this chapter. For example the parallel grid influences on propagation are explored as well as the case of coupling between microvias and parallel-plates cavities inside multilayer PCB.The second chapter is about research of new solutions to overcome the limitation due to classical wired interconnects. A review of envisaged alternative solutions like for example optical interconnects and CNT (carbon Nano Tube) is first presented. Then a focus on RF guided interconnect is made and constraints in term of bandwidth are explained and some coupling techniques are explored. These studies naturally lead to exploration of the paradigm of wireless interconnects and the preliminary researches on radio transmission between two circuits placed on a PCB are shown. All these approaches of RF wireless interconnect are prelude to the research projects which are developed in a third chapter of the manuscript.The development of the draft over 4 years is based on the BBC project (wireless interconnect network on chip or in board for Broadcast-Based parallel Computing) funded by the Labex COMINLABS and which will begin in October 2016. The aims of this project are outlined as well as the aims of another project entitled “BROADWAYS” (Broadcast-Based new paradigms of ubiquitous memory mapping, bandwidth allocation and parallel programing made possible by Radio Network On Chip) which is currently in the second step of review by the ANR. To conclude this research part other embryonic researches are presented as well as long term researches envisaged like terahertz applications of the use of graphene for microwave applications., Depuis les premiers circuits intégrés en 1959 les composants et les systèmes électroniques n’ont cessé de voir leurs performances augmenter suivant ainsi la loi empirique de Gordon Moore qui prévoit un doublement de la complexité des circuits tous les 18 mois. Cette prévision reste aujourd’hui toujours vérifiée même si nous constatons depuis une dizaine d’années que les fréquences d’horloges stagnent autour de 4-5 GHz alors que l’ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) prévoyait dans les années 2000 des fréquences de travail pouvant atteindre 40 GHz pour 2016. L’un des facteurs limitant la progression des performances vient des interconnexions métalliques servant au transport de l’information au sein des systèmes électroniques. Les travaux de recherche présentés dans le cadre de l’obtention de l‘habilitation à diriger des recherches concernent d’une part les travaux réalisés sur la modélisation des interconnexions et d’autre part ceux sur l’étude de solutions alternatives à ces interconnexions classiques. Ces travaux ont été réalisés au sein du Lab-STICC en collaboration avec plusieurs collègues et lors de l’encadrement de plusieurs post-doctorants, doctorants et stagiaires de master recherche. Le mémoire comporte trois chapitres principaux, le premier concerne les travaux sur la modélisation des interconnexions, le second porte sur l’étude de solutions alternatives à ces interconnexions classiques et le dernier permet la présentation des projets de recherches pour les prochaines années.L’objectif de nos travaux sur la modélisation des interconnexions consiste au développement de modèles fiables permettant d’appréhender leurs effets sur les signaux. Dans un premier temps, les travaux portant sur l’obtention de modèles à complexité réduite sont présentés. Puis, afin d’évaluer l’impact des effets inductifs des interconnexions, nous présentons les travaux sur l’identification des chemins de retours du courant dans un réseau comprenant plusieurs lignes et qui sont nécessaires pour déterminer les inductances de boucles. La prise en compte de l’environnement 3D des interconnexions fait l’objet de la troisième partie de ce chapitre. Nous traitons ainsi de l’influence de différentes discontinuités et nous présentons des règles de design permettant la limitation des risques de conversion de mode de propagation. Dans le cadre de structures multicouches, nous abordons l’influence de grilles métalliques placées au voisinage d’une ligne sur la propagation des signaux. Enfin nous traitons des risques de couplage entre des vias et les modes de cavités au sein des structures PCB multicouches.La seconde thématique développée dans ce mémoire porte sur le développement de solutions alternatives aux interconnexions classiques. Après avoir listé certaines de ces solutions telle que les interconnexions optiques ou les nanotubes de carbone, nous présentons plus particulièrement les interconnexions RF qui véhiculent l’information numérique sur porteuse à haute fréquence. Dans un premier temps nous analysons les interconnexions RF guidées qui utilisent une ligne de transmission comme support pour transporter l’information. A partir de l’étude des modes d’accès multiples nous montrons que les canaux doivent être large bande et nous explorons diverses façons de transmettre l’énergie à la ligne de transmission. Enfin nous présentons quelques exemples de performances obtenues à l’aide de démonstrateurs numériques. Ces études des interconnexions RF guidées nous ont naturellement amené à considérer les possibilités de transmission par voie hertzienne des informations au sein des cartes et puces électroniques. Nous avons ainsi analysé à l’aide de démonstrateurs très simples les niveaux de transmission entre deux circuits placés sur une même carte PCB (Printed Circuit Board).Ces études initiales sur les interconnexions radios ou sans fils servent de point d’appui aux projets de recherche présentés à la fin de ce manuscrit. La philosophie du projet BBC (wireless interconnect network on chip or in board for Broadcast-Based parallel Computing) financé par le Labex COMINLABS à partir d’octobre est présenté de même que celle du projet ANR Broadways (Broadcast-Based new paradigms of ubiquitous memory mapping, bandwidth allocation and parallel programing made possible by Radio Network On Chip) en seconde phase d’étude auprès de l’ANR.

National audience; Nous proposons ici, l'étude de la mise en œuvre d'un réseau de communications sans fil au sein de cartes PCB. Après avoir défini les caractéristiques des éléments rayonnants, nous étudions plus particulièrement les antennes dipôle et " Vivaldi " envisagées pour cette application. Nous présentons ensuite des exemples de transmissions dans un environnement PCB en présence ou non d'obstacles de types circuits intégrés ou rubans conducteurs orientés différemment.

International audience; Dans le cadre de la technologie PCB multicouches, nous présentons la modélisation des effets de rubans métalliques perturbateurs placés au dessus d'une ligne microruban. Dans un premier temps, nous illustrons à l'aide de mesures, les conséquences de l'orientation d'un ruban perturbateur sur la propagation de la ligne. Nous présentons également l'influence de la longueur et de la largeur de ces rubans sur la transmission. Nous proposons ensuite une modélisation circuit de ces effets que nous validons par comparaison avec des résultats de mesures. Enfin nous étendons la modélisation au cas d'une ligne microruban en présence de grilles métalliques.

4 pages; National audience; Nous présentons ici la modélisation des effets de rubans métalliques perturbateurs placés juste au dessus d'une ligne microruban. Dans un premier temps nous proposons la modélisation de l'effet de l'orientation d'un seul ruban perturbateur sur la propagation de la ligne. Nous validons cette approche à l'aide de simulations électromagnétiques dans les deux cas de figure suivants : rubans flottants ou connectés à la masse. Nous étendons ensuite ce modèle au cas de grilles comprenant plusieurs rubans. De nouveau, nous confrontons avec succès les résultats de simulation circuit avec des simulations électromagnétiques et également avec des mesures sur des circuits de type PCB.

4 pages français; International audience; Nous présentons ici une étude rigoureuse de l'effet de grilles métalliques perpendiculaires sur les caractéristiques de lignes couplées de types microrubans et coplanaires. Une étude électromagnétique permet de montrer les variations des paramètres de propagation des modes commun et différentiel pour chaque type de lignes, en présence d'une grille métallique. Nous mettons aussi en évidence le risque d'apparition de zéros de transmission à certaines fréquences, notamment pour le mode commun, et nous effectuons une étude des paramètres de grille les plus influents sur ces perturbations.

4 pages; National audience; Les microsystèmes intégrés sur puces (SoC) ou en boîtier (SiP) sont actuellement en plein essor et nécessitent le développement de nouvelles structures d'interconnexions reliant les différents blocs fonctionnels entre eux. Nous proposons dans ce papier l'étude du concept d'interconnexion RF par couplage capacitif qui est une solution intéressante pour remplacer les interconnexions classiques. Dans un premier temps nous décrivons le principe de cette technique et montrons à l'aide de simulations circuits de type ADS, la faisabilité de ce concept. Nous présentons ensuite la caractérisation d'un canal de type microruban, réalisée sous HFSS ainsi que son comportement dans le domaine temporel. I. Introduction

4 pages; National audience; Dans le contexte des interconnexions de circuits numériques avancés, la modélisation de type RC actuelle n'est plus suffisamment précise face à l'augmentation des fréquences d'horloge, notamment en ce qui concerne les niveaux globaux. Les effets inductifs sont donc à prendre en compte et le concept de l'inductance de boucle semble être une solution intéressante pour ne pas complexifier de façon excessive les modèles. Nous décrivons dans ce papier une méthode d'extraction fréquentielle de l'inductance de boucle permettant de prendre en compte les effets de proximité dus à l'augmentation de la fréquence. Nous proposons, de plus, un modèle compact que nous validons par une analyse temporelle.

4 pages; National audience; Nous proposons dans ce papier l'étude d'une interconnexion de type microruban dans un environnement 3D complexe tel que rencontré dans les systèmes sur puces (SoC) ou bien les systèmes en boîtier (SiP). Nous mettons en évidence, à l'aide de mesures et de simulations électromagnétiques, l'apparition de zéros de transmission dus à la présence d'une grille métallique orthogonale sous cette ligne. Nous montrons les effets de cette grille sur l'intégrité des signaux et finalement nous proposons une modélisation simple permettant de prédire les risques d'apparition de ces zéros de transmission.

International audience; The new concept of RF Interconnect presented in this paper is aimed at replacing conventional interconnections in digital circuits. The study was, thus, focused on the transmission channel composed of contactless transitions. After a brief recall of the theory, an RF interconnection was modeled through use of multiplexing digital CDMA and amplitude modulation and characterized by using a co-simulation tool. The frequency response of a radiofrequency channel and the signal forms observed along the transmission system are presented to highlight the capabilities of this RF interconnect.

International audience; Cet article présente un logiciel développé sous Matlab® permettant d'identifier les systèmes électriques linéaires, dont les réseaux d'interconnexion des circuits digitaux, et d'en proposer des modèles d'ordre faible mais d'une grande précision pour des temps de simulation réduits.

National audience; Dans ce papier nous développons de nouvelles interconnexions, de type radiofréquences, pour remplacer les interconnexions classiques de circuits numériques. A l'aide d'outils de co simulation, nous avons modélisé ce principe d'interconnexion associé à un multiplexage numérique de type CDMA et une modulation d'amplitude. A titre d'exemple, nous présentons la réponse fréquentielle d'un canal radiofréquence ainsi que les différents signaux observables le long de la chaine. Cette modélisation pourra par la suite être utilisée afin de développer le concept d'interconnexion radiofréquence.

International audience

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National audience; Nous illustrons dans ce papier les effets du couplage entre les microvias et les cavités dans les PCB multicouches. Dans un premier temps, nous mettons en évidence, à l'aide de mesures des paramètres S, les dégradations entraînées par le couplage entre les vias et les cavités créées par les plans métalliques. Ceci est illustré dans le cas d'une double transition réalisée à l'aide de microvias empilés, reliant des lignes microrubans placées au niveau M1 à une ligne stripline située au niveau M3. Nous identifions le problème et nous proposons ensuite une technique permettant de limiter ces couplages et les dégradations des signaux au sein des PCB multicouches. Finalement, nous appliquons cette technique au cas de l'excitation d'un filtre stripline en bande Ka.

National audience; Nous développons ici une modélisation simple du couplage entre les microvias et les cavités créées par les plans métalliques au sein des PCB multicouches. Ce modèle, basé sur la notion d'impédance des plans parallèles permet la prise en compte de frontières des cavités de natures différentes, ouvertes ou réalisées à l'aide de trous métallisés. Le modèle circuit est validé par comparaison avec des simulations électromagnétiques dans la bande 0-45 GHz et cela pour différents cas de figure des frontières de la cavité, en circuit ouvert ou court-circuit réalisé à l'aide de trous perforants métallisés. 1. Introduction Les technologies multicouches telles que le LTCC ou bien encore les PCB multicouches permettent une réduction des dimensions des circuits en utilisant la 3 ième dimension pour réduire les distances. Pour accéder à cette 3 ième dimension il est nécessaire d'utiliser des vias ou des microvias permettant de relier les différentes couches métalliques entre elles. Ces vias et microvias, traversant plusieurs couches métalliques, entraînent des couplages avec les cavités qu'ils traversent ce qui se traduit par des dégradations des signaux[1][2]. Afin de prévoir et de limiter ces effets, il est nécessaire d'avoir une méthode analytique rendant compte rapidement de ces phénomènes de couplage. Nous présentons dans cette communication une méthode basée sur la détermination des modes de cavités [2] tenant compte des frontières des cavités créées par les différents plans métalliques. Ces cavités peuvent être ouvertes ou fermées à l'aide de trous métallisés, les frontières pouvant être de natures différentes suivant le bord de la cavité considéré. L'approche circuit que nous proposons est validée à l'aide de simulations électromagnétiques et de mesures jusqu'à 45 GHz. 2. Modélisation du couplage.

4 pages; International audience; This paper deals with a rigorous study of the impact by perpendicular metal grids on the characteristics of microstrip and coplanar coupled transmission lines. An electromagnetic analysis shows the variations of the propagation parameters in common and differential modes for each type of lines, in the presence of a metal grid. As transmission zeroes are liable to occur at certain frequencies, in particular in the common mode, we investigated the part played by the most influential grid parameters on these disturbances.

In this article, a new approach to the propagation channel in the Sub-THz frequency range is adopted using silicon-based technologies. This channel enables the feasibility of a Wireless-Interconnects-Network-On-Chip (WiNoC) to be implemented in a multiprocessor system-on-chip (MPSoC). However, it is functional only after limiting the silicon substrate problems validated by measurement on patch antennas manufactured in V band (40-80 GHz). The new approach consists of adding an absorbing material around the substrate. This design provides flat transmission levels over large bandwidths. Consequently, an increase in the frequency of operation to the Sub-THz range and the use of miniature vertical monopole antennas became possible. The isolation of the silicon from any interference is a major contribution in this paper that permits us to use the high resistivity silicon as a propagation medium. Based on this, a scenario of 16 antennas is subsequently analyzed as a realistic many-core network implementation.