Titel Promotor Affiliaties "Korte inhoud" "GARLIC: een Generische ARchitectuur van een Laag-verlies geIntegreerde Convertor, ter bestrijding van Vampiervermogen" "Michiel Steyaert" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "Elektronische apparaten verspillen veel energie terwijl ze in de standby-modus staan. Deze zogenaamde vampier-energie kan hoger zijn dan de energie die het apparaat verbruikt in zijn operationele modus vanwege de lange standby-tijd en de korte actieve modus voor typische toepassingen. De reden voor dit ongewenst hoge stroomverbruik ligt in het elektronische circuit dat de hoge AC-netspanning omzet in een lage DC-spanning die het elektronische apparaat voedt. Geoptimaliseerd om te werken in de actieve modus, daalt de efficiëntie van deze spanningsomzetter onder 10% of zelfs onder 1% in de standbymodus. Hetzelfde geldt wanneer de ingangsspanning een hoge DC-spanning is, zoals in het geval van een elektrische auto-accu die de verschillende elektronische systemen van de auto rechtstreeks van stroom voorziet.Fabrikanten van spanningsomzetters worstelen om het energieverlies in de standby-modus te verminderen. Regelgeving opgelegd door de Europese Commissie en het Amerikaanse Ministerie van Energie wordt steeds strenger, met als doel het verminderen van energieverspilling, CO2-uitstoot en elektriciteitskosten. Het voldoen aan deze voorschriften wordt gezien als een grote uitdaging voor de ganse industrie. De voor de hand liggende oplossing om een parallelle converter toe te voegen die alleen in de standby-modus wordt ingeschakeld, waarvoor deze zou worden geoptimaliseerd, is onmogelijk gebleken zonder een onaanvaardbare verhoging van volume en kosten.Dit is waar MICAS een belangrijke rol kan spelen. We stellen een oplossing voor die is gebaseerd op een CMOS-chip, die intrinsiek klein en goedkoop is en een laag energieverbruik heeft. Gebaseerd op eerder onderzoek uitgevoerd bij MICAS, zullen we een Generische ARchitectuur van een Laag-verlies geIntegreerde Convertor, of GARLIC, ontwikkelen, waarbij de vampier-energie in elektronische apparaten wordt geëlimineerd door voor de voeding van de elektronica te zorgen in de standby-modus.Aan het einde van het project zullen we een zeer efficiënt prototype-systeem demonstreren dat voldoet aan de huidige en toekomstige uitdagingen van de markten van de AC/DC- en DC/DCspanningsomzetters. De wetenschappelijke uitdagingen die tijdens het project moeten worden aangepakt, zijn voornamelijk de compatibiliteit van de CMOS-chip met de hoge ingangsspanning en de capaciteit om voldoende uitgangsvermogen te leveren voor een grote verscheidenheid aan toepassingen. We hebben reeds de basisconcepten bewezen die helpen bij het beantwoorden van deze uitdagingen, maar in GARLIC zullen we evolueren naar het volledige systeemniveau en naar de validatie in een demo-omgeving.De valorisatiebenadering volgt de bewezen MICAS-strategie. De onderzoeksresultaten, ondersteund door de demonstratie van de hardware, worden via licenties getransfereerd naar de industrie, middels nauwe samenwerking zowel met grote leveranciers van elektronische componenten als met kleinere, maar zeer innovatieve chipbedrijven. Tot de eerste groep behoren onder andere ON Semiconductor en Infineon, grote spelers die op de toeleveringsketens in de elektronica-industrie kunnen wegen om innovaties te realiseren zoals wij die voorstellen. De tweede doelgroep bevat bedrijven als AnSem, ICsense en MinDCet. Al deze bedrijven hebben reeds interesse betoond in de commercialisering van GARLIC." "Ontwerp voor sub-PPM testbaarheid van hoge-spanning analoge en gemengd-signaal geïntegreerde schakelingen" "Georges Gielen" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "Halfgeleider proces- en verpakkingstechnologieën resulteren onvermijdelijk in de fabricatie van een aantal geïntegreerde schakelingen (IC’s) die, het na hun productie of doorheen hun levensduur, niet werken zoals ontworpen. Het testen van ICs fungeert als filter tussen de markt die volledig functionele elektronische chips eist en de onvolmaakte fabricatie van IC’s. Terwijl het testen zelf niet perfect is en daardoor toch foute chips doorlaat (“test escapes”), worden de eisen in de automobielindustrie steeds strikter met minder dan ppm toegelaten test escapes, met als doel zelfs het ppb niveau te halen. Deze thesis onderzoekt oplossingen voor de problemen van het tested van gemengd-signaal chips, vooral voor de automobielindustrie, gericht op het verbeteren van de kwaliteit van elektronische chips die de eindgebruikers bereiken.Het eindwerk begint met de introductie van de uitdagingen die men tegenkomt bij het testen van gemengd-signaal chips en de kloof tussen digitale en analoge testen, wat de motivatie vormt voor dit onderzoek. De geïntroduceerde problemen worden aangepakt vanuit verschillende invalshoeken doorheen de verschillende hoofdstukken. Eerst worden gevalideerde DC modellen voorgesteld, met als doel het gebrek aan compleet gevalideerde DC foutmodellen voor analoge circuits op te lossen. Dan wordt een lage-kost en hoog-parallel ontwerp-voor-testbaarheid (DfT) techniek geïntroduceerd, die een gestructureerde oplossing biedt voor het probleem van de lage defectdekking bij analoge circuits door het verhogen van de observeerbaarheid. Tenslotte wordt een op licht gebaseerde, niet-intrusieve en volledig parallelle methode verkend die de controleerbaarheid verhoogt in analoge en gemengd-signaal circuits, en die veelbelovende resultaten oplevert tegen een lage testkost. De voorgestelde methoden maken gebruik van DC testen omwille van het gemak waarmee signalen gegenereerd en verwerkt kunnen worden. De voorgestelde methoden zijn gevalideerd met echte, industriële circuits uit de automobielindustrie. Zowel de voordelen als de limieten van de voorgestelde methoden worden in detail beschreven, rekening houdend met hun potentiële toepassing in industrieel productietesten.Samengevat pakt deze thesis problemen aan van het testen van gemengd-signaal IC’s door verschillende oplossingen voor te stellen, die gevalideerd zijn op industriële circuits uit de automobielindustrie. De bevindingen van deze thesis kunnen gemakkelijk uitgebreid worden naar gemengd-signaalcircuits in het algemeen." "ORGANIC: Opportuniteiten voor Onderzoek naar GaN Geïntegreerde Schakelingen" "Patrick Reynaert" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "GaN is een veelbelovende technologie in de sectoren van vermogenschakelingen en RF-vermogen. GaN componenten kunnen werken op hogere temperaturen, hogere vermogensdichtheden, hogere spanningen en hogere frequenties dan hun op silicium gebaseerde tegenhangers. Vandaag de dag zijn er al producten gebaseerd op GaN op de markt. Er blijft desalniettemin een geweldige opportuniteit in dit gebied, namelijk een hogere mate van monolithische integratie. De huidige GaN producten zijn vooral discrete componenten of MMIC's met een zeer beperkte graad van integratie. Deze componenten moeten gecombineerd worden met aanstuurcircuits die in een andere technologie gemaakt zijn. Dit leidt tot een aanzienlijk verlies aan performantie (vooral snelheid en efficiëntie) en tot een verhoging van de complexiteit en van de kost. Zoals de evolutie van silicium technologieën heeft aangetoond, resulteert een hoge mate van integratie in elektronische systemen met een lage kost, hoge snelheden en een laag vermogen. In dit domein kan MICAS bouwen op een rijke achtergrondkennis over het ontwerp van analoge en gemengd-analoog-digitale geïntegreerde schakelingen (IC’s). In dit C3 project ORGANIC zal MICAS deze kennis overzetten naar het domein van GaN. We zullen technologieën, ontwerpconcepten en architecturen bestuderen voor GaN-IC’s met een tot nu toe ongekende graad van integratie. We zullen het onderzoek valideren door twee demo-IC’s te realiseren die gericht zullen zijn op de twee toepassingsdomeinen van GaN. ORGANIC zal MICAS een unieke en cruciale positie bezorgen in het ecosysteem van GaN. De valorisatie van de resultaten van ORGANIC zal vooral gebeuren door bilaterale projecten met bedrijven die actief zijn in het gebied van GaN componenten." "Geavanceerde stralingstolerante CMOS-oscillatoren" "Jeffrey Prinzie" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "Oscillatoren zijn de belangrijkste bouwstenen voor frequentiegeneratie en worden gebruikt in communicatiesystemen en tijd gebaseerde signaalverwerking. In toepassingen zoals ruimtevaartuigen en satellieten, hoge-energie fysica experimenten zoals de LHC en FCC en nucleaire instrumentatie zoals in de ITER-fusiereactor, kunnen grote hoeveelheden ioniserende straling plotselinge fase- en frequentiefouten in de oscillator veroorzaken als gevolg van ladingen die door de deeltjes worden gegenereerd. In de praktijk zien we 2 belangrijke en fundamenteel beperkende effecten in LC-oscillatoren: tijdsafhankelijke “Single-Event Phase Transients” (SEPT) en (recent ontdekte) tijdelijke “Single-Event Frequency Transients” (SEFT) die hun oorsprong vinden in de spoel van de oscillator.Klassiek wordt de capaciteit van de oscillator verhoogd om de gevoeligheid voor “Single-Event Phase Transients” (SEPT) te verminderen, ten koste van een hoger vermogenverbruik. De fasefout is echter tijdsvariant. Het eerste hoofddoel is om gebruik te maken van deze tijdsvariantie door de ladingverzameling over één of meerdere oscillatieperiodes te spreiden om de geaccumuleerde fasefouten deels te onderdrukken. SEE’s vinden hun oorsprong meestal in MOS-transistoren. Onlangs werd een secundair en dominant mechanisme ontdekt dat wordt veroorzaakt door ladingen in de oxiden (SiO2) rond de spiraalvormige spoel die Single-Event Frequency Transients (SEFT) veroorzaken. Het tweede doel van het project is om dit mechanisme verder te onderzoeken en de ontwerpkeuzes te analyseren om de gevoeligheid ervan te verminderen." "Tijd is geld: ontwerp van geïntegreerde schakelingen en systemen met het oog op lage vertraging voor toepassingen in reële tijd" "Georges Gielen" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "De twee voorbije decades zijn gekenmerkt door de opkomst en enorme groei van draadloze en internetmogelijkheden, wat mogelijk gemaakt is door de voortdurende verkleining in de halfgeleidertechnologie in lijn met de wet van Moore. Steeds grotere bandbreedtes en datasnelheden waren nodig om te voldoen aan de wensen van de gebruikers in hun ijver om steeds meer data te delen en te verwerken (gesprekken, foto's, video, sensorgegevens, enz.), en dit samen met de nodige maatregelen om het energieverbruik onder controle te houden. Hier staat tegenover dat de volgende ontwikkelingsgolf na het Internet der Dingen zal gekarakteriseerd worden door het ontstaan van slimme systemen die in reële tijd de lus sluiten van detectie naar actie (of van gebruiker naar ding) en terug: het tactiele internet, in reële tijd centraal gecoördineerde autonome auto's, virtuele realiteit en afstandsbediende robots in reële tijd, enz. Om dergelijke toepassingen mogelijk te maken is niet hogere bandbreedtes de bezorgdheid, maar wel een kleine vertraging (“latency”), m.a.w. een gegarandeerd korte tijd tussen stimulus en respons. Vandaar de projecttitel : “tijd is geld”. Dit vereist essentieel andere elektronische oplossingen en architecturen. Dit fundamenteel strategisch onderzoeksproject beoogt om belangrijke basisvragen aan te pakken en op te lossen, teneinde grote knelpunten (vooral op de fysische laag) te overwinnen op de zoektocht naar geïntegreerde schakelingen en systemen met een kleine vertraging. Op deze manier zal dit project bijdragen tot het technisch mogelijk maken van de voorspelde slimme en interactieve omgeving rondom ons en van haar vele verwachte toekomstige toepassingen." "Geïntegreerde schakelingen voor tijdsgebaseerde signaalverwerking in zware stralingsomgevingen" "Paul Leroux" "Elektronische Circuits en Systemen (ECS)" "In dit project zullen de basiscircuits ontwikkeld worden voor stralingsharde, tijdsgebaseerde analoge signaalverwerking met het oog op hun toepassing in fusiereactoren zoals ITER en experimenten in de deeltjesfysica (e.g. HL-LHC). Daar zal de elektronica moeten weerstaan aan extreme dosissen ioniserende straling, tot 1000 maal hoger dan haalbaar met commercieel beschikbare componenten. Nieuwe geschaalde CMOS chiptechnologieën hebben het potentieel om te weerstaan aan hoge dosissen straling. Jammer genoeg beperkt hun lagere voedingsspanning het dynamisch bereik van de signalen. Het is daarom interessanter om de signalen te verwerken in het tijdsdomein waarbij de analoge informatie vervat is in de nuldoorgangen van de signalen. Voor de ps-nauwkeurige verwerking van deze signalen is er nood aan stralingsharde lage-jitter circuits. Dit project zal daartoe bijdragen met een stralingsharde sub-ps tijd-digitaal omzetting en een 16-bit tijdsgebaseerde sensoruitlezing."