Soutenance de thèse de Malek TEIB

L'évolution des technologies de l'Internet des objets (IoT) ainsi que la popularité croissante des appareils connectés ont donné naissance à un nouveau type d'application assurant des services personnels et quotidiens proposés par des objets connectés et portables sur soi (wearables). L'avènement de ce type de technologie pousse au développement de systèmes à très basse consommation d'énergie. D'une autre part, l'utilisation des batteries dans ce type de système présente plusieurs limitations en termes de taille, d'usage et de fiabilité. Notamment, la forme encombrante des batteries, la nécessité de les recharger périodiquement, leur durée de vie limitée ainsi que leur cycle de vie non écologique. Avoir un système de petite taille, fonctionnant à basse tension avec une faible consommation d'énergie suggère une alimentation employant des sources d'énergie ambiante. La technologie de récupération d'énergie ambiante (energy harvesting) offre une opportunité prometteuse pour les objets portables auto-alimentés. L'intégration de ces solutions sur le même support en silicium constitue un véritable défi technologique et technique. Ce travail consiste à concevoir et développer une solution innovante pour les objets portables passifs et auto-alimentés (PWSO), démontrant ainsi la faisabilité de notre système. Afin de réaliser ces objectifs, une approche top-down a été adoptée. Une synthèse des sources de récupération d'énergie compatibles avec les objets portables sur soi, associée à l'étude des différents types de convertisseurs d'énergie a permis l'élaboration d’une architecture de système à multi-sources de récolte d'énergie, combinant deux sources différentes, une source DC et une source AC. La modélisation et la simulation de la solution proposée au niveau système, en utilisant MATLAB/Simulink, a permis de vérifier le comportement du l'architecture et d'identifier les équations permettant de concevoir ses blocs et les facteurs clés associés. Finalement, le système proposé a été implémenté au niveau circuit utilisant une technologie CMOS 40 nm de STMicroelectronics. Cette étude a permis d'évaluer la gestion de l'alimentation et la consommation d'énergie du système, ainsi que d'identifier ses limitations, ses faiblesses et ses forces. Notre solution de système à multi-sources de récupération d'énergie pour les objets portables sur soi offre une alternative prometteuse pour éviter d'avoir une batterie ou un composant préchargé, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives et opportunités pour la technologie portable.

Internet of Things (IoT) and growing popularity of connected devices are emerging demand for wearable applications which is pushing ultra-low power systems development. Besides, batteries have several limitations reducing their compatibility with wearables, including periodical need for recharge, limited lifetime, heavy and large form factor, and non-eco-friendly lifecycle. Thus, having a compact system running at low voltage supply with low power consumption introduces the use of ambient energy harvesting. Therefore, ambient energy harvesting technology offers a promising alternative for self-powered wearables. The integration of these solutions on the same silicon support is a real technological and technical challenge. This work consists in designing and developing an innovative solution for passive wearable self-powered objects (PWSO), demonstrating proof of concept of our system. To achieve our goals, a top-down strategy was adopted, starting with an overview of energy harvesting sources for wearable devices and establishing a bibliographic survey of energy converters compatible with low ambient input and low power circuits. This resulted in a proposed system architecture called a multi-harvesting system, which combines two different input sources, DC and AC harvesting sources. The next phase involved system-level modelling using MATLAB/Simulink, which allowed simulating the behavior of our system, highlighting key factors for controlling the system and designing its blocks. Finally, the proposed multi-harvesting system was designed in 40 nm STMicroelectronics CMOS technology. This allowed the evaluation of the system's power management and power consumption and the identification of the limitations, weaknesses, and strengths of our proposed system. Our proposed multi-harvesting system for wearable devices offers a promising alternative to avoid having a battery or a pre-charged component, opening new possibilities for wearable technology.