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Soutenance de thèse: Jing LIU

le 15 octobre 2019
10h30

Titre de la thèse : Développement de cellules élémentaires radiofréquences ultra faible consommation en technologie FDSOI pour des applications liées à l'internet des objets

Thèse préparée dans le laboratoire : UMR 5130 - Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique -Laboratoire d'hyperfréquences et de caractérisation ,
sous la direction de Sylvain BOURDEL , directeur de thèse et Estelle LAUGA-LARROZE Co-encadrant.

Membres du jury :
SYLVAIN BOURDEL - Directeur de these
JEAN GAUBERT - Rapporteur
THIERRY P ARRA - Rapporteur
BRUNO ALLARD - Examinateur
ESTELLE LAUGA-LARROZE - CoDirecteur de these
FREDERIC HAMEAU - CoDirecteur de these




Les applications sans fil nécessitent, de fait, des appareils alimentés sur batteries. La consommation d’énergie est donc une préoccupation majeure pour la conception des composants qui les constituent tels que les amplificateurs faible bruit (LNAs). Il existe toujours des compromis pour satisfaire le facteur de faible bruit, un gain raisonnable, une linéarité élevée, une faible consommation et un faible coût. L’objectif de ce travail est de concevoir un amplificateur faible bruit en technologie CMOS 28 nm FDSOI fournit par STMicroelectronics en mettant en œuvre une méthode de conception en gm/ID et une technique RFPG (RF power gating). La partie principale de cette conception est de réaliser des LNAs avec une très faible consommation sans dégrader les performances. Dans un premier temps, la conception du LNA est basée sur la méthodologie gm/ID et sur les caractéristiques de la technologie de 28nm FDSOI. Pour ces technologies avancées, des travaux récents montrent que des bons compromis entre les performances et la consommation d’énergie peuvent être obtenus dans les régions d'inversions modérées ou faibles. Dans ce travail, nous présentons une méthode complète pour dimensionner les LNAs basés sur une topologie de feedback capacitif. Cette topologie a été choisie pour sa compacité puisqu'une seule inductance est utilisée (dans le réseau d'adaptation d'entrée). Cette méthode de conception permet d’atteindre certaines performances données en bruit et en gain avec une consommation d’énergie minimale et une faible valeur d’inductance, afin de réduire le coût du LNA. Cette méthode de conception repose sur une approche gm/ID adaptée à la conception RF dans des technologies avancées comme FDSOI. Cette méthode permet également de dimensionner tous les composants pour atteindre un gain et un facteur de bruit donné, en maximisant le rapport gm/ID, afin de minimiser la consommation d’énergie. De plus, même si la linéarité n’est pas considérée comme une contrainte de conception, cette méthode a des bonnes performances en IIP3 car elle tend à réduire le facteur de qualité en entrée, ce qui entraîne une linéarité élevée. Cette méthode permet également de maîtriser la valeur d'inductance d'entrée pour l'adaptation. Dans un deuxième temps, un LNA intégrant une technique de réduction de la consommation RFPG est présenté. Sur la base du premier LNA, un LNA RFPG est conçu pour répondre aux besoins applicatif du standard ZigBee. Le principe de la technique RFPG consiste à commuter l’alimentation des blocs RF tels que le LNA ou le Mixer pendant le temps des symboles. Cette approche est basée sur l'observation que, dans le cas d'un bon canal de propagation, il n'est pas nécessaire de collecter toute l'énergie du symbole. Avec cette technique, il est possible d'adapter les performances du récepteur à la qualité du canal et ainsi d'adapter la consommation d'énergie. Avec la méthode gm/ID, la technique RFPG sur la technologie avancée FDSOI, la consommation du LNA peut être largement réduit en gardant les bonnes performances.

Localisation

Grenoble - Centre ville

Amphithéatre Gosse

46 Avenue Félix Viallet

38031 Grenoble

Mis à jour le 3 octobre 2019