ED Sciences Physiques et de l'Ingénieur
Architecture et conception de circuits intégrés en technologie CMOS 22 nm pour des applications d'interfaçage sans fil millimétriques en bande V
par Martin VIDAL (Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système)
Cette soutenance a lieu à 14h30 - Amphithéâtre Jean-Paul DOM UMR 5218 - IMS - Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système 351 Cours de la Libération, 33405 Talence Cedex, France
devant le jury composé de
- Thierry TARIS - Professeur - Laboratoire IMS - Directeur de these
- Thierry PARRA - Professeur - LAAS-CNRS - Rapporteur
- Jean-Baptiste BEGUERET - Professeur - Laboratoire IMS - CoDirecteur de these
- Antoine FRAPPE - Professeur - IEMN - Rapporteur
- David DUBUC - Professeur - LAAS-CNRS - Examinateur
Les communications millimétriques en bande V (57--64~GHz) constituent une solution prometteuse pour le remplacement sans fil des interfaces filaires haute vitesse, grâce à leur large bande passante et leur confinement spatial naturel. Toutefois, reproduire les performances d'interfaces telles que l'USB 3.2 (10~Gb/s, BER $leq 10^{-12}$, latence $< 3$~ns) reste un défi majeur en termes de consommation, de robustesse et de complexité architecturale. Cette thèse propose la conception d'un récepteur millimétrique en technologie CMOS capable de supporter une liaison sans fil de classe USB 3.2 sur des distances de 5~mm à 5~cm. Une méthodologie de conception hiérarchique, combinant approches descendante et ascendante, est utilisée afin de traduire les contraintes système en spécifications RF et de valider les choix architecturaux. La contribution principale de ce travail est la conception d'un amplificateur faible bruit reconfigurable à 60~GHz, intégrant un réseau inter-étage basé sur transformateur ainsi qu'un mécanisme de contrôle de gain continu sur une plage de 10--20~dB sans dégradation significative du facteur de bruit. Une technique de composants passifs empilés est également proposée, permettant une réduction de 40 à 55% de l'empreinte silicium. L'architecture du récepteur repose sur une conversion directe en I/Q à double chemin, combinant le LNA proposé, un réseau d'adaptation basé sur splitter et baluns, ainsi que des mélangeurs actifs. L'analyse et la validation système montrent un gain total d'environ 38~dB, un facteur de bruit de 6.5~dB et une consommation de 52.5~mW. Les performances globales atteignent un BER inférieur à $10^{-12}$ avec une latence inférieure à 1~ns. Ce travail démontre la faisabilité d'un récepteur millimétrique analogique à faible latence et à haute efficacité énergétique, ouvrant la voie au remplacement sans fil des interfaces filaires haute vitesse.