Titre: Contribution a la conception d’amplificateurs de puissance radiofréquences intégrés et développement des méthodes d’optimisation de leurs performances
Auteurs: Nathalie Deltimple
Ecole/Université: L’Université BORDEAUX 1
Résumé: Les communications radiofréquences se sont considérablement développées ces vingt dernières années avec l’émergence des standards 3G et 4G pour des applications toujours plus innovantes et touchant un large public. Cet essor a énormément influencé le développement de sujets de recherche en électronique analogique, radiofréquence et millimétriques sur des filières technologiques elles même en pleine évolution. Dans ce vaste domaine de recherches, mes activités dans l’équipe Circuits et Systèmes Hyperfréquences dirigée par le professeur Eric Kerhervé se sont concentrées sur la partie émission des terminaux mobiles. Les défis que ces travaux adressent sont l’intégration de la partie émission sur des technologies CMOS et BiCMOS de la filière Silicium, la recherche d’architectures permettant la réduction de la consommation d’énergie pour tendre vers l’électronique verte ainsi que la reconfigurabilité des circuits et systèmes afin d’optimiser les ressources pour des applications multistandards en réduisant le nombre de composants et la surface occupée.
Ce document propose de synthétiser mes activités de recherche selon l’organisation suivante. Le chapitre 1 est consacré à l’intégration d’amplificateurs de puissance silicium sur des technologies CMOS et BiCMOS en présentant les solutions « circuit » que nous avons développé. Cette activité a débuté lors de mes travaux de thèse en octobre 2002 [TDEL05] à travers la conception d’amplificateurs de puissance en technologie BiCMOS SiGe reconfigurables multistandard pour les applications mobiles. Puis, une structure d’amplificateurs de puissance innovante est proposée afin d’intégrer totalement les parties émission et réception sur une seule et même puce CMOS. La notion de signature thermique du PA est introduite. Afin de surmonter le compromis linéarité/rendement inhérent aux amplificateurs de puissance traditionnels, nous retrouvons dans le chapitre 2 différentes architectures qui répondent à l’augmentation du rendement des PAs linéaires et l’augmentation de la linéarité des PAs à haut rendement. L’option choisie est alors de travailler « autour » du PA sur des techniques prometteuses en termes de perspectives d’intégration et de performances. Ainsi, les études de la mise en parallèle de cellules amplificatrices et des amplificateurs Doherty sont décrites. De plus, la technique de linéarisation par boucle cartésienne est développée en y associant de l’intelligence numérique.
Le chapitre 3 se distingue des deux premiers dans le sens où il est consacré aux travaux effectués sur les architectures d’émetteur dans lequel nous avons développé un émetteur original aux fréquences RF et millimétriques. Cette architecture, innovante dans sa forme, permet d’émettre directement le signal modulé par un bloc que nous appelons Power VCO. Il s’agit d’un oscillateur contenant un amplificateur de puissance dans la chaine directe et un filtre dans la chaine de retour. Nous proposons pour la chaine directe l’utilisation de PA à haut rendement et pour la chaine de retour de réseaux LC, de résonateurs BAW, de filtres BAW, et de vecteur modulateur. Le chapitre 4 quant à lui expose mon projet de recherche. Il se nourrit des éléments présentés dans les trois premiers chapitres. Le travail au niveau « circuit » est toujours présent en proposant des études sur de nouvelles classes de fonctionnement, sur des technologies GaN, graphene et FinFET. Le travail « autour du PA » se poursuit avec de nouvelles applications pour la boucle cartésienne et la recherche de solution originale de réduction de la consommation en mêlant des méthodes de traitement du signal. Enfin, la réflexion au niveau système sur la façon de penser les émetteurs est également relancée.
En parallèle de ces activités, la dernière partie du document est consacrée aux activités d’enseignement et d’intérêt généraux au niveau de l’établissement d’enseignement (IPB), du laboratoire, des activités nationales et internationales.
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