Ecole Doctorale

SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique

Spécialité

« Sciences pour l'ingénieur » : spécialité « Micro et Nanoélectronique »

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Radio impulsionnelle,Emission ultra-large bande,Densité spectrale de puissance,Transformée de Fourier,Conception CMOS,Calibration,

Keywords

Impulse Radio,Ultra-wide Band Emission,Power Spectral Density,Fourier transform,CMOS design,Calibration,

Titre de thèse

Conception d'un estimateur intégré en technologie CMOS de la densité spectrale de puissance pour l’auto-calibration des émetteurs radio impulsionnelle ultra-large bande
Design of an integrated CMOS power spectral density estimator for ultra wideband impulse radio transmitter self-calibration

Date

Wednesday 7 February 2018 à 10:30

Adresse

3 Parvis Louis Néel, 38054 Grenoble Phelma Minatec

Jury

Directeur de these M. Jean GAUBERT Aix-Marseille Université
Rapporteur M. Eric KERHERVE Bordeaux INP ENSEIRB-MATMECA, UMR 5218 - IMS
Rapporteur M. Salvador MIR CNRS - Laboratoire TIMA
CoDirecteur de these M. Rémy VAUCHE Aix-Marseille Université
Examinateur M. Thierry PARRA Université de Toulouse III Paul Sabatier
Examinateur M. Mykhailo ZARUDNIEV CEA-Leti

Résumé de la thèse

Ce travail de thèse s’articule autour de la problématique du respect des gabarits spectraux d’émission imposés par les réglementations et les normes dans le domaine des émetteurs radio impulsionnels ultra-large bande. Le respect des masques d’émission devant être assuré à tout moment au cours de la vie du dispositif, le choix a été fait de réaliser un capteur in-situ venant extraire les informations nécessaires à une estimation sur puce de la densité spectrale de puissance. Un algorithme d’estimation embarqué peut alors permettre de détecter les gabarits violés et pouvoir rétroagir sur le dispositif. La grande diversité constatée parmi les règlementations et les normes en vigueur ainsi que dans les différentes architectures de générateurs d'impulsions a alors motivé la réalisation d'un système de calibration universel à tous les émetteurs. L'étude de la littérature a montré ensuite qu'un tel système devait se faire par prise d'informations en sortie de l'émetteur avec une transposition de l'information dans la bande de base afin de diminuer les contraintes sur l'étage de conversion analogique-numérique et ce, sans avoir recours à une synthèse de fréquence et à un mélangeur et ainsi limiter la consommation électrique et la surface occupée du système de calibration. Pour que la prise d'informations puisse être universelle, le manuscrit s'est employé à représenter une impulsion à partir de son enveloppe instantanée et de sa fréquence instantanée, ces deux grandeurs temporelles pouvant être extraites pour tout type d'impulsions. La représentation proposée permet alors d'estimer analytiquement la densité spectrale de puissance pour tous les émetteurs radio impulsionnel et ainsi déterminer alors si un gabarit spectral est violé. Lorsque c'est le cas, il a été également proposé dans le chapitre une première technique de calibration basée sur la modification de l'enveloppe à des instants précis qui permet de faire rentrer le spectre dans le gabarit tout en maximisant l'occupation de celui-ci. Enfin, l'extraction de l'enveloppe instantanée et de la fréquence instantanée a été abordée en proposant une technique d'extraction par transposition de l'information en bande de base sans recourir à une synthèse de fréquence. La conception des dispositifs électroniques nécessaires a été présentée et ceux-ci ont été implémentés sur la même puce qu'un générateur d'impulsions dans le but de réaliser un démonstrateur qui a validé la possibilité d'extraire l'enveloppe et de la fréquence instantanées à l’aide de la technologique utilisée.

Thesis resume

This thesis focusses on the power emission constraints defined by regulations and standards for every kinds of ultra-wide band impulse radio transmitters. In fact, these power emission constraints have to be respected all along the device life. Also, an integrated sensor able to extract the essential information for an on-chip estimation of the power spectral density has been realized. Then, an embedded algorithm is added to the system and detects if a power limit is broken. If necessary, it acts on the transmitter to solve the problem. In the first chapter, a large variety of power constraints shapes and several architectures of impulse generators have been observed and studied. Therefore, the aim of this thesis is to realise a calibration system which would be universal to all impulse radio transmitters. After its extraction at the output of the transmitter, information have to be downconverted in order to reduce the constraints on conversion stage but without using a local oscillator and a mixer. A model for the impulse signal based on the instantaneous envelop and on the instantaneous frequency has been proposed in the second chapter. A new calibration method based on these two signals is also presented. The last chapter concentrates on detailing the extraction of the instantaneous envelop and the instantaneous frequency. The design of the electronic devices essential to this extraction is presented and a chip has been realised and the viability of the solution shown.