Conception de circuits RF en CMOS SOI pour modules d’antenne reconfigurables - LAAS - Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes Access content directly
Theses Year : 2017

Design of SOI CMOS RF circuits for reconfigurable antenna modules

Conception de circuits RF en CMOS SOI pour modules d’antenne reconfigurables

Abstract

In the context of mobile applications, the design constraints of the increasingly sophisticated transmission chains and of reduced size require to compensate for the high sensitivity of the characteristics of the antennas to their environment. In particular, it is necessary to control the impedance of the antenna in order to optimize the energy efficiency of the transmission chain. However, current solutions are cumbersome. In this thesis, several tracks based on the implementation of variable capacitors have been studied and led to the realization and characterization of new integrated RF devices able to participate in this effort. After a presentation of the context and the state of the art, we propose a study of variable capacitors based on the technique of switched capacitors. The study has made it possible to produce two variable capacitors in 130 nm CMOS SOI technology for impedance matching and agile frequency antenna applications. A first frequency-agile slot antenna demonstrator targeting LTE bands between 500 MHz and 1 GHz and using this type of capacitor was then carried out and validated. A tuning system to correct the antenna mismatches was then studied and resulted in the realization of two integrated circuits in 130 nm CMOS SOI technology. The first circuit is an impedance detector capable of operating over an extended power range of 0-40 dBm for a frequency range of 600 MHz-2.5 GHz. The second circuit incorporates an improved version of the detector with a variable adaptation circuit enabling the realization of an autonomous and compact antenna tuning system representing a significant advance in relation to the state of the art.
Dans le contexte des applications mobiles, les contraintes de conception des chaînes d’émission toujours plus performantes et de taille réduite demandent de compenser la forte sensibilité des caractéristiques des antennes à leur environnement. En particulier, il est nécessaire de maîtriser l’impédance de l’antenne pour optimiser l’efficacité énergétique de la chaîne de transmission. Or, les solutions actuelles se montrent encombrantes. Dans cette thèse, plusieurs pistes basées sur l’implémentation de condensateurs variables ont été étudiées et ont conduit à la réalisation et la caractérisation de nouveaux dispositifs RF intégrés à même de participer à cet effort. Après une présentation du contexte et de l’état de l’art, nous proposons une étude de condensateurs variables basés sur la technique des capacités commutées. L’étude a permis la réalisation de deux condensateurs variables en technologie CMOS SOI 130 nm pour des applications d’adaptation d’impédance et d’antenne agile en fréquence. Un premier démonstrateur d’antenne fente agile en fréquence visant les bandes LTE situées entre 500 MHz et 1 GHz et utilisant ce type de condensateur a ensuite été réalisé puis validé. Un système d’accord permettant de corriger les désadaptations d’antenne a ensuite été étudié et a donné lieu à la réalisation de deux circuits intégrés en technologie CMOS SOI 130 nm. Le premier circuit est un détecteur d’impédance capable de fonctionner sur une gamme de puissance étendue de 0-40 dBm pour une plage de fréquences de 600 MHz-2,5 GHz. Le deuxième circuit intègre une version améliorée du détecteur avec un circuit d’adaptation variable autorisant la réalisation d’un système d’accord d’antenne autonome et compact représentant une avancée importante par rapport à l’état de l’art.
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Dates and versions

tel-01591595 , version 1 (21-09-2017)

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  • HAL Id : tel-01591595 , version 1

Cite

Dominique Nicolas. Conception de circuits RF en CMOS SOI pour modules d’antenne reconfigurables. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier (Toulouse 3), 2017. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01591595⟩
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