Méthodologie de CAO innovante pour la conception de MMICs prenant en compte les pertes des éléments réactifs des technologies intégrées

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Méthodologie de CAO innovante pour la conception de MMICs prenant en compte les pertes des éléments réactifs des technologies intégrées
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Chaire DEFIS-RF
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
XLIM UMR CNRS/Université de Limoges N°7252
Site de Limoges
Laboratoire d’accueil : XLIM/C2S2

Présentation de l’équipe de recherche
Les acteurs du projet Fonctions faible bruit et filtrage adaptatif intégrés développent de nouvelles méthodologies d’analyse concernant le formalisme des ondes de bruit, la théorie des modes mixtes, la synthèse des circuits et des études de filtres passifs, actifs et intégrés, dédiées aux systèmes RF et microondes.

Résumé de la thèse en français
Dans le domaine des fréquences radio et des microondes, le problème des méthodes de conception et de synthèse des circuits passifs d’adaptation associés aux composants actifs, pour satisfaire aux spécifications des systèmes et sous systèmes analogiques, a été largement traité dans la littérature scientifique. Toutefois, en dépit de l’abondance de ces travaux, les outils qu’ils ont conduit à développer ne sont pas adaptés aux besoins des concepteurs de circuits intégrés (de type AsGa, Silicium ou GAN) car elles relèvent de méthodes de synthèse idéales avec des éléments d’adaptation sans pertes. Or les éléments réactifs réels des technologies intégrées, notamment les selfs inductances, sont des éléments à pertes caractérisés par des coefficients de qualité faibles, compris entre 2 et 5 pour les radiofréquences. Le sujet de thèse proposé a pour objectif de développer une méthodologie de CAO innovante pour conception de fonctions RF et microondes faible bruit réalisées en technologie intégrée.

Résumé de la thèse en anglais
In the radio frequency domain, the issue of design and synthesis methodoligy of passive matching and feedback networks that are associated to active components, in order to comply with system specification is widely adressed in the scientific bibliography. Meanwhile, the tools that are available are not suitable for integrated circuit designers. Indeed the commercial tools are based on ideal elements synthesis using lossless matching networks. But the real capacitors and inductors realised with MMIC’s technologies are lossy elements with a very poor quality factor, comprised between 2 and 5 for radiofrequencies. This Ph. D subject aims at developing an innovative CAD methodology for the design of low noise RF devices using MMIC technologies

Description complète du sujet de thèse
Pour la fonction amplification faible bruit, des techniques théoriques de synthèses ont été développées et intégrées dans les logiciels de CAO, comme la méthode de synthèse des fréquences réelles. Les différentes rétroactions pouvant être exercées sur le transistor ont été évaluées et mises à profit, notamment pour améliorer les performances en bruit ou la stabilité des amplificateurs conçus. De même de nombreux travaux ont été conduits, et sont toujours développés, pour optimiser les circuits étudiés sur la base de fonctions multi critères (gain, bruit, adaptation etc.…) avec pour objectif final une intégration dans les logiciels de CAO.
L’analyse bibliographique et le bilan de l’état de l’art montre qu’en dépit de la somme des travaux publiés, ce sujet scientifique reste un thème de recherche majeur pour les raisons suivantes:
• Les technologies intégrées actuelles et futures (AsGa, CMOS, etc.), de réalisation des fonctions hautes fréquences analogiques ne comportent pas d’éléments passifs à faibles pertes. Or les méthodes utilisées actuellement, notamment dans les logiciels de CAO, sont des méthodes de synthèse sans pertes.
• De nouvelles applications et de nouvelles fonctionnalités sont visées, parmi lesquelles: Des amplificateurs faible bruit assurant de façon complémentaire une fonction de filtrage; des amplificateurs accordables; des amplificateurs compensés en temps de propagation de groupe.
• De nouvelles techniques de synthèses sont développées comme les méthodes d’adaptation active, et surtout les méthodes de synthèse de filtres à pertes. C’est cette méthode originale qu’il est proposé de développer dans ce projet de recherche.

Programme de recherche proposé:

Les axes scientifiques de recherche à développer dans la cadre de la thèse sont les suivants dans le cas d’une application LNA puis mélangeur:
• Définition et choix du transistor optimal: L’objectif dans cette partie est de développer une méthode statistique pour définir les dimensions géométriques (nombre de doigts, largeur et longueur), et les tensions de polarisation du transistor.
• Définition des rétroactions à exercer sur le transistor (parallèle, série) pour satisfaire aux spécifications multi critères de l’amplificateur faible bruit. Les objectifs étant l’adaptation simultanée en gain et en bruit, la stabilité inconditionnelle, le contrôle de la bande de fonctionnement, l’optimisation des distorsions non linéaires, la consommation.
• Mise en œuvre de la méthode de synthèse des circuits à pertes pour synthétiser les réseaux d’adaptation des rétroactions et des quadripôles d’entrée et de sortie.
• Validation de la méthode CAO de synthèse par la conception, le dessin, et la mesure, de LNA(s) réalisé(s) en technologie monolithique et satisfaisant à des applications spatiales définies par le CNES et THALES ALIENA SPACE.
• Extension de la méthode à l’application mélangeur.

Les travaux de développement de la méthode de synthèse CAO seront développés au sein du laboratoire XLIM (Université de LIMOGES – UMR CNRS7252), sous l’encadrement de Stéphane BILA (CR CNRS) et de Bernard JARRY (Professeur). Les conceptions de circuits intégrés seront faites en utilisant les procédés technologiques intégrés de type AsGa. La filière technologique sera définie par THALES ALIENA SPACE Toulouse.

Objectifs scientifiques de la thèse
Concevoir une méthode de synthèse des circuits d’adaptation et de rétroaction des transistor prenant en compte les pertes des éléments passifs intégrés.

Compétences à l’issue de la thèse
Conception de MMIC
Synthèse de filtres
Caractérisation de dispositif microondes intégrés

Mots clés (séparés par des virgules)
MMIC, CAD, Lossy filters,
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Directeur de thèse
Bernard JARRY

Adresse mail du directeur de thèse : bernard.jarry@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 05 55 45 77 46

Co-directeur de thèse
Stéphane Bila
Julien Lintignat
Adresse mail du co-directeur de thèse : stephane.bila@xlim.fr, julien.lintignat@xlim.fr
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Avec quelle thématique du comité de pilotage avez vous pris contact : Thème 3: Fonctions et systèmes
Thèse pour Action transverse : NON

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