Transitions à 60 GHz pour liaisons haut débit filaires par guide d'ondes plastique et sans fil avec conception d'un amplificateur front-end dédié en technologie CMOS 65nm robuste aux variations de charge

Abstract

De nos jours, le nombre d'appareils électroniques communicants ne cesse d'augmenter avec le développement des technologies, les nouvelles applications et le mode de vie connecté de notre société, que ce soit dans l'industrie, les transports ou encore les appareils portables des consommateurs. Cela nous pousse à trouver de nouvelles solutions de transmissions de données haut débit car les solutions existantes sans fil et filaires deviennent limitées en bande passante, trop couteuses, ou complexes dans la mise en oeuvre. La montée en fréquence constitue une solution intéressante en offrant une bande passante plus large.Ce travail de thèse a donc pour vocation d'apporter des solutions innovantes ou d'améliorer des solutions existantes pour de la transmission de données haut débit aux fréquences millimétriques allant de 57 à 64 GHz, tant pour les modes d'utilisation sans fil que pour les modes d'utilisation câblés, avec des objectifs de faible coût et de simplicité de mise en oeuvre. Pour le cas filaire, le guide d'ondes plastique sera utilisé. Cette technologie se situe a mi-chemin entre le guide d'ondes métallique et la fibre optique, tout en étant flexible et peu couteuse. Le verrou technologique majeur identifié est la transition entre ce type de guide et les transmetteurs se trouvant sur silicium pour pouvoir utiliser ces guides d'ondes plastiques. Ainsi ces travaux de thèse présentent deux transitions innovantes à double mode d'utilisation dédiées à la fois à l'utilisation filaire et sans fil à 60 GHz, et comprenant la conception d'un connecteur dédié. La première transition half-duplex réalisée a été validée par des mesures avec des signaux modulés, implémentant des liaisons filaires et sans fil à 5 Gb/s et comprend aussi un filtre SIW intégré pour respecter les normes, lié au mode sans fil. La simulation complète de la deuxième transition full-duplex est aussi présentée avec l'implémentation d'un transducteur à mode orthogonal.Toujours dans l'optique de proposer une liaison complète, des amplificateurs front-end dédiés à ces modes d'utilisation ont été réalisés en technologie CMOS 65nm PD-SOI. Ces amplificateurs équilibrés présentent une bonne robustesse face aux variations de charge, qui sont présentes pour des applications sans fil très courte distance avec une utilisation des antennes en champ proche. Ces amplificateurs ont été comparés à une structure non équilibrée pour démontrer cette robustesse, c'est-à-dire qu'ils présentent une variation plus faible de leurs performances telles que la puissance de sortie ou l'efficacité (PAE). Une étude sur les topologies à recombinaison de puissance pouvant améliorer cette robustesse a été mené et montre l'importance de la différence de phase entre les voies parallèles. Un filtre à lignes couplées a été réalisé avec la même technologie silicium, toujours dans une optique de filtrage hors bande pour respecter les normes, pour le comparer au filtre sur PCB de la première transition et caractériser le compromis entre pertes d'insertion du filtre et surface occupée.