Conception de récepteurs millimétriques pour des applications radars automobiles embarqués

Abstract

Depuis plusieurs années, l’industrie automobile multiplient les systèmes d’aide à la conduite dans l’objectif d’améliorer l’autonomie des véhicules. Pour cela, chaque véhicule intègre un panel de capteurs de plus en plus étoffé. Le radar 80GHz embarqué présente alors des avantages multiples : immunité aux conditions extérieures, mesure simultanée de la distance et la vitesse… Ainsi, l’industrie du semiconducteur se trouve face à deux défis : réduire le coût des puces et améliorer leurs performances. Cela passe par l’utilisation de technologie CMOS avancées et, par l’amélioration des principaux facteurs de mérite du radar comme la puissance de sortie de son transmetteur, le bruit de phase de son oscillateur local et le facteur de bruit de son récepteur. L’objectif de cette thèse est de proposer des architectures et topologies susceptibles d’améliorer significativement les performances d’une récepteur radar.Dans ce cadre, le récepteur radar est soumis à deux contraintes qui peuvent être contradictoires. Placé derrière le pare-chocs, le module radar est affecté par la réflexion du signal transmis. Face au risque d’apparition de non linéarités, donc de fausses cibles, de fortes contraintes sont exigées en terme de point de compression. De l’autre côté, pour réduire le facteur de bruit globale du récepteur, il y a besoin de maximiser le gain et minimiser le facteur de bruit de sa partie millimétrique. Pour répondre à cela, cette thèse propose plusieurs pistes.Le premier axe est centré sur les techniques de conception de circuits millimétriques. D’un côté, il s’agit de réduire la consommation des circuits au travers d’étages complémentaires et l’opération en moyenne inversion. De l’autre côté, il s’agit d’implémenter des techniques d’annulation de bruit. Ces techniques permettent simultanément de travailler sur de larges bandes passantes et d’améliorer les performances en bruit. Cela a amené au développement d’une topologie dite « complémentaire à couplage transversale capacitif ».Le second axe de ce travail se concentre sur les techniques de mélange. Les mélanges actifs présentent un bon compromis entre gain, linéarité et facteur de bruit mais également un bruit en 1/f élevé, malgré l’implémentation de techniques pour le réduire. Ces topologies peuvent adresser des applications de RADAR courte portée mais pas longue portée. Les mélangeurs passifs présentent de meilleures performances en bruit mais sont plus contraignants en termes de linéarités. Pour cela, cette thèse propose d’implémenter un mélangeur en courant à 80GHz pour améliorer simultanément les performances en bruit et linéarité, capable d’adresser des applications RADAR longue portée.