Solutions de synthèse de fréquence à 30 GHz en technologie 65-nm PD-SOI

Abstract

Alors que la communication cellulaire entre maintenant dans sa cinquième génération(5G), les fréquences à ondes millimétriques (mm-W) sont prises en charge pour la première fois. Il s’agit d’un territoire inexploré pour le projet de partenariat de troisièmegénération (3GPP). Par rapport à la 4G Long-Term Evolution (LTE), les expériencesmobiles des utilisateurs sont largement améliorées : augmentation des débits de donnéeset des densités de connexion tout en réduisant la latence ; et de nouvelles opportunitéssont créées dans le développement de nouvelles technologies (communications de type machine pour inst.). Les normes 5G utilisent à la fois des bandes de fréquences inférieures à 6 GHz et des bandes de fréquences mm-W avec une largeur de bande de canal plus large, des techniques MIMO (entrées multiples, sorties multiples) et des modulations complexes telles que la modulation d’amplitude en quadrature (QAM) 256. Ces spécifications sont connues pour imposer des performances strictes en matière de bruit de phase et de tonalités parasites à l’oscillateur local (LO). C’est pourquoi 3GPP a accordé une grande attention à la génération de l’oscillateur local (OL) dans les fréquences millimétriques. En outre, comme il s’agit d’une application de marché de masse, la demande est croissante pour fournir des communications mobiles 5G à tout le monde. Par conséquent, elle nécessite l’utilisation de technologies d’intégration à très grande échelle (VLSI) optimisées en termes de coûts et de performances, telles que la technologie 65-nm CMOS PD-SOI de STMicroelectronics utilisée dans cette thèse.Dans ce contexte, cette thèse propose une solution pour la génération de fréquencesmillimétriques en technologie CMOS : l’oscillateur à commande numérique à injectiondifférentielle couplée en quadrature (QILDCO). Les travaux présentés dans cette thèseexposent les spécifications des normes 5G et l’analyse de l’état de l’art et de ses limitations, la méthodologie détaillée de conception millimétrique et la conception de démonstrateurs technologiques. Le QILDCO implémenté en technologie 65-nm CMOS PD-SOI de STMicroelectronics démontre la faisabilité d’une génération de fréquence millimétrique large bande avec de faibles performances de gigue et d’erreur de phase tout en offrant un design très compact. La robustesse de la conception est également validée. Cette approche de conception n’est pas limitée aux communications 5G et peut être facilement étendue à d’autres fréquences et à d’autres applications.