Proposition / Sujet de thèse 2013

Proposition / Sujet de thèse 2013
ED 548 Mer et Sciences Etude et mise en œuvre de
transconducteurs analogiques linéaires-contrôlés et
synthèse d’un front-end CMOS RF fonctionnant sous
basse tension d’alimentation.
Directeur de thèse : Hervé BARTHELEMY
Equipe CCI (Laboratoire IM2NP Site Toulon)
http://www.im2np.fr/recherche/equipes/conception.html
Contact : hervé.barthé[email protected]
Fin-juin début-juillet : Audition des candidats par la commission de recrutement de l’Ecole doctorale afin d’établir la
liste définitive d’attribution des contrats doctoraux.
RESUME Le sujet de thèse proposé concerne la mise en œuvre et la réalisation de transconductances analogiques contrôlées linéaires basées sur l’utilisation de l’inverseur CMOS. Le but est de travailler sous faible tension d’alimentation. Les travaux devront être validés par la synthèse et la réalisation d’un front‐end RFID sous basse tension d’alimentation. Domaine : Traitement Analogique du Signal (TAS) Financement souhaité : Allocation Ministère Lieu : Toulon Lab. : IM2NP Equipe CCI Mots clés : Analogique, circuits intégrés, silicium, CMOS, radiofréquence (RF), transconductance, amplificateur, filtrage, oscillateur SUJET : Les avancées technologiques dans le domaine des télécommunications et l’accroissement de la densité d’intégration des transistors MOS permettent aujourd’hui l’intégration de systèmes embarqués complexes faible consommation, pouvant recevoir et/ou transmettre de l’information avec un débit binaire raisonnable (plusieurs centaines de kbits/s). Pour l’équipe conception de circuits intégrés (CCI) de l’institut IM2NP, la mise en œuvre de systèmes de communication, de systèmes de mesure (capteur) et de traitement de l’information faible coût, faible consommation est un axe de recherche stratégique. Des publications récentes ont démontrés les performances analogiques de l’inverseur CMOS en termes de fréquence de fonctionnement, de linéarité et de travail sous faible tension d’alimentation [1‐14]. L’inverseur CMOS (utilisé principalement dans le domaine du numérique) lorsqu’il est équilibré et polarisé, simule une source de courant contrôlé en tension, plus généralement appelé Amplificateur de Transconductance (AmT). Il est possible de polariser cette structure sous des tensions d’alimentations compatibles avec les circuits CMOS numériques. La réponse en courant de l’inverseur CMOS équilibré montre des performances excellentes en termes de linéarité [5]. Dans le cadre des travaux de recherche, le doctorant devra mettre en œuvre une technique de synthèse automatique (ou de conception semi‐
automatique) de front‐end analogique. 1/2
L’application cible consistera à proposer des filtres et des oscillateurs agiles ainsi que des amplificateurs large bande applicables à la mesure et à la transmission d’information sans fil à 13,56MHz [11,13]. Le candidat commencera ses travaux par une étude bibliographique et par un état de l’art. Il essayera de proposer ensuite des solutions pertinentes permettant de contrôler efficacement la transconductance des AmT. La deuxième année sera consacrée à la mise en œuvre et à la synthèse du front‐end RF en technologie submicronique CMOS 60nm. La dernière année consistera en partie a effectuer les mesures et le ‘re‐design’ éventuels. Une partie de la dernière année sera aussi consacrée à la rédaction de la thèse et à la dissémination des résultats. PRE‐REQUIS : Master 2 ou équivalent ; très bonne maitrise de la conception de circuits analogiques et de la physique du composant (Diode, BJT & MOS). Bonne maitrise de l’outil d’aide à la conception CADENCE DF II (DRC, LVS, Extraction..) des langages de type SPICE, Spectre‐RF et de l’environnement Unix. Références [1]
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B. Nauta, E. Seevinck : “Linear CMOS transconductance
element for VHF filters”, Electronics Letter, 1989, 25, 448–
450.
B. Nauta : “A CMOS transconductance-C filter technique
for very high frequencies”, IEEE Journal of Solid-State
Circuits, 27, 142–153.
H. Barthélemy, M. Fillaud, S. Bourdel, J. Gaubert :
“CMOS inverters based positive type second generation
current conveyor”, Analog Integrated Circuits and Signal
Processing (AICSP) , Ed. Springer, vol. 50, n° 2, February
2007, pp. 141-146.
H. Barthélemy, S. Bourdel, J. Gaubert, M. Battista :
“CMOS inverters based high frequency voltage controlled
sinusoidal oscillator”, 14th IEEE International Conference
on Circuits and Systems (ICECS), 2007, pp. 490-493.
H. Barthélemy, S. Meillere, G. Gaubert, N. Dehaese, S.
Bourdel, “OTA based on CMOS inverter and application in
the design of tunable bandpass filter”, Analog Integrated
Circuits and Signal Processing, vol. 57, 2008, pp. 169–178
S. Vlassis, “0.5V CMOS inverters-based tunable
transconductor”, Analog Integrated Circuits and Signal
Processing, vol. 72, issue 1, 2012, pp. 289–292
O. Schmitz, S.K. Hampel, F. Beichert, M. Tiebout : “Active
inductance for very high frequency based on CMOS
inverters”, US patent n° 2010/0039192 A1, Feb. 18, 2010.
P. Andreani, S. Mattisson : “On the Use of Nauta’s
Transconductor in Low-Frequency CMOS gm C Bandpass
Filters”, IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 37, n°
2, 2002, pp. 114-123.
K. Komoriyama, E. Yoshida, M. Yashiki, H. Tanimoto : “A
Very Wideband Fully Balanced Active RC Polyphase Filter
Based on CMOS Inverters in 0.18 pm CMOS Technology”,
2007 Symposium on V/LSI Circuits Digest of Technical
Papers, 10-2, 2007, pp. 98-99
[10] G. Bas, H. Barthélemy : “Negative Gain Transconductance
amplifier circuit”, US Patent n° 7,342,458 B2, Mar. 11,
2008.
[11] S. Meillere, W. Rahajandraibe, P. Pannier, R. Bouchakour,
P. Masson, G. Jacquemod : “Emetteur Recepteur RFID a
13,56 MHZ” 11èmes journées pédagogiques du CNFM,
Saint Malo - Palais du Grand Large - 22 au 24 novembre
2010, www.cnfm.fr.
[12] H. Barthélemy, S. Bourdel, J. Gaubert, S. Meillère :
“OOK/NCP-FSK Modulator based on Coupled OpenClosed-Loop VCOs”, Proceeding of the European
Conference on Circuits Theory and Design (ECCTD),
2007, pp. 380-383.
[13] M. Witold, K., Stanisław, J. Jacek, K. Wojciech : “Fast
Low Voltage Analog Four-Quadrant Multipliers Based on
CMOS Inverters”, International Journal of Electronics and
Telecommunications, 2010, Vol. 56, n° 4, Pages 381–386
H e rvé Ba rth é lemy received
the PhD degree in Electronics
from the University of Paris XI
Orsay in 1996. From 1996 to
2000 he was an Assistant
Professor at the Institut Supérieur
d’Electronique de la Méditerranée
(ISEM) in Toulon, France. In
2000 he joined the University of
Provence where he became Full
Professor in 2005. In September
2007, Professor H. Barthélemy
joined the University of SudToulon-Var, France. Since 2005 he has been the managing
director of the Integrated Circuits Design Team at the
Institut of Matériaux Microélectronique and Nanosciences
de Provence (IM2NP). Hervé Barthélemy regularly serves
as expert for the French National Research Agency. He is
the author or co-author of a number of publications in
international journals and conference proceeding. He has
served as track-chair for the IEEE NEWCAS, MIDWEST
and ICECS conferences and was also the technical program
co-chair of NEWCAS in 2011. Since 2011, He is an
associated editor of the IEEE Trans. Circuits and Systems II
journal (TCAS II). His research interests are about analog
signal processing, CMOS-RF, instrumentation and wireless
sensors.
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