Electronique Systèmes de Communication et Microsystèmes

ESYCOM (EA 2552) – O. Picon
EPM (Equipe Photonique et Microondes) – C. Algani
C. Rumelhard, A.L. Billabert, J.L. Polleux, C. Florea
L’ESYCOM (Electronique, Systèmes de Communications et Microsystèmes), EA multi
établissements de 33 enseignants-chercheurs, est composé de 4 équipes pluridisciplinaires :
Radiocommunications Numériques, Microsystèmes Mems, Electromagnétisme Applications et
Mesures et Photonique et microondes.
Les thématiques et projets de recherche de l’EPM se regroupent autour de deux axes
principaux, présentant des interactions entre eux, du fait de leur complémentarité, mais
également avec les autres équipes d’ESYCOM. L’intérêt est de proposer de nouvelles structures
de composants photoniques et microondes en vue de leur intégration dans un circuit réalisant
une fonction et dans un système plus complexe pour des applications de liaisons à très haut
débit comportant une partie optique.
1
er
axe : Composants photoniques pour communications haut débit
Il se concentre essentiellement sur l’aspect modélisation et simulations numériques pour
comprendre les phénomènes physiques de composants photoniques utilisés comme capteurs
dans les systèmes, en vue de l’optimisation de leurs performances. L’étude porte sur les
composants de photodétection bas-coût sur Si et sur l’amélioration de leurs performances par
l’introduction de technologies MEMS. Une étude approfondie par simulation physique des
performances éventuelles de phototransistors SiGe pour les applications de photodétection
ultra-rapide, initiée dès 2001, a abouti aux premiers prototypes de phototransistor réalisés au
monde (Atmel-Université de Ulm). Leur caractérisation a montré des performances à l’état de
l’art mondial en 2003 : responsivité de 1.5 A/W (λ=940nm), f
Topt
de 7 GHz et f
t
et f
max
>
20 GHz. Depuis, l’étude détaillée des mécanismes rapides et lents présents au sein du
composant a démontré que f
Topt
peut atteindre 30GHz (contrôle de l'éclairement et λ
opt
).
L'utilisation de cavités résonantes (structure multicouches air/semiconducteur de type guide
RIB sur Si) a montré leur intérêt potentiel fort par l'amélioration des performances, obtenue en
simulation, des composants photoniques étudiés au sein de notre équipe :
- les photodétecteurs et phototransistors peuvent ainsi atteindre une absorption optique
proche de 100%
- Un déphaseur optique accordable, sur une plage de 160°, à base de deux cavités
couplées à réseaux de Bragg, commandé à l’aide d’une structure MEMS.
La caractérisation de tels composants est effectuée sur un banc sous pointes, développé au
sein de l’équipe, et qui utilise la génération d’un signal microondes par le battement de 2
diodes laser jusqu’à des fréquences de 20 GHz (extensible aux fréquences millimétriques).
2
ème
axe : Circuits, systèmes et liaisons optiques et microondes pour le très haut débit
Il se concentre plus particulièrement sur l’aspect système, avec la conception de circuits opto-
microondes et la modélisation électrique de liaisons optiques à très haut débit. Différents
circuits, pouvant être intégrés dans de tels systèmes, ont été conçus, réalisés en technologie
PH25-UMS, et testés sous pointes : un mélangeur, fonctionnant en bande Ka (réjection de f
RF
basse et f
OL
) ; un amplificateur distribué (gain contrôlé en tension); un générateur de signaux
impulsionnels monocycles ULB [3.1-10.6 GHz] (impulsions brèves de 300ps), et un filtre de
signaux ULB.
Un second aspect exploite des notions nouvelles dans le domaine des liaisons radio-sur-fibre. Il
s’agit de modéliser l’ensemble des éléments de la liaison de façon à rendre compte du transfert
du signal microonde sur la porteuse optique. L’association des deux domaines de fréquence
nécessite une nouvelle terminologie et de nouvelles définitions : le gain et le facteur de bruit
optique-microonde ont été proposées pour la première fois. Ces modélisations électriques non-
linéaires de composants photoniques et microondes sont à la base des simulations de liaison
optique sur des logiciels classiques de simulations électriques.
Les deux axes comportent des réalisations à technologies multiples afin d’envisager leurs
utilisations pour des applications variées allant de la RF au domaine millimétrique. Une
orientation vers l’étude de composants, circuits et liaisons photoniques et microondes vers les
fréquences millimétriques va être amorcée concernant l’Architecture d’un récepteur de signaux
Ultra Large Bande aux fréquences millimétriques. Il s’agit d’étendre la propagation de signaux
ULB (3.2-10.6GHz) aux bandes libres au-delà de 60GHz, et de concevoir les briques circuits
d’un récepteur intégré associant l’antenne.

Equipe Photonique et Microondes – Paris, France 1
Electronique Systèmes de Communication
et Microsystèmes
« ELECTRONIQUE, SYSTEMES DE COMMUNICATION
ET MICROSYSTEMES » : ESYCOM / EA 2552
Laboratoire multi établissements : UMLV, CNAM, ESIEE
GIS « MICRO ET NANO TECHNOLOGIES »
CNRS, CNAM, CCIP-ESIEE, UMLV, Polytechnicum MLV

Equipe Photonique et Microondes – Paris, France 2
Electronique Systèmes de Communication
et Microsystèmes
ELECTRONIQUE SYSTÈMES DE
COMMUNICATION ET
MICROSYSTÈMES
Capteurs Mems Architecture E/R Liaisons optiques
/micro ondes Antennes et Propagation
MEMS : prospec. pétrolière
Résonateurs SI : senseurs
inertiels vibrants
Interface numérique pour
Capteurs résonnants
Récupération d’énergie
Procédés DRIE pour SiP
Composants MEMS optiques
Switchs optiques
Modélisation capteurs à
Multipuits quantiques
Systèmes, CI Basse conso.
Récepteurs multistandards
Architectures type EER
PLL numériques
Prédistorsion numérique
Filtrage BAW
UWB
RFID
Tenue puissance MEMS
MEMS à émission électrons
Micro tubes à vide
PLL numérique
Modélisation composants
Simulation de liaison
Récepteur intégré 60 GHz
Phototransistor SiGe
Filtres accordables
Module insertion/suppression
Optique quantique
Microcavités résonn. Si
Déphaseurs microphoto-
niques Si accordables
Conception circuits MMIC et
OMMIC
Antennes millimétriques
Antennes à diversité
Antennes intégrées
Reconfigurables
Packaging de MEMS RF
Réseaux réflecteurs
Chambres réverbérantes
Modélisation des milieux de
propagation urbain et indoor
GIS MICRO ET
NANOTECHNOLOGIES
4 équipes : 4 grandes thématiques

Equipe Photonique et Microondes – Paris, France 3
Electronique Systèmes de Communication
et Microsystèmes
•Salle Blanche de 300 m2spécialisée en MEMS Silicium
•Plate-formes de caractérisation
•Banc de caractérisation hyperfréquences Agilent 40GHz
• Caractérisation électrique BF
•Bancs de caractérisation optique-microondes
• Caractérisation mécanique de MEMS
• Chambre anéchoïde
• Chambre réverbérante
•Plateformes de conception – modélisation
• Conception de circuits intégrés ASIC, SoC,
•Simulation électrique, électromagnétique, optique : Cadence, ADS, HFSS, CST, ANSOFT
Designer, Comsis
•Multi-physique, procédés technologiques, MEMS : Coventoreware, ANSYS, FemLab,
SILVACO, Advance-MS
•Plate-formes de prototypage
• FPGA Xilinx, Altera, Actel
• DSP Texas-Instruments, Analog-Device
Moyens Esycom

Equipe Photonique et Microondes – Paris, France 4
Electronique Systèmes de Communication
et Microsystèmes
•Axe 1 : Composants photoniques pour communications haut débit
– HPT SiGe
– µcavités résonnantes, déphaseurs microphotoniques
– Optique quantique et luminescense
•Axe 2 : Circuits, systèmes et liaisons optiques et microondes pour le très haut débit
– Circuits MMIC, OMMIC
– Simulations systèmes à liaisons optiques microondes
– Modélisation de composants photoniques et microondes
– Récepteur intégré millimétrique
– Extension optique pour liaisons ULB
Equipe Photonique et Microondes
Répartition des thématiques et projets de recherche : 2 axes principaux