Continuous-Time Bandpass (BP) sigma delta modulator (SDM)

Conception d’un récepteur à formation de faisceaux numérique pour petites cellules millimétriques 5G Le réseau mobile de cinquième génération, ou 5G, tend à devenir le standard pour l’ensemble des communications sans fil. Il utilisera une plus grande portion du spectre. Les déploiements actuels se concentre sur la bande sous 6GHz. L’exploitation du spectre millimétrique commencera elle dans les années à venir. Il servira à fournir un service mobile large band amélioré sur de petites surfaces. Cespoints d’accès à couverture limitée s’appellent petite cellule et sont le sujet de ce travail de thèse. Le coeur de l’étude porte sur le récepteur de ces petites cellules, dans la bande à 28GHz. Elle se divise en trois parties. Une analyse système permettant d’établir les spécifications du récepteur, la proposition d’une architecture de récepteur innovante et une description et une évaluation de l’implémentation proposée.L’analyse système se base sur les indicateurs de performance clés de la 5G. En partant d’une architecture en ligne avec ces indicateurs, on dérive les spécifications requises du récepteur dans un scénario multi-opérateur. Une caractéristique spécifique de ces récepteurs est leur capacité à former des faisceaux à l’aide de larges tableaux d’antennes. Bien que cette approche ait le potentiel pour satisfaireles objectifs de la 5G, elle est plus complexe. Les nombreux paramètres (nombre d’antennes, topologie du tableau, …) engendrent beaucoup de configurations possibles et trouver l’optimum devient difficile. Une solution est de fixe un maximum de paramètres sur la base de considérations pratiques, permettant une analyse simplifiée.La formation de faisceaux se fait par la combinaison des signaux de plusieurs antennes pour recevoir les ondes provenant d’une direction privilégiée. Avant cette combinaison, les signaux sont retardés et pondérés. Le domaine dans lequel ces opérations sont faites défini l’architecture du récepteur. Si elles s’opèrent dans les domaines analogique, numérique ou une combinaison des deux, on parle de formation de faisceaux analogique, numérique ou hybride. L’approche numérique est la plus performante, mais la plus difficile à implémenter. Il faut une chaine complète de réception par antenne. L’analyse proposée montre que les performances requises pour ces récepteurs individuels sont relâchées, et que le défi se trouve dans la gestion en temps réel des données numériques.Ainsi, les récepteurs permettant une réduction du traitement numérique furent investigués. L’utilisation de Modulateurs Sigma-Delta (MSD), pour la conversion analogique numérique, peut réduire le traitement numérique, grâce à leur sur-échantillonnage et leurs signaux de sortie de faible résolution. L’un permet la réalisation d’un retard presque gratuit en sélectionnant les échantillons. L’autre fourni une multiplication bas coût, à base de multiplexer. Pour simplifier le récepteur, l’échantillonnage direct du signal RF fut investiguée. Le récepteur est alors réduit au MSD. C’est rendu possible grâce au souséchantillonnage.La fréquence d’échantillonnage reste élevée, et la fermeture de la boucle ainsi que la compensation du Retard de Boucle (RB) reste un défi. Un résultat majeur fut de montrer que certain MSD sous-échantillonnés pouvaient être réalisé sans compensation du RB et avec un temps de fermeture de boucle supérieure à une période d’horloge. Cela permet l’utilisation d’un quantificateur deux fois entrelacé en temps, et rend cette approche réalisable.En plus du quantificateur entrelacé, l’implémentation proposée présent des résonateurs à base de transformateurs. Le degré de liberté offert par le rapport entre les inductances du primaire et du secondaire est très utile pour améliorer la consommation énergétique. Bien que les résultats de simulations soient moins bons qu’escompté, ils sont suffisamment bons pour établir une preuve de concept. Une puce de test intégrant 8 récepteurs en parallèle fut envoyée en fabrication dans un procédé CMOS 28nm FDSOI de STMicroelectronics et reste à être mesuré.