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Theses Year : 2008

Study of the sampled radio receive architectures in deep submicron CMOS process

Etude des architectures échantillonnées de réception radio en technologies CMOS submicroniques avancées

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Abstract

Due to the development of the third and fourth generation of mobile radio systems, the communication standards will occupy more bandwidth to insure voice, data and multimedia services. In such context, the trend in radio engineering is to integrate all radio and baseband functions on the same die using CMOS process in order to reduce both area and cost of wireless terminals. The evolution of the CMOS process and the miniaturization of the MOS transistors have made analog design more and more complex, new parasitic effects rise, additional dynamic range constraints due to supply voltage scaling pop up and also noise coming from the more growing digital circuits increases. Recently, new type of radio receive solutions has appeared, in such receivers the RF signal is directly sampled and then processed using only switched-capacitor elements. The purpose of the present PhD thesis work is to quantify the scalability of the sampled radio receive architecture, by studying the impact of the parasitic effects on the radio performance of the solution. The scalability benchmarks that were considered in this work are the reconfigurability, immunity to parasitic effects, adaptation to supply voltage scaling, area, power consumption and ease of designing. In order to face real scalability issues, a porting of an existing sampled radio receive architecture from CMOS 65 to 45nm has been realized. The measured performance of the designed circuit has shown good performance and has brought a first element of answer to the scalability issue of the sampled architecture.
Avec l'arrivée des systèmes radio mobiles de troisième et de quatrième génération, les standards de communications ont tendance à occuper plus de bande pour pouvoir assurer des services de voix, de données et de multimédia. En parallèle, le terminal mobile doit être reconfigurable pour couvrir à la fois le service cellulaire et la connectivité de données. Dans ce contexte, la tendance est d'intégrer les fonctions radio et bandes de base sur le même substrat en utilisant la technologie CMOS afin de réduire la surface, le coût de fabrication et la consommation des terminaux sans fils. Récemment, de nouvelles architectures de réception radio dites " échantillonnées " sont apparues (TexasInstruments, STMicroelectronics, UCLA). Dans ce cas, l'échantillonnage est fait directement sur le signal RF et la majorité du traitement de signal se fait en temps-discret par des capacités commutées. L'évolution de la technologie CMOS et la miniaturisation des transistors rendent la conception analogique de plus en plus difficile (capacités parasites, bruit, linéarité, etc.). De nouveaux effets parasites apparaissent comme la fuite de grille qui inquiète désormais les technologues et les concepteurs de circuits. D'un autre côté, des contraintes de dynamique surgissent avec la diminution des tensions d'alimentation et le bruit des circuits numériques de plus en plus denses augmente considérablement. Le but de ce travail de thèse est de répondre à la question de la portabilité de la solution échantillonnée, en étudiant l'impact des différents effets parasites cités précédemment sur les performances radio de la solution. Ainsi, les critères de portabilité qui sont considérés sont la reconfigurabilité, l'immunité aux effets parasites, l'adaptation à la baisse des tensions d'alimentation, la surface, la consommation et la facilité de conception. Ce travail de thèse a été basé sur des études théoriques et sur des simulations d'une solution échantillonnée de réception radio. Afin d'affronter réellement les problématiques de portabilité, un portage d'une chaîne de réception échantillonnée Wi-Fi/WiMAX de CMOS 65nm à 45nm a été réalisé. Les résultats de mesures obtenus sur ce circuit donnent une grande confiance vis-à-vis des performances radio de la solution échantillonnée et constituent un premier élément de réponse concret à la question de portabilité étudiée.
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Dates and versions

pastel-00005928 , version 1 (24-03-2010)

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  • HAL Id : pastel-00005928 , version 1

Cite

Rayan Mina. Etude des architectures échantillonnées de réception radio en technologies CMOS submicroniques avancées. domain_other. Télécom ParisTech, 2008. Français. ⟨NNT : 2008 E 063⟩. ⟨pastel-00005928⟩
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