État de l’art des mélangeurs en bande V

Comme il n’existe pas d’autre Sub-Sampling Mixer (SSM)en bande V, la question de la pertinence de ce circuit se pose par rapport aux solutions existantes. Dans cette bande de fréquence, on rencontre des mélangeurs passifs classiques [44–47] et sous-harmoniques (SHM). Pour cette seconde catégorie de circuits, nous avons trouvé des topologies basées sur des transistorsFET (SHM FET) [48,49] et sur des paires de diodes montées tête-bêche (APDP) [50,51]. Tous ces circuits sont comparés au mélangeur à sous-échantillonnage dans

le tableau2.7.

Tableau 2.7 – État de l’art des mélangeurs passifs en bandeV.

Ref. Topologie Technologie BandeRF P_OL G_c N F_ASB OCP1 [GHz] [dBm] [dB] [dB] [dBm] [44] fondamental CMOS65 nm 51 / 62 8, 7 −12, 5 / −15 n/d −8, 5 [45] fondamental CMOS0,18 µm 18 / 50 10 −14 / −17 n/d −9 [46] fondamental CMOS90 nm 33 / 58 10 −6 / −9 11 / 13 −11 [47] fondamental CMOS45 nmSOI 40 / 50 15 −8, 4 n/d −4, 9 [48] 4×SHM FET 0,15 µmmHEMT 58 / 62 8 −15, 3 n/d −12, 8 [49] 2×SHM FET CMOS0,13 µm 56 / 66 −1 −13 n/d −16 [50] 2×SHM APDP SiGe 56 / 64 5, 5 −8, 3 / −10 12 −16, 3 [51] 2×SHM APDP CMOS0,18 µm 57 / 66 1 −15 n/d n/d Ce

travail ^{3×SSM FET BiCMOS0,13 µm}

16 / 67 0 −6, 9 / − 8, 8 9, 7 @58 GHz

−15

En terme de pertes de conversion et de facteur de bruit, le mélangeur à sous-échantil-lonnage présente les meilleures performances. Les mélangeurs passifs classiques ne s’en rapprochent que lorsque des filièresCMOSbeaucoup plus performantes sont employées. La linéarité est en retrait par rapport aux mélangeurs classiques, mais dans la moyenne des mélangeurs sous-harmoniques. Outre ses faibles pertes et ses bonnes performances en bruit, un gros avantage supplémentaire du mélangeur à échantillonnage, tout comme le mélangeur sous-harmonique, réside dans l’utilisation d’unOL fonctionnant à une fréquence très inférieure à la bandeRFà traiter, ce qui peut améliorer notablement la performance du récepteur en terme de bruit de phase par rapport aux récepteurs classiques exploitant unOL en bandeV.

6 Conclusion

Ce chapitre synthétise les travaux effectués autour de la conversion de fréquence en utilisant le transistorMOS dans une configuration passive. L’objectif est la recherche de solutions originales améliorant les performances du mélange passif. Les résultats présentés sont le fruit d’une grande quantité de travail auquel de nombreux stagiaires et doctorants ont contribué. Les contributions les plus importantes ont été les thèses de Grégory Ménéghin, Thomas Epert et Alessandro Magnani que j’ai co-encadrée avec Thierry Parra [24,36,52]. Les faits marquants de ces travaux sont multiples. Nous avons montré l’importance de la géométrie du transistorMOS sur les performances du mélangeur lorsque l’on se rapproche des limites en fréquence du composant. Ces travaux ont abouti à la démonstration du premier mélangeur passif sur silicium en bandeW parfaitement fonctionnel avec un niveau de performance à l’état de l’art encore aujourd’hui [25,26].

À propos du mélangeur à échantillonnage, nous avons montré les bénéfices que peuvent apporter l’utilisation d’un signal de pompe à faible rapport cyclique, tant sur les perfor-mances du mélangeur lui-même que sur celles du démodulateur I/Q au sein duquel il est implémenté. Ce travail a conduit à la démonstration du premier mélangeur passif à très faibles pertes de conversions, soit environ 1 dB, en visant une application centrée sur 2,4 GHz [37,38]. En appliquant le même principe sur un nouveau démonstrateur optimisé pour la bande K et au delà, des pertes de conversion d’environ 2,1 dB ont été mesurées à 27 GHz [52]. La fréquence élevée du signal de pompe a nécessité la conception d’un générateur d’impulsion analogique spécifique, une tâche qui ne peut plus être confiée à des circuits logiques dès que la fréquence de l’OLdépasse quelques GHz.

Finalement, le même démonstrateur a été utilisé pour effectuer un mélange par sous-échantillonnage du signalRF incident, en bande V. Les performances obtenues surpassent les mélangeurs sous-harmoniques passifs réalisés en technologies silicium dans la même gamme de fréquence, qu’ils soient basées sur des transistorsFETou des diodes Schottky. Ces résultats sont très récents et devraient être publiés très prochainement.

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