Rapprochement de la PA_SkateProbe et du composant victime

On décrit ici l’étape du rapprochement entre le PA_SkateProbe et le transceiver. Pour cela, nous faisons d’abord une description du transceiver considéré. Ensuite, nous présentons les phénomènes de couplage mis en évidence.

IV.2.4.1.1 Description générale du transceiver

Pour servir d’interface entre la partie numérique et la partie analogique radiofréquence, le transceiver réalise des fonctions de modulation et de démodulation des signaux. Il contient des oscillateurs locaux (LO : Local Oscillator) réglés aux fréquences d’émission et de réception.

Le circuit intégré victime est le transceiver 3G de la plateforme que nous avons utilisée. Ce circuit est supposé sensible car il doit émettre et recevoir des signaux radio fréquence simultanément. De plus, les signaux qu’il doit être capable de recevoir sont de très faible puissance, au minimum -107.6 dBm.

Ce transceiver est fabriqué par Freescale Semiconductor. C’est un Multi Chip Module (MCM) avec un substrat à haute densité d’intégration (HDI). Il intègre deux puces. L’une en charge des fonctions analogiques et l’autre des fonctions numériques. Les deux puces sont montées l’une à coté de l’autre comme le montre la Figure IV–38. En dehors des deux puces, plusieurs composants discrets sont intégrés dans ce boîtier. Le boitier de ce transceiver est de type LGA (Land Grid Array) et possède 165 broches espacées de 1 mm. La différence avec un BGA (Ball Grid Array) est que l’on remplace les billes par des pistes de métal afin de pouvoir gagner de la hauteur pour l’intégration dans les systèmes.

Puce analogique Puce numérique

Figure IV–38 : Vue interne du transceiver.

IV.2.4.1.2 Mise en évidence du couplage

Afin de mettre en évidence les phénomènes de couplage en champ proche entre le transceiver et l’amplificateur de puissance, nous utilisons la sonde PA_SkateProbe que nous avons fabriquée. Nous avons montré que cette sonde a un rayonnement en champ proche qui coïncide avec celui du PA. Le champ reçu par le transceiver lorsqu’il est en face de la sonde est équivalent à celui que le transceiver aurait reçu s’il était en face du PA lui-même. Cela présente un double avantage : les perturbations conduites sont inexistantes et le temps nécessaire à la conception d’une sonde est négligeable devant celui qu’il faut pour concevoir une carte de test comportant le PA.

• Description

Cette étude de couplage présente des similitudes avec celle d’immunité d’un composant. Cependant, la complexité du système et les fréquences mises en jeu sont spécifiques. Toujours dans un souci de gain de temps, nous avons adapté nos analyses aux outils déjà existants. Ainsi, notre critère de susceptibilité repose sur le test de sensibilité de la norme 3GPP [3GPP07] relative à la caractérisation de la réception d’une plateforme. Une plateforme doit être capable de recevoir un signal d’amplitude -106.7 dBm sur toute la bande de réception, même si l’amplificateur de puissance fonctionne. Cela se matérialise par une mesure du rapport signal sur bruit (RSB) pour chaque fréquence de réception. Ces caractérisations sont fréquemment faites par les développeurs de plateformes de téléphonie mobile. Nous considérons qu’il y a un dysfonctionnement de la plateforme lorsque le rapport signal sur bruit est inférieur à celui autorisé par la norme, à savoir, -7.7 dB.

La première mesure que nous effectuons est la mesure de sensibilité de la plateforme sans aucune perturbation. Cette mesure nous donne une courbe de référence (Figure IV–39). Le test se déroule comme suit :

• Un générateur est branché à l’antenne de la plateforme. Il délivre un signal harmonique de -106.7 dBm d’amplitude. Le signal utile n’est pas modulé car cela ne permettrait pas de l’isoler du bruit. Il couvrirait toute la bande.

• On mesure ensuite le rapport signal sur bruit de ce signal sur une bande 3.84MHz de large autour de la fréquence utile.

Cette analyse est assistée par un ordinateur de contrôle. Cette mesure est automatisée et contrôlée par un programme LabVIEW, fourni par Freescale.

0 1 MHz Porteuse Fréquence Puissance Bruit f0 f0+1 MHz -106.7 dBm Fréquence Puissance 0 Générateur de signaux Plateforme Acquisition du RSB Critère de susceptibilité RSB < -7.7 dB

Figure IV–39 : Procédure de mise en œuvre du test de sensibilité

La courbe de référence obtenue est une variation du RSB du signal reçu en fonction de la fréquence de réception. La fréquence de réception va de 2110 à 2170 MHz. La courbe obtenue est supérieure à -7.7 dB quelle que soit la fréquence de réception (Figure IV–40).

-8,5 -7,5 -6,5 -5,5 -4,5 2110 2120 2130 2140 2150 2160 2170 fréquence (MHz) R S B ( d B ) objectif SNR de référence

Figure IV–40 : Mesure du rapport signal sur bruit de la plateforme sans perturbation.

Le même programme nous permet de visualiser le spectre du signal reçu (Figure IV–41). Sur les graphiques, le '0' MHz correspond à la fréquence de réception. L’amplitude du spectre n’est pas absolue. Elle est correcte pour effectuer des comparaisons.

Signal utile

Largeur du canal : 5 MHz

Bruit dans le canal

-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 103 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -6.8 Fréquence (MHz)

Figure IV–41 : Visualisation d’un canal de réception à l’aide de l’outil de Freescale.

• Mesure du rapprochement

Pour étudier le rapprochement entre la SkateProbe et le transceiver nous réalisons la manipulation décrite à la Figure IV–42. La PA_SkateProbe est placée en un point fixe à 2 mm au-dessus du transceiver. Nous injectons un signal de fréquence et de puissance fixes. Ensuite, nous faisons un test de sensibilité de la plateforme. Après obtention de la courbe du RSB pour toute la bande de réception, on augmente la puissance du signal de la PA_SkateProbe, et on recommence le test de sensibilité. On considère que la plateforme est perturbée lorsque la courbe du RSB obtenue devient inférieure à -7.7 dB pour au moins une fréquence de réception. PA_SkateProbe Signal perturbateur, fréquence d’émission du PA Transceiver Amplificateur

de puissance Acquisition du RSB, Critère de _{susceptibilité : RSB > -7.7 dB}

Signal utile fréquence de réception

Figure IV–42 : Protocole de mesure de rapprochement de la SkateProbe et du transceiver

Pour chaque position de la PA_SkateProbe, l’analyse des interférences entre le transceiver et la PA_SkateProbe se fait en 3 étapes :

1. Réglage de la fréquence du signal perturbateur ;

2. Réglage de la puissance du signal perturbateur ; 3. Analyse du RSB dans toute la bande de réception.

Le résultat pour chaque point de mesure n’est donc pas une simple validation de la défaillance. Le résultat pour chaque point est une courbe de variation du RSB qui peut présenter une défaillance à une seule ou à plusieurs fréquences. La mesure est fastidieuse et aboutit à une quantité importante de données. Toute une mesure donne un réseau de courbes de RSB en fonction de la fréquence de réception. La mesure doit être optimisée. Cela peut se

faire en réduisant le nombre de points de mesure par sélection de fréquences et en restant à puissance maximale.

• Résultats de mesure

La Figure IV–43 montre trois courbes de mesure du RSB. La courbe de référence, en trait continu, est obtenue sans signal perturbateur. Elle est toujours supérieure à l’objectif (en traits discontinus). Lorsqu’on applique un signal d’amplitude supérieure à 15 dBm sur la PA_SkateProbe, le RSB n’est plus supérieur à -7.7 dB sur toute la bande. Il est particulièrement très faible entre 2114 et 2117 MHz.

-26 -21 -16 -11 -6 2110 2120 2130 2140 2150 2160 2170 frequency (MHz) S N R ( d B ) Objectif Avec un signal de 15 dBm à l’entrée de la SkateProbe Courbe de référence Fréquence (MHz) Avec un signal de 20 dBm à l’entrée de la SkateProbe

Figure IV–43 : Courbes de la mesure du rapport signal sur bruit Sans perturbation, avec une perturbation à 1950MHz de 15 dBm et de 20 dBm.

Avec 20 dBm en entrée de la sonde, de 2110 à 2123 MHz, le RSB est inférieur à -7.7 dB. Notons que la courbe de référence présente naturellement une faiblesse dans cette bande de fréquence. De 2146 à 2154 MHz, il est à la limite autorisée par la norme. Il est dégradé jusqu’à atteindre une valeur minimale de -26 dB. Lorsque la fréquence de perturbation change, la fréquence à laquelle le RSB se dégrade change aussi, mais pas de la même façon.

Ces mesures permettent de mettre en évidence un phénomène d’interférence entre le transceiver et l’amplificateur RF. Cependant, elles ne permettent pas de l’expliquer. Malgré les bandes de fréquences différentes et les moyens mis en œuvres, la chaîne d’émission entre en interférence avec la chaîne de réception au point de dégrader la qualité de la réception. Ce phénomène est l'objet des paragraphes qui vont suivre.