Synthétiseur de fréquence pour les applications avioniques SDR: analyse et conception

Résumé

De nos jours, les synthétiseurs de fréquence sont des éléments primordiaux dans les circuits de transmetteur-récepteur radio. Ces synthétiseurs jouent le rôle d’oscillateur local capable de générer les fréquences porteuses nécessaires pour les opérations de sur conversion et de sous-conversion fréquentielle. Cette thèse portera sur la conception et l’analyse d’une nouvelle architecture de synthétiseur de fréquence à base de boucle à verrouillage de phase (en anglais Phase-locked loop ou PLL) apte à couvrir un large spectre fréquentiel et notamment le spectre utilisé dans les systèmes de communication avionique. Le synthétiseur de fréquence proposé est apte à générer une bande de fréquence continue qui atteint 10 GHz. Cette large bande de fréquence permet de garantir l’agilité nécessaire pour répondre aux spécifications fréquentielle de plusieurs systèmes, tout en préservant la haute précision et en respectant les contraintes de bruit de phase, du coût et de consommation de puissance. À travers une étude comparative des architectures existantes dans la littérature, des simulations permettent de choisir l’architecture convenable aux applications visées. Par la suite, une analyse générale de PLL est réalisée pour identifier les considérations de conception ainsi que sélectionner les paramètres clés qui répondent aux exigences de la conception de chaque bloc interne du synthétiseur. Un oscillateur commandé en tension (en anglais voltage controlled oscillator ou VCO) convenable à l’application est conçu en prenant en compte les contraintes d’implémentation. Le détecteur de fréquence/phase, la pompe de charge, les diviseurs de fréquence, le mélangeur à bande latérale unique et les multiplexeurs sont aussi conçus en respectant les contraintes en fréquence et les considérations d’implémentation. Entièrement intégré en technologie CMOS 0,13 μm, le synthétiseur assure une gamme de fréquences comprise entre 100 MHz et 10 GHz. Cette gamme couvre plusieurs systèmes avioniques de communication et plusieurs standards de communication sans fil existants. D’autre part, le VCO utilisé génère une plage d’accord de 6,6 GHz à 10 GHz (40%). Le bruit de phase du VCO, mesuré à 8,3 GHz, est de -107 dBc/Hz à un décalage de fréquence de 1 MHz avec une consommation de puissance mesurée de 3,4mW. Ainsi, la figure du mérite, nommée FOMV, du VCO proposé atteint 205. En outre, le synthétiseur produit un bruit de phase de -106,4 dBc/Hz à un décalage de fréquence de 1 MHz en générant une porteuse à 8 GHz. La bande passante de la boucle (en anglais loop bandwidth ou ωBW ) est de 110 kHz alors que la gigue d’horloge intégrée est de 637 fs avec une puissance totale mesurée de la PLL qui atteint 15,7 mW, ce qui mène à une figure de mérite gigue/puissance, nommé FOMj, de -232.

Date	21 déc. 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Wessam Ajib (Directeur(-trice)) & Frédéric Nabki (Codirecteur(-trice))