Contribution à la réalisation d’un oscillateur push-push 80GHz synchronisé par un signal subharmonique pour des applications radars anticollisions

Chama Ameziane El Hassani

Description

Sous la direction de Robert Plana
Thèse soutenue le 06 mai 2010: Bordeaux 1
Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet Français « VéLo » qui est une collaboration entre l’industriel STMicroelectronics et plusieurs laboratoires dont les laboratoires IMS-bordeaux et LAAS. Le but du projet est de concevoir un prototype de radar anticollision millimétrique. Dans ce travail un synthétiseur de fréquence est implémenté. Ce dernier sera intégré dans la chaine de réception du démonstrateur. Une étude bibliographique des architectures classiques de système de radiocommunication a été réalisée. Des exemples d’architectures rencontrées dans le domaine millimétrique ont été étudiés.L’objet principal de cette thèse est l’étude des oscillateurs synchronisés par injection ILO. L’objectif est de réaliser un oscillateur verrouillé par injection qui sera piloté par un oscillateur de fréquence plus basse possédant des caractéristiques de stabilité et de bruit meilleures.Dans ce travail de thèse, le mécanisme de verrouillage des oscillateurs par injection a été décrit. Un modèle de synchronisation par injection série, basé sur la théorie de Huntoon Weiss et inspiré du travail de Badets réalisé sur les oscillateurs synchrones verrouillés par injection parallèle, est proposé. La théorie établie a permis d’exprimer la plage de synchronisation en fonction de la topologie utilisée et des composants de la structure. La validité de la théorie a été évaluée par la simulation de la structure. Les résultats présentés montrent une bonne concordance entre la simulation et la théorie et permettent de valider le principe de synchronisation par injection. La faisabilité de l’intégration d’un ILO millimétrique synchronisé par l’harmonique d’un signal de référence de fréquence plus basse a été démontrée expérimentalement. Le synthétiseur de fréquence est réalisé en technologie BiCMOS 130nm pour des applications millimétriques de STMicroelectronics. Ce dernier opère dans une plage de 2GHz autour de la fréquence 82,5GHz. Les performances en bruit du synthétiseur sont satisfaisantes. Le bruit de phase de l’ILO recopie celui du signal injecté. Les équipements de mesures utilisés, le bruit de phase de l’oscillateur atteint des valeurs inférieures à -110dBc/Hz à 1MHz de la porteuse.
-Chaine de transmission
-Conception millimétrique
-Rfic
-Oscillateur
-Oscillateur verrouillé par injection
-Oscillateur millimétrique
-Synchronisation des oscillateurs
-Bruit de phase
-Radar anticollision
-Transistor bipolaire
-BiCMOS
-Varactors
-Lignes de transmission
-Technologie SiGe
This thesis is a part of a French project VELO. The project is collaboration between STMicroelectronics and several laboratories including IMS-Bordeaux and LAAS laboratories. The aim of this project is to achieve a prototype of millimeter anti-collision radar. In this work a frequency synthesizer is implemented. This circuit will be incorporated in the reception chain of the demonstrator. A bibliographical study of classical architecture was completed. Examples of architectures encountered in the millimeter frequency range have been studied. The purpose of this thesis is to study the phenomena of synchronization in oscillators. The objective is to design an injection locked oscillator ILO driven by another oscillator, the second oscillator operates at lower frequency and offers better stability and noise characteristics.In this thesis, the injection locking mechanism of the oscillators has been described. A model of synchronization by series injection is proposed. The model is based on the theory of Huntoon and Weiss and inspired by Badets’ work performed on parallel injection. The theory expresses the synchronized frequency range depending on the used topology and the values of the components. The validity of the theory was evaluated by simulation. The results show good agreement between simulation and theory and validate the principle of synchronization by injection.The feasibility of a millimeter ILO synchronized by the harmonic of a reference signal operating at lower frequency has been demonstrated experimentally. The synthesizer was implemented in BiCMOS technology for 130nm applications millimeter of STMicroelectronics. The oscillator operates at 82.5 GHz and performs a frequency range of 2GHz. The noise performance of the synthesizer is satisfactory. The phase noise of the ILO depends on the reference phase noise, and reaches values of -110dBc/Hz at 1MHz from the carrier frequency.
-Millimeter wave
-Anti-collision radar
-Radio frequency integrated circuit RFIC
-Oscillator
-Injection locking oscillator
-Millimeter oscillator
-Oscillator synchronization
-Bipolar
-Phase noise
-BiCMOS
-Varactor
-Transmission lines
-SiGe technology
-Transceiver
Source: http://www.theses.fr/2010BOR14025/document

Sujets

• Oscillateur
• Transistor bipolaire
• Émetteur-récepteur

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 207
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 4 Mo

Extrait

N° d’ordre : 4025





THÈSE

PRÉSENTÉE A

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX 1

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGÉNIEUR
Le 06 Mai 2010
Par Chama, AMEZIANE

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : ÉLECTRONIQUE


******************************
CONTRIBUTION À LA RÉALISATION D’UN OSCILLATEUR
PUSH-PUSH 80GHZ SYNCHRONISÉ PAR UN SIGNAL
SUBHARMONIQUE POUR DES APPLICATIONS RADARS
ANTICOLLISIONS
******************************


Directeur de recherche J.B. BÉGUERET Professeur IMS-Bordeaux I
Co-directeur de recherche R.PLANA Professeur, LAAS
Responsable industriel D. BELOT STMicroelectronics
Président du jury Y. DEVAL Professeur IMS-Bordeaux I
Rapporteur J-M. PAILLOT Professeur Université de Poitiers
Raur P. GAMAND NXP Semiconducteur
Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement





















Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement 3




















Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement 4




A ma famille, à mes amis,
A tous ceux que j’aime…














« La science ne consiste pas en ce qui est conservé dans les livres,
mais bien en ce qui est gravé dans le cœur »
Proverbe arabe
Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement 5




















Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement 6


Remerciements…


Je souhaiterai sincèrement remercier toutes les personnes qui ont contribué d’une
manière ou d’une autre à l’achèvement de ces travaux de thèse…
Ce travail de recherche s’est déroulé au sein du laboratoire IMS, je remercie donc
Monsieur Pascal FOUILLAT, directeur de la cellule, pour m’avoir accueillie au sein du
laboratoire et permis la réalisation de ce travail. Je remercie Monsieur Jean-Baptiste
BEGUERET pour m’avoir offert cette agréable opportunité, pour la confiance dont il m’a
investi en me confiant ces travaux, et pour le support et l’aide dont j’ai bénéficié. Je remercie
également mes co-encadrants Messieurs Franck BADET, Didier BELOT et Robert PLANA
pour leurs disponibilités et leurs apports dans les diverses actions menées dans ces travaux.
Je remercie également Messieurs Yann DEVAL, Thierry TARIS, Hervé
LAPUYADE pour m’avoir accueillie au sein de l’inestimable équipe conception et pour toute
l’aide qu’ils m’ont apporté durant ces années. Je remercie Messieurs Jean-Marie PAILLOT et
Patrice GAMAND rapporteurs de la présente thèse pour leurs remarques constructives et les
corrections apportées. Je tiens également à exprimer mes remerciements à l’équipe
hyperfréquence Eric E. KERHERVE, Nathalie DELTIMPE.
Je souhaiterai remercier mes collègues qui ont partagé et égayé mon quotidien
Romaric TOUPE, Aya MABROUKI, Andrée FOUQUE, Sofian ALOUI, André MARIANO,
Lucas TESTA, François RIVET, Nejdad DEMIREL, Yohan LUQUE, Cedric MAJEK,
Bernardo LEITE, Quentin BERAUD SUDREAU, Raphaël SEVERINO, Pierre Olivier
LUCA, Mikaël CIMINO, Birama GOUMBALLA, Olivier MAZZOUFRE et Magalie DE
MATOS. Je remercie Magalie qui a consacré un temps important aux tests des circuits. Je
remercie Aya et Andrée pour tous ces moments agréables que nous avons partagés ensemble.
Merci à vous tous pour vos rires et vos folies. Merci pour ces précieuses années d’échanges et
de partages.
Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement 7

Je souhaiterai également remercier mes amis qui m’ont soutenu tout au long de cette
aventure, Basboussa, Hsin, Ali , la p’tite Joud, Khalida, Rabou3a, Nasnous et tous les
autres….
Et plus particulièrement, je remercie mes parents, Sarsoura et Zizou sans qui je
n’aurais pas emprunté ce chemin et qui m’ont soutenu tout au long de ces années et à qui je
dédie les travaux réalisés. Je remercie également le reste de ma famille, je sais que leurs
pensées m’accompagnent.
Enfin, Je sais que j’en oublie beaucoup. Merci à tous ceux et celles qui m’ont apporté
support et soutien et qui m’ont accompagné pendant cette aventure et qui ont contribué de
près ou de loin à l’avancée de mes travaux de recherche. Je garde à jamais gravé dans mon
cœur, le souvenir de ces années passées sur le campus de Bordeaux1.












Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement 8



Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement 9 SOMMAIRE

SOMMAIRE

GLOSSAIRE

LISTE DES FIGURES

INTRODUCTION

CHAPITRE I : Le radar anticollision 79GHz pour la communication Inter-
véhicules
I. GENERALITES SUR LES RADARS ...................................................................................................... 26
I.1. DÉFINITION & HISTOIRE........................................................................................................................ 26
I.2. DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT ..................................... 28
I.3. RADAR MONOSTATIQUE, BISTATIQUE .................................................................... 29
I.4. LES PLAGES DE FRÉQUENCE DES RADARS .............................. 30
I.5. LE RADAR ANTICOLLISION .................................................................................................................... 32
II. LE PROJET VELO ................................................................................................................................... 33
II.1. BESOIN .................................................................................................................................................. 33
II.2. SPÉCIFICATIONS .... 35
III. ARCHITECTURE D’EMISSION ET DE RECEPTION EN RADIOFREQUENCE ......................... 38
III.1. GÉNÉRALITÉS ........................................................................................................................................ 38
III.2. L’ÉMETTEUR ET LE RÉCEPTEUR. ............ 45
III.3. LA CHAINE DE RÉCEPTION ..................................................................................................................... 50
Université Bordeaux 1
Les Sciences et les Technologies au service de l’Homme et de l’environnement 9