Lettre du LAAS

Publication trimestrielle du Laboratoire
d'analyse et d'architecture des systèmes du CNRS

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du développement des réseaux de capteurs sans fils pour le domaine aérospatial. Les applications aérospatiales concernées sont la mesure de température et des contraintes mécaniques sur les ailes d'avion en vol d'essai ainsi que sur la structure des satellites. Ces mesures doivent être faites en temps réel et sans perte de donnée. Nos travaux de recherches se focalisent sur le développement d'une architecture de communication sans fil pour ces réseaux de capteurs. Cette architecture devrait répondre aux besoins spécifiques des ces applications en termes de faible coût, faible consommation et haut débit. Les circuits de communication sans fil actuelles ne répondent pas aux exigences des réseaux de capteur sans fil cités précédemment. Comme solution, nous avons opté pour l'utilisation de la modulation UWB-OFDM (Ultra Wide Band - Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Ce choix implique le traitement et la transmission de signaux en bande de base dont le spectre en fréquence est étalé entre 10MHz et 510MHz et cela nécessite donc de nouvelles architectures.L'architecture développée dans cette thèse exploite la bande de fréquence UWB 6GHz-8.5GHz autorisée en Europe. L'émetteur-récepteur RF est basé sur une architecture à conversion directe avec l'utilisation de deux voies différentielles I et Q.Nous nous sommes concentrés en particulier sur la conception des mélangeurs de fréquence. Les mélangeurs de fréquence demandent une largeur de bande passante très importante en valeur relative, sur l'entrée de mélangeur rehausseur de fréquence et sur la sortie de mélangeur abaisseur de fréquence. Une adaptation d'impédance de qualité doit être opérée sur la bande 10MHz-510MHz afin d'optimiser le gain de conversion d'une part et de réduire la distorsion de phase qui en résulterait d'autre part. Ce type de perturbation peut sensiblement distordre le signal OFDM et par conséquent dégrader le seuil de détection sur la chaine de réception OFDM. La conception de l'amplificateur faible bruit (LNA) est moins délicate car son besoin en bande passante, relativement à la porteuse, est bien moins importantL'élément clé de toute la conception est le mélangeur d'émission. Une nouvelle topologie a été conçue pour répondre au besoin en largeur de bande. Nous avons pris soins à ce que le mélangeur d'émission ait une perte de conversion nulle pour attaquer directement l'antenne sans passer par un amplificateur de puissance et réduire la puissance de contrôle à  3 dBm pour diminuer les contraintes sur la conception de VCO (oscillateur contrôlé en tension). De cette manière, la chaine d'émission se réduit à deux mélangeurs I et Q basse consommation. Cette architecture d'émission, laisse plus de marge en termes de consommation pour la conception de la chaine de réception.  Les différents blocs RF ont été développés en technologie CMOS 130 nm, cette technologie nous permettant d'atteindre des bonnes performances avec un coût minimum. Les mesures effectuées, valident le fonctionnement des circuits développés.