Conception et intégration avancée de circuits et SoC hyperfréquences

Les fonderies de la micro- et nano-électronique permettent aujourd’hui la réalisation de fonctions intégrées sophistiquées, conciliant complexité, rapidité et performance. Cependant, le coût peut vite exploser si l'on décide de se tourner vers les technologies les plus récentes, les plus complexes, voire les plus confidentielles et donc d'un accès parfois difficile. Afin de maintenir un coût raisonnable, une solution est de se tourner vers des technologies plus répandues, c.-à-d. les technologies silicium BiCMOS et surtout CMOS, dont le marché particulièrement expansif des microprocesseurs assure un accès grand public à coût modéré. Mais ces technologies, dans leur configuration par défaut, ne permettent pas d'atteindre les mêmes performances. Il convient alors de déployer un certain nombre de techniques visant à surclasser ces technologies et leur permettre d'atteindre des performances habituellement réservées à des technologies beaucoup plus coûteuses.

Les membres de l'activité « Conception et intégration avancée de circuits et SoC hyperfréquences » interviennent ainsi à différents niveaux de recherche et d'expertise :

• Au niveau composant : par le développement de modèles précis de simulation, car il nous arrive de chercher à utiliser des composants dans un domaine de fonctionnement en marge de celui pour lequel ils sont prévus (et donc modélisés) au départ.
• Au niveau matériau : l'ensemble du procédé technologique étant maîtrisé par le fondeur auquel on s'adresse, on ne peut intervenir qu'à partir de la dernière étape, et développer des procédés technologiques complémentaires, qualifiés alors de « above-IC » (littéralement « au-dessus du circuit intégré »). Nous travaillons par exemple au développement de nouveaux matériaux en mettant au point une filière technologique de transistors LDMOS RF de puissance afin d'optimiser les coûts de revient et les performances.
• Au niveau circuit : nous innovons en permanence sur des topologies de fonctions aussi bien analogiques que numériques, sur silicium, dans les domaines RF, micro-ondes et millimétriques, dans le but d'extraire le maximum de performances d'une technologie donnée, de corriger certains problèmes connus de fonctions « classiques » ou bien d'en proposer des alternatives, et d'initier des architectures totalement originales au regard des habitudes en profitant de certaines techniques de conception arrivant à maturité dans le domaine des micro-ondes.

Exemple de circuits développés récemment :

Synthèse digitale directe à 6 GHz : à sa sortie, cette synthèse de fréquence tout numérique fut la première de sa catégorie au niveau mondial : technologie BiCMOS, gamme micro-ondes (au delà de 5 GHz), et surtout basse consommation.

Au niveau système : nous sommes actuellement impliqués dans la conception de systèmes de mesures sur puces. En effet, la complexité croissante des systèmes ne permet plus d'effectuer dans de bonnes conditions la caractérisation de leurs fonctions internes de manière classique : trop long, trop cher, difficulté d'accès aux composants de bas niveau... Une instrumentation de mesure intégrée directement sur la puce permet alors de pallier la plupart de ces problèmes. Voici comme exemple un banc de mesure de bruit de phase totalement intégré. Ce banc de mesure démontre qu'une instrumentation de mesure de bruit de phase peut être localisée sur une puce BiCMOS, très proche du composant critique à tester (ici des résonateurs BAW non représentés qui peuvent se positionner par les techniques « above-IC » ou « Flip-chip »). Ce travail a fait l'objet d'un dépôt de brevet.

Afin d'apprécier plus précisément le travail réalisé, l'animation qui suit propose un « Survol » 3-D, puis une visite interne des couches technologiques de l'oscillateur contrôlé en tension que l'on aperçoit sur la photo précédente en haut à droite, pris isolément.