Architecture de réception RF très faible coût et très faible puissance. Application aux réseaux de capteurs et au standard Zigbee - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Architecture de réception RF très faible coût et très faible puissance. Application aux réseaux de capteurs et au standard Zigbee

Résumé

The work presented here concerns the development of very low cost and very low power transceiver for wireless sensors networks (WSN). It covers the design and the validation of a RF receiver compliant with the standard IEEE 802.15.4 defined in the 2.4GHz ISM bandwidth. The RF front-end receiver includes all the functions from the antenna to the first stage of the analog baseband filter, from which the gain is sufficient to mask the noise of the back-end receiver stages. This report composed of four chapters, describes all steps from the specification definition to the performance presentation through the architecture study and the different stages design. Following the study of the impact of IEEE 802.15.4 and IEEE 802.11b interferers existing in the 2.4GHz ISM bandwidth, an architecture using an intermediary frequency of 6MHz was chosen. Besides, to meet the specifications, this architecture is composed by several innovative or original stages like an integrated three ports balun, an inductorless low noise amplifier, a passive mixer driving by a local signal (LO) with a small duty cycle along with a baseband filter optimized in noise and linearity. When integrated in a 90nm CMOS technology, the receiver front-end exhibits an area of only 0.07mm², or 0.23mm² when including the input integrated balun. This represents an area reduction of 70% compared to state of the art IEEE 802.15.4 compliant receivers. The overall chip consumes 4mA from a single 1.35V supply voltage and it achieves a 35dB conversion gain from input power in dBm to output voltage in dBvpk, a 7.5dB NF value, -10dBm of IIP3 and more than 32dB of image rejection. These performances situate this receiver among the most competitive low cost and low power RF receivers. All the principles carry out in this work are furthermore transposable to other frequencies and to other transmission standards.
Le travail présenté ici s'inscrit dans la perspective du développement de modules électroniques à très faible coût et à très faible consommation pour les réseaux de capteurs sans fils (WSN). Il traite de la conception et du test d'une chaîne de réception RF compatible avec la norme IEEE 802.15.4 pour la bande ISM 2.4GHz. L'interface RF objet de notre étude inclue toutes les fonctions depuis l'antenne jusqu'au 1er étage du filtre analogique en bande de base, à partir duquel le gain devient suffisant pour masquer le bruit introduit par le reste de la chaîne de réception. Ce mémoire articulé autour de quatre chapitres, décrit toutes les étapes depuis la définition des spécifications de la chaîne de réception jusqu'à la présentation de ses performances, en passant par l'étude de son architecture et la conception de ses différents étages. Suite à l'étude de l'impact des interféreurs IEEE 802.15.4 et IEEE 802.11b présents dans la bande ISM 2.4GHz, une architecture utilisant une fréquence intermédiaire de 6MHz a été retenue. En outre, pour pouvoir répondre aux spécifications fixées, cette architecture est composée de plusieurs étages innovants ou originaux tels qu'un balun intégré trois accès, un amplificateur faible bruit sans inductance, un mélangeur passif piloté par un signal local (OL) à très faible rapport cyclique ainsi qu'un filtre bande de base optimisé en bruit et en linéarité. Intégré dans une technologie CMOS 90nm, ce récepteur occupe une surface de 0.07mm², ou 0.23mm² en incluant le balun intégré, qui représente une réduction de 70% par rapport à l'état de l'art des puces compatibles avec le standard IEEE 802.15.4. En prenant en compte la consommation dynamique de toute la chaîne de mise en forme du signal OL, la tête de réception précédemment décrite consomme seulement 4mA sous une tension d'alimentation de 1.35V. Enfin, en incluant le balun intégré, le gain est de 35dBv/dBm, le facteur de bruit de 7.5dB, l'IIP3 de -10dBm et la réjection d'image supérie ure à 32dB. Ces performances placent ce récepteur parmi les récepteurs RF les plus performants pour cette application. Les nombreux principes mis en Suvre sont par ailleurs transposables à d'autres bandes de fréquences et à d'autres standards de communication.
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Dates et versions

tel-00309926 , version 1 (07-08-2008)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00309926 , version 1

Citer

Manuel Camus. Architecture de réception RF très faible coût et très faible puissance. Application aux réseaux de capteurs et au standard Zigbee. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00309926⟩
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