Modélisation non-linéaire et en bruit de composants micro-ondes pour applications à faible bruit de phase - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2008

Modélisation non-linéaire et en bruit de composants micro-ondes pour applications à faible bruit de phase

Abstract

This work deals with nonlinear noise modelling of amplifiers to be applied to oscillator design. The technology which has been used is the SiGe one within HBT transistors. In this manuscript we will try to understand how to accurately model the noise phenomena taking place in transistors to better predict the phase noise behavior of RF amplifiers placed in a oscillating feedback loop. A hybrid technology X band amplifier design using this later modelling is pointed out. Therefore, the topology used to design this device is quite simple and allow us to obtain very good results for the phase noise and the gain performances. Another issue is how to apply these later techniques to the characterization and the modelling of FBAR or SMR resonators. These resonators are used for few years to realize integrated high reliable RF synthesizers. Nevertheless, they get their own contribution to the overal system noise and as a consequence have to be modelled toward their noise and their nonlinearities as an active component. This work presnts fistr the different noise measurement techniques of the active components, such as transistors or integrated resonators. Component modelling techniques are then described and applied to a nonlinear model including noise sources. Then, the optimization and the design of a low phase noise amplifier is detailled. This hybriid technology amplifier features a very good perfomance for its phase noise added to a reduced consumption. Finally, the modelling and measurements techniques described before are applied to FBAR or SMR resonators in order to extract their noise contribution, and also a nonliner noise model of these components. This work demonstrates that an accurate nonmlinear noise modelling can be done. This later should be very suitable to design and optimize circuits integrated in stable or ultrastable synthesizers, whether it is for time and frequency applications needing a high spectral purity or for MMICs applications where the specta l purity and a good integration have to be made at the same time.
Cette thèse présente tout d'abord le travail effectué sur la modélisation non-linéaire et en bruit d'amplificateurs micro-ondes appliquée à la conception d'oscillateurs à très haute pureté spectrale. Les composants actifs faisant l'objet d'une caractérisation en bruit en régime nonlin éaire et d'une optimisation en bruit de phase, sont des transistors SiGe. Le but de ce travail est principalement de comprendre comment modéliser le bruit dans ces transistors en fonctionnement non-linéaire afin de calculer de fa¸con précise le niveau de bruit de phase des amplificateurs utilisés dans une boucle d'oscillation. Cette modélisation fine nous permet de concevoir un amplificateur en bande X présentant une performance en bruit de phase très intéressante pour une application d'oscillateur. De plus, la topologie utilisée pour cet amplificateur est des plus simples car n'utilisant que deux transistors en cascade. Nous obtenons ainsi un très bon compromis gain/bruit de phase. Un autre problème concerne l'application de ces mêmes techniques de caractérisation et de modélisation aux résonateurs FBAR et SMR. Ces résonateurs sont utilisés depuis peu pour la réalisation de sources hyperfréquences intégrées de grande qualité. Ils apportent cependant leur propre contribution de bruit au système, et doivent faire l'objet d'une approche de modélisation non-linéaire et en bruit. Ce manuscrit de thèse présente tout d'abord les différentes techniques de mesure de bruit des composants actifs, qu'il s'agisse de transistors ou encore de résonateurs intégrés. Il décrit ensuite des techniques de modélisation de composants en régime non-linéaire, incluant les sources de bruit. La conception et l'optimisation d'un amplificateur à faible bruit de phase est ensuite détaillée. Cet amplificateur en technologie hybride présente une excellente performance en bruit de phase pour une consommation réduite. Enfin, les techniques de mesures et de modélisation précédemment décrites sont appliquées aux résonat eurs SMR et FBAR afin d'extraire leur contributions en bruit, ainsi qu'un modèle non-linéaire et en bruit de ces composants. Ce travail démontre ainsi la faisabilité d'une modélisation fine du bruit en régime nonlin éaire. Celle-ci peut être très utile pour concevoir et optimiser des circuits destinés à être intégrés dans des sources stables ou ultrastables, que ce soit pour des applications tempsfr équence pour lesquelles une très haute pureté spectrale est nécessaire, ou pour des applications MMIC où la pureté spectrale et le fort niveau d'intégration doivent être obtenu simultanément.
Fichier principal
Vignette du fichier
These_S_Gribaldo.pdf (4.7 Mo) Télécharger le fichier
Loading...

Dates and versions

tel-00339514 , version 1 (18-11-2008)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00339514 , version 1

Cite

Sébastien Gribaldo. Modélisation non-linéaire et en bruit de composants micro-ondes pour applications à faible bruit de phase. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00339514⟩
441 View
1454 Download

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More