Les terminaux de communications sans fil évoluent en des terminaux supportant plusieurs standards. L'un des challenges est d'utiliser le meilleur standard au bon moment. L'émetteur d'une radio cognitive agile en fréquence se doit d'être reconfigurable afin de transmettre l'information dans des bandes fréquentielles sous utilisées et d'avoir recours au standard offrant la meilleure qualité de communication. L'élément le plus critique dans un émetteur est l'étage de puissance et sa connexion avec l'antenne. Les principaux problèmes devant être pris en compte par l'amplificateur de puissance (PA) sont: la linéarité, la puissance délivrée à l'antenne et le rendement. Un émetteur numérique basé sur un amplificateur de puissance commandé numériquement (DPA) est étudié et un prototype a été implémenté afin de démontrer la faisabilité du concept. Le DPA est principalement utilisé dans les architectures polaires plutôt que cartésienne. L'architecture proposée est basée sur une approche à multiple voies combinée à une conversion de fréquences. La diversité introduite sur les fréquences d'échantillonnage permet de contrôler le niveau d'impuretés spectrales émisses. Celles-ci proviennent de la conversion directe numérique vers RF. Cette conversion est réalisée par le DPA sans le recours à des filtres passifs. Les émetteurs implémentés en technologies CMOS avancées ont souvent recours à une architecture à multiple voies. L'approche présentée dans ce manuscrit tire avantage de cette structure parallèle afin de générer des signaux portant la même information mais échantillonnés à des fréquences différentes. Le standard LTE a été pris comme standard de référence, et un modulateur d'enveloppe a été conçu en technologie CMOS 65nm. Les conversions de fréquences bande de base et la logique de contrôle on été implémentées sur FPGA. La recombinaison des voies est réalisée à l'aide de composants discrets. Le prototype de modulateur d'enveloppe numérique réalisé, démontre le principe d'atténuation d'images pouvant atteindre 6dB dans le cas d'un système à deux voies. Les DPAs supportent quatre fréquences d'échantillonnage {100 MS/s; 133 MS/s; 152 MS/s; 160MS/s}. L'amplificateur délivre jusqu'à 16.7dBm sur la bande 0.9 à 1.9 GHz et assure un PAE de 12.4% avec un EVMrms de -28dB. Le prototype a été testé avec des signaux LTE de 10 MHz et 802.11g de 20 MHz. La surface totale occupée par le circuit est de 1.04mm² tandis que la surface dédié aux DPAs et logique de contrôle occupent seulement 0.25mm². / Wireless communication terminals are evolving towards multi-standard terminals. One of the challenges is to use the best standard available at the right moment. The transmit part of a frequency agile cognitive radio must be highly reconfigurable in order to transmit information in an unused spectral zone and to use the suitable standard to obtain the optimum communication. The most critical element in a transmitter is the power amplifier and its interface with the antenna. Key problems that need to be addressed by the Power Amplifier (PA) are the linearity, ability to deliver power to the antenna and efficiency. In this work a digital transmitter based on a digitally controlled power amplifier (DPA) is investigated, and a prototype has been implemented to prove the feasibility of the concept. The DPA is mostly used in polar transmitters rather than Cartesian ones. The proposed architecture is based on multi-path approach with different sample rate conversions. This diversity of sample rates helps to manage the spurious emissions due to the direct digital to RF conversion performed by the DPA without the need of passive filters. The transmitters implemented in advanced CMOS process are commonly based on multiple paths architecture. The approach proposed in this work takes advantage of this parallel structure to generate several signals with the same information but with different sample rates. The LTE standard has been taken as the standard example, and a 2-path digital envelope modulator has been designed in a 65nm CMOS technology. The baseband sample rate conversions and control logic have been implemented on FPGA. The path recombination is performed with o_-board components. The fabricated prototype digital envelope modulator IC demonstrates the image attenuation principle with up to 6dB attenuation. The DPAs support four sample rates {100 MS/s; 133 MS/s; 152 MS/s; 160MS/s}. The amplifier delivers up to 16.7dBm over a 0.9 - 1.9 GHz band while providing 12.4% PAE and a -28dB EVMrms.The prototype was tested with a 10 MHz LTE and a 20 MHz 802.11g standards. The total circuit occupies 1.04mm² and the area dedicated to the DPA and control logic only occupies 0.25mm².

La multiplication des normes et des standards de communications permet de nos jours d’élargir l'éventail des services pour chaque consommateur. Si cette prolifération des normes est un plus non négligeable pour les utilisateurs, elle engendre une complexité accrue des systèmes d’émission/réception que ce soit en RF (3G, 4G), ou en mmW (W-HDMI, imagerie, radar, capteurs). Ces systèmes Tx/Rx doivent être capables de nos jours de supporter plusieurs bandes de fréquence (téléphonie tri-bandes), ou de générer des fonctions agiles, on parle alors de systèmes reconfigurables. C’est dans ce contexte que se placent ces travaux de thèse dont l’objectif est d’aborder la problématique du développement de capacités variables aux fréquences radios et millimétriques.Le premier chapitre intitulé “Emergence du besoin de capacités non linéaires haute performance en technologie silicium” identifie les limitations de l’offre usuelle de capacités variables à STMicroelectronics. Le second chapitre « Caractérisation de capacité à l’échelle attoFarad : Le Challenge de la mesure haute impédance » discutera de la problématique de la caractérisation de très faibles capacités, dites attoFarad, utilisées majoritairement dans les oscillateurs à commande digital (D.C.O.). Ces capacités sont de nos jours difficilement modélisables étant donnés les problèmes de caractérisation qu’elles posent avec les solutions standards. Nous discuterons d’une nouvelle méthode de caractérisation haute fréquence permettant l’extraction de capacité de 50aF de 1 à 10GHz.Le troisième chapitre intitulé « De l’analogique au digital, développements de capacités variables jusqu’aux fréquences millimétriques en technologie CMOS et BiCMOS » s’intéressera à l’amélioration des facteurs de mérite de la capacité variable ;(rapport de capacité, fréquence maximale d’utilisation …) ; à travers l’optimisation de solution existante et la conception de nouvelles architectures digitales.Enfin, le dernier chapitre « L’évaluation des performances aux travers des circuits millimétriques référents» exposera quant à lui, la conception, la réalisation et la caractérisation de deux fonctions accordables, un déphaseur et un générateur d’impédance en bande mmW.En conclusion, l’ensemble de ces travaux de thèse fournit de nouvelles solutions pour la conception de circuits RF et mmW. Ils ont permis d’élargir l’offre de capacités variables disponible chez STMicroelectronics en technologies avancées mais aussi d’investiguer et de valider un nouveau concept de caractérisation indispensable à ces développements. / Multiplication of standards and communication protocols allows nowadays a wider range of services for each consumer. If this multiplication of standards is more significant for users, it creates an increased complexity of Rx/Tx communication modules both in RF (3G, 4G), or mmW (W-HDMI, imaging, radar, sensors ) range. These systems Rx/Tx must be able nowadays to support multiple frequency bands (tri-band mobilephone as an example), or agile functions generation, it is called reconfigurable systems. In this context, that this thesis work taking place which aims to address the challenge of high performances tunable capacitances development in RF and mmW range. The first chapter entitled "Emergence of the need for high performances non linear capacitances in silicon technology" identifies the limitations of usual tunable capacitances offer at STMicroelectronics. The second chapter " AttoFarad capacitance characterization: The Challenge of high impedance measurement" discuss the problem of characterization of very small capacity, called attoFarad, used mainly in digital controlled oscillator (DCO). Nowadays these aF capacitance are very difficult to modelize regarding problems of standard measurement methods. We will discuss of a new method for high frequency characteriziation with a relative precision of 50aF 1 to 10GHz. The third chapter entitled "From analog to digital, developments of tunable capacitances up to millimeter frequencies in CMOS and BiCMOS technologies," will focus on figures of merit improvements of the capacitance (tuning ration, resonant frequency, linear law...) through optimization of existing solution (MOS varactor) and the design of new digital architectures. The final chapter "Performances evaluation through referent mmW circuits " exhibit, the design, realization and characterization of two agile functions, a phase shifter and a in-situ tuner, both in the mmW range. To conclude, all these thesis work provide new solutions for the design of RF and mmW circuits. They have extended the tunable capacitances offer at STMicroelectronics in advanced technologie nodes but also to investigate and validate a new concept of characterization necessary for all of these developments.

Ο ταλαντωτής αποτελεί σημαντικό κομμάτι κάθε τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Το σημαντικότερο στοιχείο της απόδοσής του είναι ο θόρυβος φάσης. Για τη βελτίωσή του χρησιμοποιείται η μέθοδος του injection locking. Με αυτή τη μέθοδο ένα σήμα αναφοράς με καλά χαρακτηριστικά θορύβου χρησιμοποιείται για να βελτιώσει την έξοδο του ταλαντωτή. Χρησιμοποιείται μια τοπολογία τροποποιημένου ταλαντωτή Colpitts, ο οποίος εξομοιώνεται και υλοποιείται. Με τις μετρήσεις που ακολουθούν επιβεβαιώνεται η καλύτερη συμπεριφορά θορύβου που επιτυγχάνει η μέθοδος του injection locking. / Oscillators form an integral part of all communication systems. Their most crucial element regarding performance is phase noise. To improve it we use the method of injection locking. With this method, a reference signal with good noise characteristics is used to improve the output of the oscillator. A modified Colpitts oscillator topology is used which is both simulated and implemented as a circuit board. Measurements confirmed that injection locking improved the characteristics of phase noise.

- / -

Αντικείμενο αυτής της διπλωματικής υπήρξε η μελέτη μιας νέας μεθόδου ενίσχυσης ακουστικών συχνοτήτων, που μπορεί να αναπαράγει τον ήχο με την υψηλή ποιότητα των ενισχυτών τάξης Α και ταυτόχρονα με υψηλή απόδοση ισχύος, που χαρακτηρίζει τους ενισχυτές τάξης D. / This Diploma Thesis studies a new method of audio amplifying that can reproduce sound with both high fidelity as found in a class A amplifier and high efficiency which is characteristic of class D amplifier.

Η χρήση ταλαντωτών γίνεται σε όλα τα τηλεπικοινωνιακά και στα περισσότερα ψηφιακά κυκλώματα. Αποτελεί βασικό πυλώνα πάνω στον οποίο στηρίζεται η ποιότητα του τηλεπικοινωνιακού σήματος. Για να παράγει έξοδο για διαφορετικά κανάλια μιας τηλεπικοινωνιακής περιοχής, θα πρέπει ο ταλαντωτής μας να αλλάζει την παραγόμενη συχνότητα του. Μια ειδική κατηγορία αυτών είναι οι ταλαντωτές ελεγχόμενοι από τάση, VCO . Οι ταλαντωτές που χρησιμοποιούνται σήμερα ανήκουν σε 2 βασικές κατηγορίες: ● Ταλαντωτές LC, όπου χρησιμοποιείται ένα συντονιζόμενο κύκλωμα, αποτελούμενο από επαγωγή L και χωρητικότητα C, που από κοινού καθορίζουν την συχνότητα λειτουργίας του ταλαντωτή. ● Ταλαντωτές δακτυλίου, χρησιμοποιούν κυκλώματα RC μετάθεσης φάσης Οι πρώτοι υπερέχουν στον χαμηλότερο θόρυβο και κατανάλωση, οι δεύτεροι σε μικρότερη επιφάνεια υλοποίησης και μεγαλύτερη περιοχή συχνοτήτων. Η μελέτη έγινε για ολοκληρωμένο κύκλωμα ASIC, BiCmos 0,35μm της Austriamicrosystems. Η περιοχή συχνοτήτων του VCO είναι 10GHz – 10,5GHz. Η πορεία πέρασε από την εξομοίωση των επιμέρους τμημάτων του ταλαντωτή και σταδιακά στην σύνθεσή τους. Το ζητούμενο ήταν να επιτευχθεί η χαμηλότερη στάθμη θορύβου, στα προδιαγεγραμμένα όρια λειτουργίας. Το γεγονός αυτό οδήγησε σε διαρκείς εξομοιώσεις. Στην συνέχεια μετεξελίχθηκε σε ορθογώνιο ταλαντωτή QVCO με την ίδια περιοχή εξόδου. Η διαδικασία επαναλήφτηκε για την επίτευξη της μέγιστης απόδοσης. Για την εξομοίωση χρησιμοποιήθηκε το Advanced Design System της Agilent. Η τροφοδοσία του κυκλώματος είναι στα 3volts. Η κατανάλωση 42mw για τον ταλαντωτή VCO, 90mW για τον ταλαντωτή QVCO. Ο θόρυβος φάσης είναι χαμηλότερος από -114dBc/Hz στα 10KHz για το VCO και -100dBc/Hz στα 10KHz για το QVCO. / Design of an integrated ASIC Austriamicrosystems (AMS), 0.35mm technology, quadrature voltage controlled oscillator in the range of 10GHz. The design and simulation environment had occurred in the ADS of Agilent. This design was aimed at the lowest possible noise level.