Die vorliegende Arbeit beschreibt die Analyse und den Entwurf eines vollintegrierten Empfängers im UHF-Bereich mit dem Ziel, für die Verwendung im Mobilfunkstandard der vierten Generation geeignet zu sein, aber auch eine Einschätzung bezüglich der Anwendbarkeit eines solchen Empfängers für Geräte der fünften Generation vorzunehmen. Bei dem Empfängerkonzept handelt es sich um einen direkt digitalisierenden Empfänger, d.h. das Empfangssignal wird direkt mittels Analog-Digital-Umsetzer digitalisiert und vorher nicht auf eine niedrigere Trägerfrequenz abwärtsgemischt. Der Analogteil eines direkt digitalisierenden Empfängers besteht also nur aus einem LNA und einem ADU. Diese Empfängertopologie stellt hohe Anforderungen an den ADU und bildet deshalb den Fokus dieser Arbeit. Für die Untersuchungen des Empfängerkonzepts wurde sich auf eine Implementierung für niedrige Mobilfunkfrequenzbänder beschränkt, weshalb für den Entwurf festgelegt wurde, eine Trägerfrequenz von 750MHz mit einer Signalbandbreite von 20MHz empfangen und verarbeiten zu können. Der Entwurf erfolgte in einer 28nm CMOS Technologie, sollte flächen- und stromsparend sein, sich aber auch für zukünftige Technologieknoten mit noch höherer Integrationsdichte eignen, ohne die analogen Schaltblöcke gesondert bei der Technologiewahl berücksichtigen zu müssen. Somit konnten integrierte Spulen in der Empfängerkette nicht verwendet werden. Zugleich muss im Empfänger der Alias-Effekt unterdrückt werden. Um diese strengen Rahmenbedingungen ohne exorbitante Stromaufnahme zu erfüllen, kommt als ADU-Topologie nur ein zeitkontinuierlicher Sigma-Delta-Modulator in Frage. Dazu musste das Schleifenfilter des Sigma-Delta-Modulators komplett neu entworfen werden, was u.a. den Entwurf einer einstellbaren hochgütigen aktiven Spule erforderte. Das Empfängerkonzept konnte erfolgreich an der gefertigten Schaltung verifiziert werden, der gemessene dynamische Bereich blieb jedoch weit hinter dem ursprünglich anvisierten Ziel von 84dB zurück. Es konnte lediglich ein dynamischer Bereich von 59dB bei einer Leistungsaufnahme von 36,4mW und einer maximalen Auflösung von 4,5 Bit erreicht werden. Nachfolgende Untersuchungen des Konzepts zeigen aber Lösungsansätze auf, mit denen die Auflösung auf 8,7 Bit und der Dynamikbereich auf 69dB gesteigert werden kann.

Ce travail de thèse porte sur la conception de dispositifs filtrants accordables, c'est-à-dire pouvant commuter leurs caractéristiques d'un standard à un autre afin de réduire l’encombrement des chaines émission/réception d’un dispositif multistandard. Les filtres les plus utilisés actuellement sont des filtres acoustiques. En effet, ces filtres sont difficilement intégrables dans une technologie silicium et ils restent parmi les dispositifs passifs les plus encombrants du front-end RF. De plus, ils ne permettent pas d’avoir de bonnes performances en pertes d’insertion, en sélectivité et en accordabilité fréquentielle. De ce fait, des solutions alternatives sont à l’origine de ces travaux de thèse. Nous avons considéré tout d’abord un filtre actif qui a la possibilité de régler sa fréquence de résonnance, d’une part à la fréquence de résonnance du système Wifi et d’autre part, à la fréquence de résonnance du système Zigbee. Ensuite, une autre solution a été proposée dans le dernier chapitre qui consiste à réaliser une structure active filtrante bi-bande intégrée. Cette solution a pour avantage de récolter simultanément les données des systèmes opérant dans les deux bandes de fréquences visés. Les résultats obtenus des circuits réalisés sont validés par des simulations et de mesures. / This thesis concerns the design of tunable filter devices that can switch theirs characteristics from one standard to another in order to reduce the congestion of emission/reception chain of multi-standard systems. The most commonly used filters are acoustic filters. Indeed, these filters are difficult to be integrated in silicon technology and they remain one of the most bulky passive devices of the RF front-end. In addition, they don’t achieve good performance in insertion loss, frequency selectivity and tunability. Therefore, alternative solutions are at the origin of this thesis. An active filter is considered with the possibility of adjusting the resonance frequency: the resonant frequency of the Wifi system and the resonance frequency of the Zigbee system. Moreover, another solution is proposed in the last chapter, which consists to achieve a dual band structure of integrated active filter. This solution has the advantage to simultaneously collect data provided from the operating systems located in the two specified frequencies bands. Simulations and measurements validate the results of the realized circuits.