L'objectif de cette thèse est de démontrer la faisabilité d'oscillateurs contrôlés en tension (O.C.T.) rivalisant en termes de bruit de phase avec les O.C.T. fabriqués en technologies III V. Cet O.C.T. doit être complètement intégré, adresser la bande Ku et utiliser la technologie QUBiC4X de NXP Semiconductors. Les travaux de cette thèse sont articulés autour de trois chapitres principaux, le premier revient sur les bases fondamentales à la compréhension des phénomènes inhérents aux composants électroniques et présents dans les oscillateurs plus particulièrement. Le second explique, en s'appuyant sur l'analyse des formes d'ondes et sur des calculs analytiques, les choix retenus en termes d'architecture pour la partie active ainsi que pour le résonateur afin de minimiser la conversion du bruit AM/PM et atteindre les meilleures performances possibles en bruit de phase. Il décrit les quatre versions d'O.C.T. réalisés et analyse les résultats de simulations post-layout obtenus pour justifier leur fabrication. Il présente notamment une architecture innovante utilisant les avantages d'un montage cascode ainsi qu'un résonateur à trois inductances différentielles imbriquées les unes dans les autres. Le troisième chapitre détaille les choix de design faits lors du dessin des masques ainsi que les résultats de mesures obtenus pour les quatre versions fabriquées. Enfin, il se termine par une énumération des recherches menées dans le but d'expliquer les différences observées entre les résultats de mesure et de simulation. / The thesis goal is to demonstrate the feasibility of voltage controlled oscillator (VCO) challenging the VCOs using III-V technologies regarding phase noise performances. This VCO must be fully integrated, target the Ku-band and use the QUBiC4X process from NXP Semiconductors. This thesis work is based on three main chapters, the first one reviews the fundamentals to understand the intrinsic phenomena in electronics components and more particularly in oscillators. The second explains, by using the waveforms analysis and analytical demonstrations, the choices made regarding both the active part and the resonator architecture in order to minimize the AM/PM noise conversion and then to reach the best phase noise performances. It describes the four versions of the realized VCOs and analyzes the post-layout simulations results to justify their fabrications. It shows more specifically an innovative architecture using the advantages of a cascode configuration and a resonator based on three interlocked differential inductors. Finally, the third chapter focuses on the masks' layout and measurements results of the four VCOs. It also details the investigations made to explain the differences between measurements and simulations.

Cette thèse présente une étude de faisabilité d'un récepteur faible coût et faible consommation pour l'extension du standard DVS-S à la mobilité. L'objectif de ce projet est de proposer de solutions pour lever les verrous technologiques quant à la réalisation d'un tel système en technologie CMOS 65 nm. Ce manuscrit de thèse articulé autour de quatre chapitres décrit toutes les étapes depuis la définition des spécifications du réseau d'antennes et de la chaîne de réception jusqu'à la présentation de leurs performances, en passant par l'étude de leurs architectures et de la conception des différents blocs. Suite à l'étude au niveau système et au bilan de liaison, le démonstrateur envisagé est constitué d'un réseau d'antennes (huit sous-réseaux de huit antennes microruban) suivi de la mise en parallèle de huit chemins unitaires pour satisfaire les exigences (Gain, facteur de bruit, rapport signal-à-bruit...) de l'application visée. Ce travail a abouti à la démonstration de la faisabilité d'une architecture innovante. Par ailleurs, nous avons aussi démontré sa non-application pour le standard DVB-S en raison des limitations en bruit de la technologie CMOS. Cependant des pistes existent pour améliorer le rapport signal-à-bruit du démonstrateur, à savoir l'utilisation d'un LNA (Low Noise Amplifier) avec une technologie compétitive en bruit et/ou d'un traitement du signal après la démodulation en bande par un processeur analogique. / This work focuses on the faisability of a low cost and low power receiver in order to extend the DVB-S standard to mobility. The objective of this project is to suggest solutions to overcome technological bottlenecks fot the realization of such a demonstrator with 65 nm CMOS technology. This report composed of four chapters, describes all steps from the specification definition to the performances of the antenna array and the receiver through the architecture study and the different blocks design. [...]

L’augmentation du nombre d’appareils communicants et du débit de données a pour conséquence une montée en fréquence des dispositifs micro-ondes, notamment dans le secteur du spatial. L’optimisation des modules existants n’est pas toujours suffisante. Il faut donc synthétiser de nouveaux circuits. Cependant, la plupart des méthodes de synthèse existantes, inclues dans les logiciels de CAO, ne prennent pas en compte les modèles à pertes des fondeurs. Or, plus la fréquence de fonctionnement est élevée, plus leurs prises en compte est indispensable. Cette thèse propose une nouvelle méthode de synthèse et de conception pour les circuits faible bruit intégrés (amplificateur faible bruit et mélangeur). Elle prend en compte les modèles à pertes des composants passifs des fondeurs, les lignes de connexion, les jonctions et elle combine plusieurs fonctions comme l’amplification et le filtrage ainsi que le mélange et le filtrage. Elle a été validée en simulation et en mesure. / Due to the evolution of wireless systems and data rate, it is necessary to increase microwave operating frequencies, especially in space industry. Optimization of existing circuit topologies are always not enough and therefore, we need to synthetize new circuits. Unfortunately, most of the existing synthesis methods, including in CAD softwares, are only based on lossless passive component models. With the increase of operating frequency, we need to take the effect of losses in the passive component models during synthesis. This thesis introduces a new synthesis and design method for low noise integrated circuits(low noise amplifier and mixer). Lossy passive component models from foundries, connecting wires, junctions and co-design (amplification and filtering or mixing and filtering)are included. The design procedure was validated by simulations and measurements.

Être connecté en haut débit au WEB à bord des avions est un marché à fort potentiel commercial qui a motivé le lancement d'un projet nommé FAST (Fiber-like Aircraft SaTellite communications). Dans le cadre de ce projet, la société Axess Europe, en partenariat avec sept partenaires dont le LAAS-CNRS a développé une antenne plane à matrice d'éléments rayonnants dont l'orientation du faisceau est gérée électroniquement. Cette antenne permet la communication avion-satellite. Cette thèse traite de la partie synthèse de fréquence de l'électronique d'émission-réception de l'antenne. Afin de pouvoir s'adapter à n'importe plan de fréquence de satellite, mais aussi la volonté de pouvoir compenser l'effet Doppler dans une certaine mesure, ces travaux se sont tournés vers l'amélioration de la résolution d'une boucle à verrouillage de phase (PLL), et plus particulièrement sur l'étude et la réalisation d'un diviseur de fréquence fractionnaire capable de satisfaire ces exigences. Dans une PLL, la division fractionnaire permet d'augmenter la résolution fréquentielle sans devoir diminuer la fréquence de référence, ce qui permet de conserver la dynamique de boucle, la bande passante ainsi que les caractéristiques en bruit de phase. Cependant, elle génère des raies parasites gênantes, que l'on peut toutefois atténuer avec plusieurs techniques bien connues. Parmi ces techniques, on trouve le DDS (synthétiseur numérique direct) utilisé comme diviseur fractionnaire, mais il ne permet d'atteindre la résolution fréquentielle souhaitée que pour une taille trop importante. Nous avons donc développé une variante basée sur un DDS qui permet d'en conserver les avantages pour la réduction des raies parasites, tout en augmentant la résolution fréquentielle sans devoir en augmenter la taille. Une étude exhaustive de cette structure originale est proposée.