Le sujet de recherche prévoit l'amélioration des performances des inductances actives de type TOSI (transistor only simulated inductor), réalisées en technologie CMOS pour des applications de filtrage RF. Ces structures montrent de bien meilleures performances que les filtres classiques Gm–C par le petit nombre de transistors, la consommation d'énergie, la bande de fréquence et la surface du circuit intégré. En outre, les architectures TOSI peuvent être utilisées pour d'autres applications potentielles, comme les amplificateurs LNA et oscillateurs (VCO ou CCO). Dans le contexte du trend multi-standard suivi par les circuits de télécommunications (notamment sans fil), les filtres RF basés sur le concept TOSI offrent la possibilité de mise en œuvre des dispositifs accordables. pour répondre aux exigences des normes de télécommunications, la mise en œuvre des filtres d'ordre élevé est indispensable. Dans ce cas, l'utilisation de cellules de deuxième ordre est une question cruciale. Nos contributions les plus importantes présentées dans cette thèse consistent en un nouveau principe de réglage presque indépendamment de la fréquence de résonance et son facteur de qualité mais aussi sont proposées deux architectures de l'inductance TOSI avec une réponse améliorée en fréquence. D'autres résultats sont en cours de validation expérimentale. Nos travaux ont donné lieu à 12 articles publiés dans des revues prestigieuses ou présentés lors de conférences et workshops internationaux. En plus de ces aspects innovateurs, nous présentons dans ce mémoire un large descriptif des architectures des émetteurs-récepteurs sans fil utilisés pratique et un état de l'art des technologies et performances d'inductances TOSI proposées en technologie CMOS. / The scope of this thesis is to propose solutions to improve the performances of the CMOS transistor only simulated inductors (TOSI) aiming RF filtering applications. We are interested in TOSI architectures because they prove better performances than the classical gm–C filters, being superior with respect to the number of transistors, power consumption, frequency capability and chip area. Furthermore, TOSI architectures have many potential applications in RF design. In the general context of the multi–standard trend followed by wireless transceivers, TOSI based RF filters may offer the possibility of implementing reconfigurable devices. However, satisfying the telecommunications requirements is not an easy task therefore high order TOSI based filters should be implemented. Consequently, using good second order TOSI cells is a matter of the utmost importance and we propose a novel quality factor tuning principle which offers an almost independent tuning of self resonant frequency and quality factor for simulated inductors. An improved TOSI architecture with increased frequency capability is also reported.

Ce mémoire fait tout d’abord l’état de l’art des filtres reconfigurables (passifs et actifs) pour les radiocommunications. Les différentes architectures de réception sont comparées pour déterminer celles qui sont les mieux adaptées aux récepteurs de type multistandard. Les concepts de radio logicielle et de radio cognitive ainsi que la façon de les mettre en œuvre sont ensuite indiqués afin de souligner l’intérêt d’utiliser des filtres reconfigurables. Les notions de filtres réglables, reconfigurables et agiles qui sont alors comparées illustrent tout l’intérêt des filtres agiles. Une nouvelle théorie qui permet pour la première fois la réalisation de filtres passe bande du second ordre entièrement actifs à fréquence agile est ensuite introduite. Un amplificateur de contre réaction dont le gain est réglable permet de modifier facilement la valeur de la fréquence centrale du filtre obtenu. Cette théorie est ensuite généralisée et ses nouvelles propriétés sont étudiées. Il en résulte alors une plage de réglage de la fréquence beaucoup plus étendue. Des filtres passe bande ont été réalisés en mode courant en technologie SiGe BiCMOS 0.25 µm de STMicroelectroincs à partir de convoyeurs de courant contrôlés (CCCII). Les résultats de simulation obtenus pour ces différents filtres confirment les avantages de cette théorie. Ils montrent ainsi que la généralisation précédente conduit à des structures entièrement actives dont la plage de réglage de la fréquence augmente et la puissance dissipée diminue. Des résultats de mesure obtenus sous pointes pour un filtre passe bande réalisé dans la technologie précédente sont donnés. Ils sont aussi en parfait accord avec cette théorie. Cette nouvelle approche permettra de réaliser des filtres agiles pour les récepteurs multistandard de radiocommunication. / In this thesis, we explore the state of the art of reconfigurable filters (passive and active) used in radio-communications. Different receiving architectures are compared to determine the most suitable for multi-standard devices. The concept of software and cognitive radio as well as the means to implement them are indicated in order to highlight the advantage of reconfigurable filters. The concepts of tunable, reconfigurable and agile filters are compared, illustrating the advantage agile ones. A new theory which allows, for the first time, the realization of second order band-pass fully active filters is then introduced. A feedback amplifier with tunable gain allows modifying easily the center frequency of the resulting filter; this theory is then generalized and its new properties are studied. This results in a large frequency tuning range. Current mode band-pass filters are implemented in SiGe BiCMOS 0.25 µm from STMicroelectroincs using current controlled conveyors (CCCII), the simulation results confirm the interest of this theory. They also show that the generalization leads to entirely active structures whose tuning range increases while its power dissipation decreases. The measurements carried out on the fabricated chip are given; they are in perfect agreement with this theory. The new approach allows realizing agile filters for multi-standard radio-communication receivers.

Thèse (M.Eng.) -- Université du Québec à Chicoutimi, 2007. / La p. de t. porte en outre: Mémoire présenté comme exigence partielle de la maîtrise en ingénierie. CaQCU Bibliogr.: f. [121]-124. Document électronique également accessible en format PDF. CaQCU

Ces travaux de thèse portent sur l‟étude de filtres « multi-fonctions » dont l‟objectif serait de réduire les dimensions des circuits réalisant les fonctions de filtrage dans les systèmes aéroportés. Ces travaux ont donc conduit à la réalisation de filtres large bande (2 – 18 GHz) réjecteurs développés en technologie MMIC utilisant la filière GaN, ainsi que des filtres large bande développés suivant la filière AsGa en technologie MMIC. Les différents filtres réjecteurs ont été conçus suivant deux principes :- Le premier basé sur une structure à résonateurs à lignes couplées. Les différents prototypes réalisés ont permis de montrer l‟accordabilité en fréquence grâce à une charge variable placée à l‟extrémité non court-circuité de la ligne couplée. Celle-ci peut être réalisée par une diode varactor ou par un transistor froid. Ces prototypes ont également permis de montrer la possibilité de fonctionner suivant un mode passe-tout ou un mode réjecteur par simple polarisation de transistors chargés à l‟extrémité de la ligne couplée.- Le second est basé sur l‟accordabilité de filtres actifs par commutation entre plusieurs canaux à l‟aide d‟une structure distribuée. Un prototype a été développé et réalisé en technologie AsGa. Cette structure permet à la fois une accordabilité en fréquences, ainsi qu‟en largeur de bande passante (par activation de plusieurs canaux de bandes passantes adjacentes), et une adaptation large bande. Cette structure réunit à la fois des fonctions d‟accordabilité en fréquences (entre 8,7 et 15,6 GHz) par polarisation d‟éléments actifs, ceux-ci permettant même d‟obtenir du gain (de l‟ordre de 10 dB). / The aim of this work is to study “multi-functions” filters with an objective to reduce the dimensions of the circuits used for filtering functions in airborne systems. This work allows to obtain wide band notch filters (from 2 to 18 GHz) developed in MMIC technology using theEtude de Filtres MMIC Hyperfréquences en Technologies GaN et AsGa. 152GaN process and wide band filters developed in GaAs technology. The notch filters have been realized with two principles:- The first one based on coupled lines resonators structure. The prototype manufactured allow to validate the frequency tunability thanks to a variable load placed at the end of the coupled line. This can be realized with a varactor diode or with a cold transistor. These prototypes allow also validating the possibility for the circuit to work as an “allpass” filter or as a notch filter by applying a bias voltage on the transistors placed at the end of the coupled line.- The second one is based on the tenability of active filters by commuting between several channels thanks to a distributed structure. A prototype has been developed and manufactured in GaAs technology. This structure allow a frequency tunability with also the possibility to tune the bandwidth (by activating seeral channels with edge bandwidth), and a wide band matching. This structure allows to obtain frequency tunability (between 8.7 and 15.6 GHz) by applying a bias voltage on the active elements which brin gain (around 10 dB).