La technologie CMOS SOI (« Silicon On Insulator ») a déjà montré son intérêt pour les circuits numériques par rapport à la technologie CMOS sur substrat massif (« bulk »). Avec l'entrée des technologies CMOS dans l'ère des dimensions nanométriques, les transistors atteignent des fréquences de coupures élevées, ouvrant la voie aux applications hyperfréquences et de ce fait à l'intégration sur la même puce des circuits numériques, analogiques et hyperfréquences. Cependant, la piètre qualité des éléments passifs reste le principal verrou des technologies CMOS pour y parvenir.<br />Les travaux effectués lors de cette thèse portaient sur l'étude des aptitudes de la technologie CMOS SOI 130 nm de ST-Microelectronics pour des applications hyperfréquences au-delà de 20 GHz. Ils consistaient plus précisément à concevoir des circuits de démonstration pouvant entrer dans la composition d'une chaîne d'émission/réception. Trois amplificateurs distribués en bande K ont d'abord été conçus et mesurés. Malgré des pertes élevées dans les lignes de transmission limitant ainsi la bande passante et le gain, les performances mesurées montrent l'intérêt de cette technologie pour les hyperfréquences. Ensuite, une nouvelle série de démonstrateurs – amplificateurs distribués, amplificateurs faible bruit et mélangeurs actifs – a été conçue en employant des lignes à plus faibles pertes que celles utilisées précédemment. Les résultats de simulation montrent que le produit gain-bande des amplificateurs distribués a doublé en conservant la même architecture. Les simulations des amplificateurs faible bruit et des mélangeurs actifs montrent des performances à l'état de l'art en CMOS.

This dissertation focuses on design and implementation of a highly linear and low flicker-noise receiver front-end based on the direct conversion architecture for multiband applications in a CMOS technology. The dissertation consists of two parts: One, implementation of a highly linear RF receiver front-end and, two, implementation of a low flicker-noise RF receiver front-end based for direct conversion architecture. For multiband applications, key active components, highly linear LNAs and mixers, in the RF front-end receiver have been implemented in a 0.18um CMOS process. Theoretical approaches are analyzed from the perspective of implementation issues for highly linear receiver system and are also compared with measured results. Highly linear LNAs and mixers have been analyzed in terms of noise, linearity and power consumption, etc. For a low flicker-noise receiver front-end based on direct conversion architecture, the design of differential LNA and various low flicker-noise mixers are investigated in a standard 0.18um CMOS process. A differential LNA which shows high linearity was fabricated with a low flicker-noise mixer. Three low flicker-noise mixers were designed, measured and compared to the-state-of-the-arts published by other research institutes and companies.

Les progrès de la technologie silicium germanium (SiGe) suscitent sa possible utilisation dans les applications à haute fréquence. Les travaux décrit dans ce mémoire visent à étudier les potentialités de cette technologie pour la réalisation de circuits intégrés monolithiques (MMIC) faibles bruit dans la bande de 10 GHz. Ce mémoire est articulé autour de trois chapitres. Le premier rappelle les contraintes auxquelles doit répondre un transistor bipolaire afin d'être utilisable dans les circuits RF millimétriques. La technologie qu'à développé STMicroelectronics pour ce domaine d'application est ensuite présentée. Enfin, le travail de caractérisation qui a été réalisé afin de valider le comportement des modèles que nous allons utiliser pour concevoir des circuits RF est présenté. Le second chapitre est consacré à la conception de circuits amplificateurs à faible bruit. La méthode de travail ainsi que les topologies de circuits sont présentées. Le résultat des caractérisations effectuées est ensuite présenté. Nous terminons en concluant au sujet des performances en terme de consommation, linéarité, gain et facteur de bruit des différents circuits. Le troisième chapitre aborde la conception de sources radiofréquence à faible bruit de phase. Les différentes topologies de circuits que nous avons étudiés sont présentées, ce qui nous a permis de mettre en évidence les topologies offrant les meilleures performances. Enfin, une technique basée sur le principe de dégénérescence de bruit, est également présentée. Ce travail nous a permis d'intégrer sur un circuit MMIC, autour d'un circuit oscillateur de type Colpitts, un dispositif réducteur de bruit. Les résultats théoriques de cette étude ont montré l'efficacité de cette méthode.

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse consistent principalement en la conception de fonctions intégrées radiofréquences BiCMOS SiGe exploitant des résonateurs à ondes acoustiques de volume FBAR. Contrairement aux techniques actuelles rencontrées dans l'industrie qui consistent à réaliser des filtres et des résonateurs discrets et à les associer par la suite avec les circuits actifs des émetteurs-récepteurs au niveau du boîtier, nos résonateurs sont directement réalisés sur le substrat silicium des circuits actifs RF par une technique appelée intégration " above-IC ". Avec cette méthode d'intégration, les parasites et la modélisation associés aux microsoudures (Wire Bonding) sont éliminés. Elle permet aussi de se passer des circuits d'interface et d'adaptation nécessaires dans le cas de filtres RF discrets. Ceci permet de réduire considérablement la consommation et le volume des systèmes. Des amplificateurs faible bruit filtrants et des oscillateurs visant le standard WLAN IEEE 802.11a ont ainsi été implantés en utilisant cette technique d'intégration "above IC". Les circuits obtenus sont très compacts, et leurs performances, notamment celles des oscillateurs, sont à l'état de l'art. Par ailleurs, des amplificateurs faible bruit et des VCO LC SiGe intégrés pour application WLAN 5GHz sont également présentés et leurs techniques d'optimisation sont données.

The potential of implementing subthreshold radio frequency circuits in deep sub-micron CMOS technology was investigated for developing low-power front-ends for wireless personal area network (WPAN) applications. It was found that the higher transconductance to bias current ratio in weak inversion could be exploited in developing low-power wireless front-ends, if circuit techniques are employed to mitigate the higher device noise in subthreshold region. The first fully integrated subthreshold low noise amplifier was demonstrated in the GHz frequency range requiring only 260 μW of power consumption. Novel subthreshold variable gain stages and down-conversion mixers were developed. A 2.4 GHz receiver, consuming 540 μW of power, was implemented using a new subthreshold mixer by replacing the conventional active low noise amplifier by a series-resonant passive network that provides both input matching and voltage amplification. The first fully monolithic subthreshold CMOS receiver was also implemented with integrated subthreshold quadrature LO (Local Oscillator) chain for 2.4 GHz WPAN applications. Subthreshold operation, passive voltage amplification, and various low-power circuit techniques such as current reuse, stacking, and differential cross coupling were combined to lower the total power consumption to 2.6 mW. Extremely compact resistive feedback CMOS low noise amplifiers were presented as a cost-effective alternative to narrow band LNAs using high-Q inductors. Techniques to improve linearity and reduce power consumption were presented. The combination of high linearity, low noise figure, high broadband gain, extremely small die area and low power consumption made the proposed LNA architecture a compelling choice for many wireless applications.

Le traitement et le diagnostic de maladies d'origine génétique suscite un grand intérêt à l'heure actuelle. De par leur spécificité d'appariement avec les acides nucléiques, les oligonucléotides possèdent un grand potentiel dans ce domaine. Ils se heurtent toutefois à des limitations majeures, dont leur faible stabilité en milieu physiologique et la difficulté qu'ils ont à franchir les membranes biologiques. De nombreuses équipes de recherche s'intéressent, afin de pallier ces limitations, à la conception et à la synthèse d'oligonucléotides chimiquement modifiés. Parmi ceux-ci, les Locked Nucleic Acids (LNA), présentant une modification qui consiste en l'insertion d'un pont −O−CH2− entre l'atome C2' et l'atome C4' du sucre, constituent une famille qui semble posséder les propriétés requises. Ils sont considérés comme des candidats très prometteurs en tant qu’agents thérapeutiques et qu’outils de diagnostic du génome. La caractérisation de la stabilité et de la sélectivité d'appariement entre les LNA et les acides nucléiques naturels est, dans ce contexte, important.<p><p>Dans ce travail, nous avons étudié la stabilité, la sélectivité d'appariement ainsi que la dynamique de la structure double brin d'un oligonucléotide hybride LNA-DNA, et nous avons comparé ces propriétés à celles d'un oligonucléotide DNA-DNA de même séquence. Ce dernier est constitué de 11 paires de bases formées par l'appariement du brin 5'-GCGTGTGTGCG-3' avec le brin 3'-CGCACACACGC-5'. Dans le cas de l'hybride, les nucléotides du second brin sont tous remplacés par des LNA.<p><p>La stabilité a été étudiée expérimentalement par différentes techniques :spectroscopie d'absorption UV, calorimétrie différentielle à balayage, résonance magnétique nucléaire et calorimétrie à titrage isotherme. Ces études montrent que la stabilité du duplexe hybride est plus importante que celle du naturel, et que ce phénomène s'explique par un terme entropique plus favorable pour la formation du duplexe LNA-DNA que pour la formation du duplexe DNA-DNA.<p><p>La sélectivité d'appariement a été étudiée en comparant la stabilité des deux oligonucléotides étudiés avec celle d'oligonucléotides présentant un mésappariement dans la séquence. Nos résultats montrent que la sélectivité d'appariement du brin LNA n'est pas significativement différente de celle du brin DNA. Ce résultat ne doit cependant pas être généralisé car nous n'avons testé qu'une position centrale pour le mésappariement.<p><p>L'étude de la dynamique de la structure des oligonucléotides a été effectuée par RMN et porte sur la caractérisation de la cinétique de l'ouverture individuelle des paires de bases. Nous observons que la durée de vie de l'état fermé des paires de bases G-C est supérieure dans l'oligonucléotide LNA-DNA, tandis que l'état fermé des paires A-T semble posséder une durée de vie supérieure dans l'oligonucléotide DNA-DNA.<p><p>Au cours de ce travail de thèse nous avons pu caractériser les facteurs énergétiques à la base de la stabilité accrue des oligonucléotides chimiquement modifiés de type LNA. Nous avons montré que leur sélectivité d’appariement n’est pas toujours supérieure à celle des oligonucléotides naturels et dépend des séquences impliquées. Enfin, nous avons mis en évidence les différences entre la dynamique de la structure d’un oligonucléotide possédant des LNA et celle d’un duplexe DNA. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’utilisation de molécules issues d’une synthèse maîtrisée est une approche très intéressante pour les biologistes car elle met à leur disposition des molécules bien caractérisées et d’une grande pureté. Dans un premier temps, nous avons synthétisé des triglycérides structurés. Ce sont des molécules lipidiques dans lesquelles les acides gras d’intérêt sont estérifiés sur le squelette glycérol en position connue. Les acides gras introduits appartiennent à la série oméga 3 (acides linolénique (ALA), eicosapentaènoique (EPA) et docosahexaènoique (DHA). Ils sont estérifiés spécifiquement en position interne ou externes car la biodisponibilité des lipides alimentaires, apportés sous forme de triglycérides, varie en fonction de la position de l’acide gras sur le squelette glycérol. L’utilisation de ces lipides structurés a été validée par des études de biodisponibilité, in vivo, chez le rat, qui ont montré que l’ALA était très bien assimilé quelle que soit sa position sur le glycérol. Dans un deuxième temps, nous avons synthétisé un acide a-linolénique fluorescent, sous forme d’ester méthylique, pour obtenir in fine un TG fluorescent. Celui-ci nous permettra suivre, par imagerie, le devenir de l’ALA dans des cellules en culture, modèles de la barrière intestinale. Les différentes molécules synthétisées sont apparues comme un outil fondamental permettant de mieux connaître le devenir métabolique des triglycérides dans l’organisme. / Biologists are very interested in the use of molecules obtained by a well-controlled synthesis because such molecules are well characterized and of high purity. First, we synthesized pure structured triglycerides in other words lipid molecules in which fatty acids are esterified onto a known position of the glycerol backbone. The introduced polyunsaturated fatty acids belong to the omega 3 series (linolenic (LNA),eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA acids). As the bioavailability of lipids depends upon their position on the glycerol skeleton , we prepared triglycerides esterified with omega 3 fatty acids either qt one of the external positions or at the internal one. The use of these structured lipids was validated byr in vivo studies on rats that showed a good assimilation of LNA whatever its position was. Secondly, we synthesized an ? linolenic acid as methyl ester labeled with a fluorophore To obtain in fine a fluorescent triglyceride. This last one will be use for the spatio-temporal follow-up, in culture cell, of the LNA. The synthesized molecules are a promising tool to better understand the triglycerides’ metabolism in the human being.

The Square Kilometre Array (SKA) is a multibillion and a multinational science project to build the world’s largest and most sensitive radio telescope. For a very large field of view, the combined collecting area would be one square kilometre (or 1, 000, 000 square metre) and spread over more than 3,000 km wide which will require a massive count of antennas (thousands). Each of the antennas contains hundreds of low noise amplifier (LNA) circuits. The antenna arrays are divided into low, medium and high operational frequencies and located at different positions to boost up the telescope’s scanning sensitivity.The objective of this work was to develop and fabricate fully on-chip LNA circuits to meet the stringent requirements for the mid-frequency array from 0.4 GHz to 1.4 GHz of the SKA radio astronomy telescope using Monolithic Microwave Integrated Circuit technology (MMIC). Due to the number of LNA reaching figures of millions, the fabricated circuits were designed with the consideration for low cost fabrication and high reliability in the receiver chain. Therefore, a relaxed optical lithography with Lg = 1 µm was adopted for a high yield fabrication process.Towards the fulfilment of the device’s low noise characteristics, a large number of device designs, fabrication and characterisation of InGaAs/InAlAs/InP pHEMTs were undertaken. These include optimisations at each critical fabrication steps. The device’s high breakdown and very low gate leakage characteristics were further improved by a combination of judicious epitaxial growth and manipulation of materials’ energy gaps. An attempt to increase the device breakdown voltage was also employed by incorporating Field Plate structure at the gate terminal. This yielded the devices with improvements in the breakdown voltage up to 15 V and very low gate leakage of 1 µA/mm, in addition to high transconductance (gm) characteristic. Fully integrated double stage LNA had measured NF varying from 1.2 dB to 1.6 dB from 0.4 GHz to 1.4 GHz, compared with a slightly lower NF obtained from simulation (0.8 dB to 1.1 dB) across the same frequency band.These are amongst the attractive device properties for the implementation of a fully on-chip MMIC LNA circuits demonstrated in this work. The lower circuit’s low noise characteristic has been demonstrated using large gate width geometry pHEMTs, where the system’s noise resistance (Rn) has successfully reduced to a few ohms. The work reported here should facilitate the successful implementation of rugged low noise amplifiers as required by SKA receivers.

This work deals with design, simulation and realisation of a receiving systém of an S-band front end for satellite communication. The first part of the project is designed the low noise amplifier (LNA) with high associated gain. The basic point of the design is choice of the active device. In the present time are available the ultra low noise transistors based on the GaAs with high mobility electron. The two-stage LNA has been designed with Agilent ATF-55143. It is pseudomorphic HEMTs ,which work in an enhancement mode.These transistor do not require a negative bias voltage and have extremely good typical noise figure. The design includes an interdigital tuned band pass filter between stages. The second part of the project is search another way design circuit. There are designed two LNA with paralel coupled line filter. The first has been applied on a PTFE substrate Duroid 5880 with relative permitivity 2,2 and tg d = 0,009. The substrate FR-4 (r = 4.34) with the thickness 0.06” was used for the realization.

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