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Analyse comportementale et conception d'oscillateurs à commande numérique à faible bruit de phase en bande K et implémentés en technologie 22 nm FD-SOI pour les radars automobiles à 76-81 GHz

Les radars à ondes millimétriques sont indispensables dans la réalisation de fonctions de sécurité des véhicules et pour la conduite autonome, ce qui en fait l’un des domaines de recherche les plus en vogue actuellement. L’objectif principal de cette thèse est de mettre en œuvre un oscillateur à commande numérique (OCN) en bande K à faible bruit de phase avec une large bande d’accord en fréquence de plus de 20 % pour une boucle à verrouillage de phase entièrement numérique (ADPLL en anglais), qui sera ensuite appliquée aux radars automobiles à ondes continues modulées en fréquence (FMCW en anglais) de 76 à 81 GHz. Deux solutions différentes sont proposées : La première est un OCN à triple banques de capacités commutées (T-OCN), dont la banque de réglage grossier est principalement utilisée pour compenser les variations de PVT, tandis que les banques de réglage moyen et fin permettent de couvrir la largeur de bande de fréquence désirée, nécessitant ainsi un chevauchement des fréquences de plus de 15 % comme dans les OCN conventionnels. En outre, grâce à la nouvelle architecture de réglage fin proposée et basée sur la polarisation de la grille arrière, le T-OCN permet d’obtenir une résolution de fréquence fine de 1.38 MHz à une fréquence porteuse d’environ 20 GHz. La seconde est un OCN à double banque (D-OCN), qui s’appuie uniquement sur une banque de réglage fin à grand nombre d’éléments contrôlée sur 10-bit afin de générer des signaux modulés en fréquence. Cette approche originale nous permet de nous affranchir du problème de chevauchement et de calibration de la fréquence indispensable dans le cas des OCNs à plusieurs banques (plus de trois banques de réglage de fréquence, similaire au T-OCN), le rendant ainsi plus adapté à une utilisation dans le domaine des radars automobiles FMCW. Parallèlement, le D-OCN permet d’obtenir une résolution de fréquence fine de 2.1 MHz et une plage de réglage fin de 2 GHz en utilisant une nouvelle capacité MOM personnalisée de 973 aF. De plus, le T-OCN et le D-OCN sont tous les deux implémentés en technologie 22 nm FD-SOI, ce qui permet d’atteindre des performances en bruit de phase à l’état de l’art et inférieures à -110 dBc/Hz à 1 MHz de la porteuse sur l'ensemble de la plage de fréquences.

Mots-clés libres : Oscillateurs à commande numérique, OCN, bande K, faible bruit de phase, 22 nm FD-SOI, ADPLL, FMCW, radars automobiles.

Rameau (langage normalisé) :
• Bruit de phase
  
• Oscillateurs radiofréquences
  
• Oscillateurs à commande numérique
  
• Technologie silicium sur isolant
  
• Radar automobile d'aide à la conduite