Conception sur silicium de convertisseurs analogique-numérique haut débit pour le radiotélescope SKA

• Main Author: Da Silva, Bruno
• Language: fra
• Published: Université d'Orléans 2010
• Subjects: [SPI] Engineering Sciences; [SPI] Sciences de l'ingénieur; Echantillonneur-bloqueur; Logique à émetteur couplé
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00579859; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/57/98/59/PDF/bruno.dasilva_2725.pdf

Pour les applications radioastronomiques, l'interface entre les mondes analogique et numérique est primordiale. Les convertisseurs analogique-numérique (CAN) doivent atteindre une forte résolution et un taux d'échantillonnage de plus en plus élevé pour numériser la plus grande bande passante possible. Pour le futur radiotélescope géant international SKA (Square Kilometer Array), la bande passante requise s'étend de 100 à 1500 MHz. L'objectif de ce mémoire est de concevoir et réaliser un CAN avec la technologie Qubic4X 0,25 µm en SiGeC, capable de dépasser le giga échantillon par seconde (GS/s) pour numériser toute la bande passante, pour des réseaux phasés denses. Deux études de CAN font l'objet de cette thèse. Dans le cadre de ce projet, nous avons analysé les différents blocs afin de minimiser les erreurs statiques et dynamiques pour une architecture parallèle 6 bits. Un premier CAN 6~bits en BiCMOS fonctionnant à une cadence de 1 GS/s a été étudié, réalisé et testé. Les simulations " post-layout " montrent un nombre de bits effectif de 4,6 bits pour une fréquence d'entrée de 400 MHz. La conception du masque permet de tester la puce. Ainsi, la sortie permet de valider le design. Les tests démontrent que le CAN opère à une fréquence maximale de 850 MS/s avec une bande passante de 400~MHz. Cependant, des erreurs persistent empêchant l'utilisation du circuit en raioastronomie. Le CAN consomme 2 Watts. Cette forte consommation est due aux interfaces d'entrées-sorties. Le second CAN bipolaire 6 bits fonctionne à une cadence de 3 GS/s. Ce convertisseur à architecture parallèle est entièrement conçu avec des topologies différentielles bipolaires. La partie numérique utilise une logique à émetteur couplé (ECL). Nous obtenons ainsi pour le second CAN une cadence de conversion élevée. Les simulations " post-layout " montrent que le CAN peut fonctionner à une fréquence de 3 GS/s, nous obtenons ainsi une bande passante de 1400 MHz. Les résultats dynamiques indiquent un nombre effectif de 5 bits pour une consommation de 3 Watts.