Métrologie et modélisation du bruit basse fréquence dans les transistors à effet de champ : application à la CAO des sources dans les systèmes de communication

par Ahmed Lyoubi

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences et optoélectronique. Télécommunications

Sous la direction de Michel Prigent.

  • Titre traduit

    Metrology and modeling of the low frequency noise in field-effect transistors : application to the cad of the sources in communication systems


  • Résumé

    Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement d'un banc de mesure du bruit basse fréquence et la modélisation électrique distribuée des transistors à effet de champ hyperfréquences afin de disposer d'une description plus fine de ce composant pour la CAO des circuits micro-ondes. Une première approche utilise la modélisation dite classique qui permet de décrire le transistor par un circuit équivalent électrique intrinsèque. Cependant, les spécifications contraignantes imposées aux spectres de bruit des oscillateurs inclus dans les systèmes électroniques imposent une modélisation rigoureuse du comportement en bruit basse fréquence des composants actifs. Le bruit de phase d'un oscillateur étant étroitement lié au bruit basse fréquence du transistor utilisé, il faut étudier le comportement en bruit de fond du composant. En effet, la présence de bruit converti par modulation de phase et d'amplitude autour de la porteuse des oscillateurs, contribue à l' augmentation des taux d'erreurs et à la diminution de la sensibilité des radars pour ne citer que ces deux exemples. Pour cela un banc de mesure de bruit basse fréquence, composé d'un amplificateur de tension faible bruit, d'un amplificateur transimpédance et d'un analyseur FFT a été mis au point, et un modèle de TEC de type distribué incluant ces sources de bruit a été développé à partir de la caractérisation expérimentale. Puis ce modèle distribué en bruit basse fréquence nous a permis de comparer avec succés les mesures et les simulations du bruit de phase d'un oscillateur à résonatuer diélectrique, circuit constitutif d'une source millimétrique complète d'un radar anti-collision fonctionnant à 77 GHz, et ayant une fréquence d'oscillation de 19 GHz.


  • Résumé

    This work concerns the development of the low frequency noise measurement set up and the distributed electrical modeling of field-effect transistors in order to lay out a precise and realistic description of this component for microwave CAD circuits. A first approach uses the classical model topology based on the non linear intrinsic model and the external parasitic elements. However, the constraining specifications imposed on the noise spectra of the oscillators within the electronic systems impose a rigorous modelling of the low frequency noise of the active devices. In oscillator circuits, low frequency noise sources are pratically the main causes of the resulting phase noise, so it is necessary to study the noise behaviour of the component. Indeed, the presence of noise converted by phase modulation and amplitude around the oscillator carrier, contribute for instance, to increase the bit error rate or to reduce the radar detector sensibility. In order to extract a realistic electrical noise models, a low frequency noise measurement set up, composed of a low noise voltage amplifier, a low noise transimpedance amplifier and an FFT analyzer, is developed. With this experimental characterization, the FET LF noise model is established from the distributed non linear model. The distribution of the low frequency noise current sources into the non linear model enabled us to compare successfully the measured and computed phase noise of the DRO at 19 GHz of millimeter wave sources of warning/avoidance car radar at 77 GHz.

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Informations

  • Détails : 164 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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