Transposeurs intégrés ultra large bande continûment accordable de 1 à 20 GHz, utilisant les technologie de silicium micro-usiné dans un perspective de consommation ultra faible (quelques mW)

par Julien Pagazani

Thèse de doctorat en Electronique, Optronique et Systèmes

Sous la direction de Gaëlle Lissorgues.

Le président du jury était Catherine Dehollain.

Le jury était composé de Gaëlle Lissorgues, Gerold Schröpfer, Pierre Nicole.

Les rapporteurs étaient Olivier Llopis, Laurent Dussopt.


  • Résumé

    Le sujet de cette thèse porte sur la réalisation d'un bloc de transposition de fréquence de 1 à 20GHz à base de composants MEMS. Cette thèse s'est traduite par la conception et la réalisation d'un nouveau type de capacité MEMS RF variable, qui se base sur des structures rotatives de type gyroscope pour l'actionnement, et sur une variation de surface pour la variation de capacité. Comparée à différentes architectures publiées à ce jour, cette structure a l'avantage d'avoir la partie actionnement (la partie MEMS) et la partie RF (la capacité) isolées électriquement, ce qui permet d'éviter le phénomène d'auto actionnement avec la puissance du signal RF traversant. Un autre avantage de la structure développée est la possibilité d'avoir simultanément 8 capacités variables sur une puce unique, avec un seul système d'actionnement. La fabrication de ces puces nécessite l'utilisation d'un wafer SOI pour la partie MEMS et d'un wafer en verre pour la partie RF, ce qui offre la possibilité d'une mise en boitier du MEMS directement pendant le procédé de fabrication. Ces travaux ont également porté sur l'étude du phénomène de pullin dans le cadre des peignes interdigités incurvés (curved combdrive), laissant apparaître les paramètres physiques critiques lors du dimensionnement. Cette étude paramétrique a été utilisée pour améliorer la structure d'actionnement en utilisant des peignes interdigités à largeur de doigt et à gap variable, pour repousser ce phénomène de pullin en dehors de la plage utile d'actionnement. Cette nouvelle capacité variable a ensuite été intégrée dans un système simple d'oscillateur accordable sur alumine pour valider ses performances RF et pourra être associée à un mélangeur pour réaliser le bloc complet de transposition de fréquence

  • Titre traduit

    Ultra wideband transposer integrated continuously tunable from 1-20 GHz, using the technology of silicon micro-machined in a perspective of extremely low power consumption (few mW)


  • Résumé

    This thesis deals with the realisation of a frequency transposition block from 1 to 20 GHz based on MEMS components. It results in the design and fabrication of a new kind of tuneable RF MEMS capacitor based on a rotational gyroscope structure for the actuation part and on a surface variation for the capacitance change. Compared to other architectures published, this structure presents the advantage to have an actuation part (the MEMS part) and a RF part (the capacitor) that are electrically separated in order to avoid the phenomenon of self-actuation with RF signal crossing power. Another advantage of this structure is the possibility to simultaneously tune 8 different capacitors on a single chip, with only one actuation system. The fabrication of the chips requires the use of a SOI wafer for the MEMS part and a glass wafer for the RF part, which offers on chip packaging opportunity. This work also focused on the study of the pull-in effect in the case of curved comb-drives, highlighting the most critical physical parameters for the design. This parametric study has been used to improve the actuation structure and more particularly the topology of the curved comb-drives by variation of the finger width and gap. These modifications were done in order to push the pull-in effect out of the actuation operating range. This new tuneable capacitor has been integrated into a simple VCO circuit on alumina to validate the RF performances and could be associated to a RF mixer in order to realize the full frequency transposition block


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