Contribution to the Design of a Real-Time Fourier Transformer in Integrated Technology

par João Alberto de França Ferreira

Thèse de doctorat en Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies

Sous la direction de Philippe Bénabes.

  • Titre traduit

    Contribution à la conception d’un transformateur de Fourier temps réel en technologie intégrée


  • Résumé

    L'accroissement constant des bandes passantes et des débits dans les applications de la vie courante (e.g., télécommunications, objets connectés), comme dans des applications plus spécialisées (e.g., radar, observations en radioastronomie), impose de très fortes contraintes en termes de vitesse, consommation de puissance et dissipation thermique aux étages de conversion analogique-numérique des chaînes d'acquisition. Par conséquent une tendance actuelle consiste à effectuer le traitement de signaux (e.g., transformation de Fourier) dans le domaine analogique pour pouvoir traiter des signaux ultra-large bande avec faible latence et de manière plus efficace en termes énergétiques. Plusieurs architectures de traitement de signal analogique repose sur des blocs encore peu explorées dans la littérature : les filtres à retard de groupe arbitraires. Ces filtres sont plutôt réalisés en technologie SAW ou avec des structures microondes discrètes (non intégrés), conduisant à des filtres avec des bandes passantes limitées et beaucoup de pertes, dans le cas des dispositifs SAW, ou avec un encombrement et poids importantes, dans le cas des filtres microondes. Très peu de réalisations intégrées en semi-conducteurs ont été reporté à ce jour.L'innovation présentée dans cette thèse a deux aspects, un aspect architectural au niveau système, lequel a donné lieu à une proposition d'architecture pour un transformateur de Fourier analogique permettant d'améliorer les performances en précision par rapport aux autres architectures rapportées dans la littérature, et un aspect concernant le développement des méthodes de conception de filtres à retard de groupe linéaire et leur implémentation dans une technologie de circuit intégré. Trois réseaux de filtres différents ont été conçus en utilisant ces méthodes, un filtre passe-bande à minimum de phase dans une structure en échelle, un réseau passe-tout équilibré avec un retard de groupe linéaire à pente positive et un réseau passe-tout non équilibré avec un retard de groupe linéaire de pente négative. Il a aussi été démontré que les filtres passe-tout peuvent être transformés dans des filtres transversales basé sur la structure d'un amplificateur distribué.


  • Résumé

    The constant increase of bandwidths and bitrates in everyday applications (e.g., telecommunications, internet of things), as also in more specialized applications (e.g., radar, radio astronomy observations), imposes stringent constraints in terms of speed, power consumption and heat dissipation at the analog-to-digital conversion stages of acquisition chains. Therefore, a current trend is to perform signal processing (e.g., Fourier transform) in the analog domain to be able to process ultra-wideband signals with low latency and in a more energy-efficient way. Many of the analog signal processing architectures rely on blocks that have not been widely explored in the literature: arbitrary group delay filters. These filters are generally realized in SAW technology or with discrete (non-integrated) microwave structures, leading to filters with limited bandwidth and high loss, in the case of SAW devices, or with a large size and weight, in the case of microwave filters. Very few integrated circuit implementations have been reported to date.The innovation presented in this thesis has two aspects, a system-level architectural aspect, which gave rise to the proposal for an analog Fourier transformer architecture that enables improve the precision performance when compared to the previously reported architectures, and an aspect concerning the development of linear group delay filter design methods and their implementation in an integrated circuit technology. Three different filter networks were designed using these methods, a minimum phase band-pass ladder filter, a balanced all-pass network with positive-slope linear group delay, and a balanced all-pass network with a linear group delay of negative slope. It has also been shown that the all-pass filters can be transformed into distributed amplifier-based transversal filters.


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