8èmes Journées Nationales du Réseau Doctoral de Microélectronique 10 au 12 mai 2005, Paris
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Nouvelle Topologie de Filtre Récursif Nouvelle Topologie de Filtre Récursif Différentiel Passe-Bande sur Silicium Différentiel Passe-Bande sur Silicium
Accordable Autour de 2 GHzAccordable Autour de 2 GHz
8èmes Journées Nationales du8èmes Journées Nationales du
Réseau Doctoral de MicroélectroniqueRéseau Doctoral de Microélectronique
10 au 12 mai 2005, Paris10 au 12 mai 2005, Paris
S. DARFEUILLES. DARFEUILLE11, B. BARELAUD, B. BARELAUD11, L. BILLONNET, L. BILLONNET11, B. JARRY, B. JARRY11,,
H. MARIEH. MARIE22, P. GAMAND, P. GAMAND22
11 IRCOM, UMR CNRS 6615, Université de Limoges IRCOM, UMR CNRS 6615, Université de Limoges
22 PHILIPS Competence Center for RF Technology, Caen PHILIPS Competence Center for RF Technology, Caen
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Intérêt du filtrage actif analogiqueIntérêt du filtrage actif analogique
• Intégration possible avec les autres fonctions
des transceiverssolution compacte et faible coûtRéduction du nombre d’interconnexions
• Accord en gain et / ou en fréquence centraleRéduction du nombre de circuits dans les
systèmes multistandardsUtilisation possible avec des topologies de
contrôle automatique
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Plan de l’exposéPlan de l’exposé
• Approche théorique des filtres récursifs
• Implémentation d’une cellule récursive
élémentaire
• Implémentation du circuit complet
• Résultats de simulation
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Plan de l’exposéPlan de l’exposé
Approche théorique des filtres récursifs
• Implémentation d’une cellule récursive
élémentaire
• Implémentation du circuit complet
• Résultats de simulation
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Filtres récursifs - Cas généralFiltres récursifs - Cas général
+a0
+
+
bN
b2
b1
X(t) y(t)
0
2
1
1 .N
j n fn
n
aH f
b e
• N boucles de rétroaction
• 1+N termes au
dénominateur
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Filtre récursif - Etages en cascadeFiltre récursif - Etages en cascade
• Cas où 1 2 :
• Cas où 1 = 2 = :
1 21 2
022 2
1 2 1 21 j fj f j f
aH f
b e b e b b e
0
2 41 2 1 21 j f j f
aH f
b b e b b e
a0
+ +
X(t)X0(t) y(t)
b1 b2
Par rapport à une implémentation classique,Par rapport à une implémentation classique,2 étages suffisent à réaliser un filtre d’ordre 2 étages suffisent à réaliser un filtre d’ordre
2 ou 3.2 ou 3.
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Plan de l’exposéPlan de l’exposé
• Approche théorique des filtres récursifs
Implémentation d’une cellule récursive
élémentaire
• Implémentation du circuit complet
• Résultats de simulation
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Implémentation d’un étageImplémentation d’un étage
In
Out+
+-
-
+
-
+-
+-
• Chaque étage est composé de :– 1 sommateur différentiel– 1 retard différentiel
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Implémentation du sommateurImplémentation du sommateur
In
Out+
+-
-
+
-
+-
+-
out
in2
in1
Gtune
Vcc
• Amplificateur différentiel
cascode + amplificateur
différentiel partageant des
polarisations et sorties
communes
• Contrôle de la sélectivité
avec un miroir de courant
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ImplémentationImplémentation du retard du retard
In
Out+
+-
-
+
-
+-
+-
in outftune
• Structure passive
• Déphasage de 180°
• Contrôle de la fréquence
centrale avec des diodes
varactors
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Plan de l’exposéPlan de l’exposé
• Approche théorique des filtres récursifs
• Implémentation d’une cellule récursive
élémentaire
Implémentation du circuit complet
• Résultats de simulation
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Filtre completFiltre complet
X(t)
y(t)+
+-
-
+
-
+-
+-
+
+-
-
+
-
+-
+-
BufferEtage 1 Etage 2
G
• La structure complète est composée de :– 2 étages de filtre en cascade– 1 buffer de sortie
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• Amplificateur différentiel
cascode
• Contrôle du gain avec une
source de courant PMOS
Implémentation du buffer de sortieImplémentation du buffer de sortie
X(t)
y(t)+
+-
-
+
-
+-
+-
+
+-
-
+
-
+-
+-
BufferEtage 1 Etage 2
G
out
in
Gtune
Vcc
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LayoutLayout
Dimensions : 1.30 Dimensions : 1.30 XX 1.05 mm² 1.05 mm²
15
Layout - Etage 1Layout - Etage 1
Etage 1Etage 1
16
Layout - Etage 2Layout - Etage 2
Etage 2Etage 2
17
Layout - Buffer de sortieLayout - Buffer de sortie
BufferBuffer
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Plan de l’exposéPlan de l’exposé
• Approche théorique des filtres récursifs
• Implémentation d’une cellule récursive
élémentaire
• Implémentation du circuit complet
Résultats de simulation
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Technique des Modes Mixtes (1)Technique des Modes Mixtes (1)
44434241
34333231
24232221
14131211
SSSS
SSSS
SSSS
SSSS
S
22
2243
221
1
432
211
bbb
bbb
aaa
aaa
dd
dd
22
2243
221
1
432
211
bbb
bbb
aaa
aaa
cc
cc
Ondes de puissance en mode
Différentiel : Commun :
Circuit
Différentiel
I1
I2
I3
I4
V1
V4
V3
V2
a1
a4
a3
a2
b1
b4
b3
b2
20
SDD11 SDD12 SDC11 SDC12
PORT 1 PORT 2 PORT 1 PORT 2
Excitation enmode différentiel
Excitation enmode commun
PORT 1
PORT 2
PORT 1
PORT 2
SDD21 SDD22 SDC21 SDC22
SCD11 SCD12 SCC11 SCC12
SCD21 SCD22 SCC21 SCC22
Réponse en modedifférentiel
Réponse en modecommun
Technique des Modes Mixtes (2)Technique des Modes Mixtes (2)
• Les paramètres SDDij, SDCij, SCDij et SCCij s ’expriment en fonction des paramètres S classiques
• Cette technique caractérise totalement le dispositif et n’utilise aucune approximation
• On définit le taux de réjection du mode commun par 21
21
CC
DD
S
SCMRR
211.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
freq (GHz)
dBSSdddd21 avec 21 avec 11 = = 22 (Filtre d’ordre 2) (Filtre d’ordre 2)
ff = 60 MHz = 60 MHz
1.7 < f1.7 < f00 < 2.4 GHz < 2.4 GHz
G = 15 dBG = 15 dB
22
1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
freq (GHz)
dBSSdddd21 avec 21 avec 11 22 (Filtre d’ordre 3) (Filtre d’ordre 3)
ff = 100 MHz = 100 MHz
G = 15 dBG = 15 dBOndulation < 0.3 dBOndulation < 0.3 dB
231.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
freq (GHz)
dB
S11
S22
AdaptationAdaptation
Entre 1.7 et 2.4 GHz :Entre 1.7 et 2.4 GHz :SS1111 < -9.5 dB < -9.5 dB
SS2222 < -14.5 dB < -14.5 dB
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Modes mixtes - Bruit - LinéaritéModes mixtes - Bruit - Linéarité
• CMRR > 45 dB @ f0
• Tous les SDCij et SCDij < - 40 dB
• 3.6 < NF < 5.5 dB selon la valeur de f0
• - 36 < P-1dB < - 26 dBm
• 35 < consommation < 50 mW avec Vcc = 2.7V
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ConclusionConclusion
• Gain de 15 dB avec une bande passante de 60
MHz entre 1.7 et 2.4 GHz
• consommation inférieure à 50 mW
• Figure de bruit inférieure à 5.5 dB
• Output referred P-1dB supérieur à -36 dBm
• Surface de la puce : 1.365 mm2
• Bonne réjection du mode commun et des modes
de conversion
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Réseau Doctoral de MicroélectroniqueRéseau Doctoral de Microélectronique
10 au 12 mai 2005, Paris10 au 12 mai 2005, Paris