8èmes Journées Nationales du Réseau Doctoral de Microélectronique 10 au 12 mai 2005, Paris

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

2

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

3

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

4

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

5

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

6

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.

7

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

8

Implémentation d’un étageImplémentation d’un étage

In

Out+

+-

-

+

-

+-

+-

• Chaque étage est composé de :– 1 sommateur différentiel– 1 retard différentiel

9

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

10

ImplémentationImplémentation du retard du retard

In

Out+

+-

-

+

-

+-

+-

in outftune

• Structure passive

• Déphasage de 180°

• Contrôle de la fréquence

centrale avec des diodes

varactors

11

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

12

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

13

• 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

14

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

18

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

19

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

24

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

25

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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